下次您想成為聚會(huì)的對(duì)象時(shí)(如果您正在與酷酷的書呆子呆在一起)，只需在談話中加入這個(gè)短語即可。當(dāng)他們疑惑地看著你時(shí)，只需說那就是太陽系的最終命運(yùn)。然后調(diào)整您的領(lǐng)帶，再喝一口苦艾酒。

對(duì)于必然會(huì)跟隨您的解釋而引起的大量后續(xù)問題，您可以進(jìn)一步解釋太陽本身和銀河系將是罪魁禍?zhǔn)?。然后您可以提及一?xiàng)新研究。

這項(xiàng)研究的標(biāo)題是“外太陽系的巨大不平等和動(dòng)力分解”。主要作者是加州大學(xué)洛杉磯分校天文學(xué)與天體物理學(xué)專業(yè)的研究生Jon Zink。該論文發(fā)表在《天文學(xué)報(bào)》上。

人們長(zhǎng)期以來一直對(duì)太陽系的最終命運(yùn)感到疑惑。在論文的引言中，作者寫道：“了解太陽系的長(zhǎng)期動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性是天體物理學(xué)最古老的追求之一，其起源可追溯到牛頓本人，后者推測(cè)行星之間的相互作用將最終推動(dòng)該系統(tǒng)。不穩(wěn)定。” 但是他無法解釋自己，因?yàn)檫€沒有微擾理論。

牛頓至少部分正確。但是，要確定像我們的太陽系這樣的復(fù)雜系統(tǒng)的未來并非易事，特別是因?yàn)樗婕皩?duì)事件的科學(xué)預(yù)測(cè)，這些事件需要數(shù)十億年的時(shí)間才能展現(xiàn)出來。

在這項(xiàng)新研究中，作者進(jìn)行了許多所謂的N體模擬。它們是天文學(xué)和天體物理學(xué)中的常用工具。N體模擬是相互作用的粒子動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的模擬，盡管在這種情況下，粒子是行星和太陽本身。

在數(shù)十億年中，太陽(太陽系的關(guān)鍵)將發(fā)生巨大變化。核心的氫聚變將逐漸減弱，太陽將離開主要序列。它會(huì)擴(kuò)展成一個(gè)紅色巨人，包圍水星，金星和地球。(火星的生存尚不確定，但是由于其質(zhì)量如此之低，無論它是否生存，都不會(huì)對(duì)大型外行星產(chǎn)生太大影響。”

您可能會(huì)問：“一旦地球消失了，誰在乎接下來會(huì)發(fā)生什么?為什么還要打擾這些模擬?” 好吧，那時(shí)人類可能已經(jīng)進(jìn)一步遷移到了太陽系。但是，不管我們有沒有，我們?nèi)匀槐或?qū)使去了解太陽系的命運(yùn)。

因此，隨著太陽膨脹成紅色巨人，它也將開始失去質(zhì)量。實(shí)際上，在未來的70億年左右的時(shí)間內(nèi)，它可能會(huì)失去一半的質(zhì)量。質(zhì)量的損失將破壞太陽系行星和其他物體的軌道，從而造成極大破壞。

太陽的膨脹將意味著最有可能的是內(nèi)部巖石行星的競(jìng)爭(zhēng)。但是對(duì)于任何人類或他們遙不可及的，無法辨認(rèn)的后代，他們執(zhí)著于歐羅巴海洋或其他地方的生活，也將成為一場(chǎng)比賽。

沒有太陽的質(zhì)量將它們固定在引力下，太陽系的外行星將脫膠。就像貴族在苦艾酒五天狂歡中一樣，他們的軌道行為將變得不可預(yù)測(cè)，不穩(wěn)定。他們將進(jìn)一步漂移，進(jìn)入太空。

到目前為止，這還不是新知識(shí)。這組作者寫道：“由于太陽質(zhì)量損失(預(yù)計(jì)將消除恒星質(zhì)量的一半)，巨型行星的軌道不斷擴(kuò)大。” 但是Zink和他的同事們想知道在那之后會(huì)發(fā)生什么。根據(jù)他們的工作，某些行星將有另一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期。

“這種絕熱過程維持了軌道周期比，但是行星之間的相互相互作用和平均運(yùn)動(dòng)共振(MMR)的寬度增加，導(dǎo)致木星和土星被捕獲成穩(wěn)定的5：2共振構(gòu)型。”

但是，這些擴(kuò)展的軌道以及其他特征使局勢(shì)變得難以維持。作者寫道，這種新結(jié)構(gòu)缺乏太陽質(zhì)量的錨定作用，因此容易受到“……恒星飛越相互作用的干擾”。在模擬的這一點(diǎn)上，我們無法識(shí)別的太陽現(xiàn)在變成了白矮星。

“據(jù)此，在大約30 Gyr內(nèi)，恒星遇到擾動(dòng)行星，使其進(jìn)入5：2共振的混沌子域，引發(fā)大規(guī)模的不穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致在隨后的大約10 Gyr內(nèi)，除一個(gè)行星外，其他所有行星均被彈出。”

哪個(gè)星球可以抵抗驅(qū)逐?最有可能是木星，我們太陽系中最大的行星。這項(xiàng)研究表明，在沒有任何同伴離開的情況下，木星會(huì)再度停留50吉爾。只有當(dāng)恒星飛掠最終將其發(fā)送給包裝時(shí)，才會(huì)將其刪除。

作者在論文中寫道：“由于缺少額外的行星，幸存的行星缺乏獲得正能量的直接機(jī)制。唯一剩下的能量交換來源是通過與過往恒星的相互作用。” 他們估計(jì)一顆恒星將每隔兩千萬年流逝一次。

隨著最后一顆行星的站立，木星的軌道偏心率將提高。“結(jié)果是，預(yù)計(jì)不穩(wěn)定后巨星的射出時(shí)間將減少大約兩倍(與不穩(wěn)定發(fā)生前的行星軌道相比)。因此，孤獨(dú)的老木星將更容易受到射出的影響。任何經(jīng)過的星星。

如果您打算在適當(dāng)?shù)那闆r下發(fā)生一次飛越事件以彈出木星，那可能就不太正確了。更像是“一千個(gè)死亡”。

Zink和他的合著者寫道：“由于飛越相遇很少見(每23 Myr一次進(jìn)入10,000 au球體)，并且大多數(shù)相互作用對(duì)剩余的行星都會(huì)產(chǎn)生較小的動(dòng)力學(xué)影響，因此噴射過程原則上可以穩(wěn)定發(fā)生……”

或者可能不是。“另一方面，如果有足夠的時(shí)間，非常接近的相遇也有可能獨(dú)立地釋放出最終的行星。因此，去除最終行星的潛在機(jī)制代表了這兩個(gè)過程之間的競(jìng)爭(zhēng)。”

這很難模擬，尤其是因?yàn)檫@一切將在數(shù)十億年后發(fā)生。適當(dāng)?shù)?，作者提出了一個(gè)問題：“換句話說，最后的行星會(huì)因一次重大事件或多次小型能量交換而彈出嗎?”

不過，作者提出了一些警告。一個(gè)問題涉及他們運(yùn)行的模擬的數(shù)量：10.他們承認(rèn)他們的研究并不構(gòu)成可靠的統(tǒng)計(jì)證據(jù)，但是每個(gè)模擬產(chǎn)生相似結(jié)果的事實(shí)仍然很重要。他們寫道：“在我們的所有10次模擬中，在太陽質(zhì)量損失結(jié)束之后的1012年內(nèi)，這四個(gè)氣體巨人都從太陽系中彈出。”

另一個(gè)警告是飛過的星星。他們模擬了單個(gè)恒星的飛越，但所有恒星中約有一半成對(duì)存在。團(tuán)隊(duì)從模擬中排除了這些遭遇。但是他們?nèi)匀徽剂怂麄兊谋壤姓J(rèn)二進(jìn)制飛越可能比單獨(dú)的飛越更具破壞性。“通過選擇排除這些二元相遇，我們對(duì)未來太陽系的壽命進(jìn)行了保守估計(jì)。換句話說，包括二元飛越的影響將進(jìn)一步縮短這一預(yù)期壽命。”

在論文的開始，作者建議對(duì)自己的結(jié)果要謹(jǐn)慎。他們寫道：“不幸的是，即使是最精確的N體模擬也只能為太陽系的演化提供時(shí)間有限的預(yù)測(cè)。由于行星軌道的混亂性質(zhì)，確定性預(yù)測(cè)不可能在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)完成時(shí)間尺度。”

當(dāng)然，在這些極長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)，銀河系本身將發(fā)生很大變化。這將如何影響太陽系的未來?

隨著太陽系或其剩余部分在整個(gè)銀河系中遷移，前景可能會(huì)發(fā)生變化。“在這項(xiàng)研究中考慮的時(shí)間尺度上，太陽系可能會(huì)經(jīng)歷銀河系的徑向遷移，遇到恒星密度和速度色散不同的區(qū)域。” 但這幾乎是無法建模的。

它會(huì)向外遷移還是向內(nèi)遷移?沒有人可以確定，也沒有人可以確定這是否意味著殘留系統(tǒng)會(huì)遇到更少的恒星或更多的恒星。但是遭遇率可能相差三倍。

銀河系還有望在數(shù)十億年內(nèi)與仙女座星系碰撞或合并。但是同樣，要在單個(gè)太陽能系統(tǒng)的粒度級(jí)別上建模并不容易。“這些變化將影響恒星相遇的速度和速度，但要準(zhǔn)確估計(jì)這些變化仍然很困難，這超出了本研究的范圍。”

無論如何，我們都沒有理由在緊張地注視著天空的同時(shí)結(jié)束一瓶苦艾酒。人類不太可能親眼目睹其中的任何一個(gè)。如果確實(shí)存在的所有物種中有99.9%滅絕了，我們的賠率就不高。

但是圍繞太陽系命運(yùn)的問題仍然令人著迷。最終，前行星伴侶將像流氓行星一樣在太空中擴(kuò)散和漂移。如果有其他聰明的褲子物種發(fā)現(xiàn)它們，他們將不會(huì)知道它們的起源，也無法知道某個(gè)星球上的某些原始人種是否會(huì)對(duì)他們的最終命運(yùn)感到疑惑。