打开网易新闻 查看精彩图片

太阳系的“退休生活”,可能远没有我们想象的那么平静。

美国加州理工学院的康斯坦丁·巴蒂金和吉姆·富勒,以及密歇根大学的弗雷德·亚当斯在一项新研究中发现,太阳系可能会比此前估计的快大约100倍走向瓦解。

这项研究发表在《天体物理学杂志快报》上,它改写了人们对太阳系遥远未来的想象。

问题的根源,不在于某颗闯入的流浪恒星,而在于太阳自己“临终”时的一连串“抽搐”。

大约50亿年后,太阳将耗尽核心的氢燃料,膨胀成一颗红巨星,然后逐步抛掉外层物质,最终收缩成一颗致密的白矮星。

打开网易新闻 查看精彩图片

过去,科学家通常假设太阳的质量流失是平稳、均匀的,就像一个气球慢慢漏气。

但新研究指出,事实并非如此。太阳的质量流失是以一次次离散的“喷发”方式进行的,每一次喷发都会像踢了一脚一样,把太阳朝随机方向推动一下。

打个比方,这就像一个人一边走路一边被人从不同方向随机推搡,虽然每一下都不重,但积少成多,步伐终究会变得踉踉跄跄。

恒星在红巨星晚期的脉动和抛射过程本身就极不稳定,外层物质可能一阵阵、一团团地被甩出去,而不是均匀地向四面八方扩散。只要某次抛射稍有偏向,恒星就会获得一个反方向的“反冲”。

这和火箭喷气推进的原理如出一辙:向一个方向喷出物质,自身就会被推向相反方向。

他们模拟了不同强度的质量流失“踢动”。在模型中,每次喷发会抛掉约万分之一的太阳质量,大约相当于33个地球的质量,整个过程约有4600次这样的事件。

每次事件会让太阳的速度改变约每秒7米。听起来微不足道,但对精妙平衡的行星轨道来说,这已经足够引发连锁反应。

研究人员一共进行了近700次模拟,其中重点分析了48次采用最贴近现实的质量流失情景的模拟。

结果显示,在这48个情景中,有37个,也就是近80%的情况下,外行星会在太阳还没完全抛掉外层物质时,就开始相互穿越彼此的轨道。

在最早的案例中,太阳仅仅损失约10%的质量时,混乱就已经开始了。

到太阳变成白矮星时,40%的预测显示外太阳系会陷入严重混乱。天王星和海王星可能互换位置,甚至冲进木星的轨道。

之所以外行星最先遭殃,是因为它们离太阳最远,受太阳引力的束缚最弱。太阳的每一次“踉跄”,对它们轨道的扰动都会被放大,就像甩鞭子时鞭梢晃得最厉害。

土星的命运尤其戏剧化。它可能在短短几百万年内被甩出太阳系,变成一颗在星际空间孤独漂流的“流浪行星”。

在十次模拟中,有九次至少会有一颗巨行星被抛入星际空间。

在90%的模型中,太阳系会在太阳变成白矮星后的30亿年内彻底瓦解,这个时间点距今不到100亿年。研究人员认为,这可能比此前的估计快约100倍,甚至可能在太阳变成白矮星之前就开始。

三百多年前,牛顿就曾担心太阳系的稳定性,认为行星之间的引力相互作用可能让系统逐渐失衡。

打开网易新闻 查看精彩图片

后来,拉普拉斯、拉格朗日等数学家证明太阳系在相当长的时间内大体稳定,再到现代计算机模拟揭示行星轨道存在混沌性,人类对太阳系命运的认识一直在不断修正。

研究人员表示,牛顿所预见的不稳定确实存在,但原因来自太阳系内部,而不是外来的引力“入侵者”。

这些“流浪行星”从何而来,一直是个谜。新研究提供了一个合理的解释:它们可能正是被垂死的恒星“踢”出家门的。

巴蒂金指出,约97%的恒星都会以这种方式走向死亡,而且许多行星系统比我们的太阳系更加脆弱。

他用一句话总结了这项研究的意义:人们想象中行星系统那种安静的“退休生活”,其实只是一个神话。

当然,对生活在今天的人类来说,这些都是极其遥远的事情。在太阳膨胀成红巨星之前,地球早已因太阳逐渐变亮而变得不再宜居。

也就是说,这场“行星大逃散”的主角是外围的巨行星,至于那时的地球,很可能早已被膨胀的太阳吞没或烤成焦土。

但这项研究的价值在于,它让我们重新认识恒星和行星系统的生命周期,也为解释宇宙中大量流浪行星的来源提供了新线索。

宇宙中的每一个行星系统,或许都逃不过这样的命运:在母星临终的阵阵“抽搐”中,曾经整齐排列的行星家族四散而去,各自奔向茫茫星海。