"水金地火木土天海",这八个字,很多人上小学时就背过。前几个的命运,大家多少有数。几十亿年后,太阳膨胀成一颗红巨星,离它近的行星,地球在内,大概率早已不在了。
可后面这四个,木星、土星、天王星、海王星,一直被认为是太阳系里最稳的"钉子户"。按过去的计算,它们能排着队,绕着死去的太阳,转上一段长到几乎没有意义的时间。一项新研究,只改动了一个假设,就把这段时间砍掉了一大截。
在模拟里,这四颗巨行星开始乱了队形,有的轨道被拉歪,有的互相闯进对方的地盘,有的被直接甩出太阳系,从此再也回不来。更让人意外的,是罪魁祸首。不是什么闯进来的天体,是太阳自己。
一颗恒星临死前的一阵阵"咳嗽",怎么就能把几颗比地球大得多的行星赶出家门?先说过去大家是怎么想的。太阳到了晚年,会把外层的大量物质抛出去,质量变小,引力变弱。抓得没那么紧了,外面的行星就会往外挪一挪。
可按传统的看法,它们的排队顺序不会变:木星最靠里,然后是土星、天王星,再往外是海王星。整个太阳系会变得更大、更冷、更暗,但还是那个太阳系。如果没有外力干扰,这四颗巨行星能稳定多久?
计算给出的数字大得吓人,比宇宙从诞生到今天的年龄,还要长出不知多少倍。当然,谁也没真指望它们能熬那么久。银河系里,恒星来来往往,几百亿年里,总会有路过的恒星靠得足够近,一点点把这个系统拆散。注意这个逻辑:危险被认为来自外面。
观测发现,不少白矮星在形成的收尾阶段,像是被什么东西推了一把,带上了一点小小的反冲速度。这就引出一个让人不太舒服的问题:别的恒星临死前会被推,太阳会不会也被推?乍一听,这事无关痛痒。
太阳那么大,行星离得那么远,太阳稍微晃一下,怎么可能撼动木星、海王星这样的庞然大物?新研究要验证的,正是这个。答案不是"推一下就散了",而是更麻烦的情况:太阳可能不止被推一次,而是成千上万次。道理是这样的。
太阳晚年往外抛物质,如果抛得均匀、四面八方一样多,它就稳稳地待在原地。可万一不是一次平平顺顺抛完,而是一股一股地往外喷呢?就像一个气球漏气,气从哪边漏,气球就往反方向窜一下。每喷一次,太阳就挨一次小小的反冲。
在研究人员设定的代表性情景里,太阳要挨上几千次这样的"踢"。大部分踢得很轻,速度的变化大概也就是一辆自行车的速度。听上去完全无害。可行星的轨道不是画在太空里的固定跑道,它是由太阳的引力和其他行星的引力一起,随时随地拉出来的。
太阳一挪,整个系统的几何关系就跟着变一点。头几次踢,几乎没影响。很长一段时间里,太阳系看着跟原来差不多。可变化在攒着。海王星的轨道被慢慢拉长,行星之间的间距在变,公转周期在漂。
那些稳定了几十亿年的、精细的引力关系,开始滑向陌生的状态。有的模拟里,海王星的轨道变得极扁,绕着垂死的太阳走一个拉长的大椭圆。有的模拟里,几颗行星进入了新的"共振",按固定节奏一次次互相拉扯。
你可能以为这种节奏能起保护作用,有些共振反倒让局面更糟。研究人员看到的,并不是行星马上飞出去。他们看到的,是混乱的条件正在一点点被拼凑起来。这颗行星的轨道偏一点,对那颗的拉力就变一点;那颗再去影响下一颗。
一环扣一环,直到巨行星之间原本安全的空隙,开始消失。这就像高速公路上,每辆车都只是稍微偏了一点点车道。一辆两辆没事,偏得多了,车与车之间的安全距离就没了。一旦两颗巨行星开始闯进同一片空间,未来就进入了混沌。
它们不需要真的撞上,靠得够近就够了。一颗行星可以从另一颗那里"偷"走轨道能量,一个被推向里面,一个被甩向外面。如果往外甩的这一下足够猛,太阳就再也拽不住它了。一颗绕了太阳几十亿年的行星,就此变成一颗流浪行星,没有回头路,只有星际空间。
所以,太阳系怎么散,没有统一的剧本。科学家没法说"土星先走",也没法说"海王星肯定能留下"。起点上一丁点差别,就能导向完全不同的结局。真正要紧的,不是谁先走,而是这个系统多常撑不下去。
到太阳抛完物质、变成白矮星的时候,相当一部分模拟出来的太阳系,已经经历了严重的扰动或者剧烈的散射。研究人员没停,又把几百个被改变了的太阳系往后推了几十亿年。
看得越久,还稳着的就越少。在主要情景里,几乎全部到头来都失稳了;换成更保守的模型,失稳的也占了大多数。合在一起看,绝大多数相关模拟,都在几十亿年之内自己散了架。
这就是这项研究最惊人的地方:过去算出来的那个"比宇宙年龄还长不知多少倍"的稳定期,在新的图景下,一下子缩短到了白矮星形成后的几十亿年这个量级。
前后差了好几个数量级。新研究真正的意外在于:也许根本不需要那颗路过的恒星。没有闯入的黑洞,没有来自深空的神秘天体,太阳系自己身上,就带着让它解体的机关。而且,这个结局可能一点都不壮观。
没有大爆炸,没有所有行星同时消失的那一刻。远在未来,太阳已经是一颗昏暗的白矮星,地球早就不在了,剩下的巨行星沿着变了形的轨道慢慢绕着。然后,某一颗不见了。又过了几百万年、甚至几亿年,又一次近距离相遇,又一颗被甩出去。
被甩出去的,也许是一颗冰冷的木星,一颗黯淡的土星,或者是天王星、海王星,独自在恒星之间漂流。在它们身后很远很远的地方,那颗暗淡的白矮星,还待在太阳曾经待过的位置。
这一切离我们远到无法想象,地球上的任何人都不会看到。它也只是模拟,换一组假设,结果可能又不一样。可它改写了一个默认的前提:太阳系不一定是被外人拆散的,也可能是自己一颗一颗走散的。
它们从同一团气体和尘埃里诞生,绕着同一颗恒星,一起转了几十亿年。走到终点时,未必还在一起。那句"水金地火木土天海",到那时候,后半截也许就对不上了。
热门跟贴