五哥滚雪球
26-10-08 22:35 微博认证:财经观察官

科学家:新研究揭示一个惊人发现,太阳系可能比预期更早崩溃
早些年时,天文学家推算太阳系最终结局:考虑太阳晚年平滑损失质量、再加上过路恒星的引力扰动,太阳白矮星化后,太阳系剩余的行星(最外层的4颗巨行星)依旧可以维持稳定轨道约1000亿年。
但2026年9月发表在《天体物理学杂志快报》上的一项研究,彻底推翻了这个判断:太阳在生命末期,可能等不到变为白矮星,就能把太阳系行星的轨道彻底搅乱,整个过程比之前估计的快了上百倍,甚至太阳还在红巨星阶段,行星轨道就已经开始崩溃了。
自牛顿时代开始,科学家就在考虑太阳系可以运行多久。
牛顿的观点当时有点悲观,觉得木星土星的引力拉扯会很快把系统搞乱,后来拉格朗日、拉普拉斯他们证明,行星之间的长期摄动只是周期性来回摆动,不会破坏整体结构,所以认为太阳系会一直稳定运行下去。
而到了计算机的出现,科学家利用数值模拟进一步算出:内太阳系里水星大概有1%的概率在太阳主序期的时候轨道失控;而外太阳系的四颗巨行星,内在的混沌扩散时间尺度高达10的18次方年,这是一个无法想象的时间,可以说是永恒了。
不过算上太阳晚年的质量损失、恒星飞掠的扰动,外太阳系四颗巨行星的数字会降到300到1000亿年才会把巨行星系统拆散,但这依旧是一个庞大的数字。
总而言之,在之前的图景里,太阳系稳得离谱(当然那个时候地球已经被吞了,所以这个稳定说的是留下来的行星依旧稳定运行)。
但这个结论有一个核心的前提:太阳的质量损失是平滑、均匀、持续的,就像慢慢漏气的气球,所以太阳末年时,行星轨道会等比例向外扩大,周期比例保持不变,整个系统只是放大一号,稳定性因此不受影响。
可天文观测早就不支持这个假设了。
科学家观测刚形成的白矮星,发现它们普遍带有大约每秒0.75公里的整体反冲速度。
如果恒星的质量是均匀向四面八方吹走的,反冲会相互抵消,是不会有这个速度的。
存在那个速度说明恒星晚年抛射外层物质,并不是均匀的抛射,而是一团一团、一阵一阵地向外抛射,这样的抛射每次都像给恒星施加了一次力,方向随机,一次次叠加起来的话,就给了白矮星一个整体的速度。
这个极其关键的细节,之前在研究太阳系稳定性时都没有考虑过。
而这次研究,加州理工学院的研究团队,他们专门针对这个问题做了数百次数值模拟。
他们把太阳从主序星末期到红巨星、再到白矮星的整个质量损失过程,拆成了一次次独立的抛射事件。
每次抛掉一小块质量,就给太阳一个随机方向的瞬时反冲,再计算四颗巨行星的轨道会怎么演化。
结果和平滑质量损失的情况天差地别。
首先是轨道形态变了。
平滑损失质量的时候,行星轨道只是均匀变大,偏心率、倾角都基本不变,周期比例也依旧在原来的数值。
但加上随机反冲之后,每颗行星的轨道参数都开始随机游走:偏心率越晃越大,轨道倾角也慢慢变歪,行星之间的周期比也越偏越远。
原本精准的共振关系,就在一次次微小的冲击里慢慢散架了。
更惊人的是时间尺度的大幅提前。
在接近观测值的抛射强度下,77%的模拟里,太阳还没完成全部巨星演化、还没变成白矮星时,行星的轨道就已经出现交叉了,其中最早的甚至在红巨星阶段就已经发生。
等太阳彻底变成白矮星、质量只剩下现在的54%的时候,已经有40%的模拟系统出现了严重混乱:有的模拟土星被直接甩出太阳系,有的天王星和海王星交换了轨道位置,还有的行星近日点被甩到了木星轨道以内。
再往后演化30亿年,90%左右的模拟系统都彻底失去了稳定结构。
之前预计的上千亿年稳定期,如今直接缩水到了白矮星形成后约10亿年这个量级,差了上百倍。
但为什么一点点反冲就会有这么大破坏力?
原本外太阳系的四颗巨行星轨道间隔充足,处于足够稳定的状态,平滑变化的时候它们相安无事。
可一旦有持续的随机扰动,轨道参数就会像随机游走一样慢慢偏移,积累到一定程度就会触发连锁反应:一个行星轨道走偏,就会扰动下一个,越乱越快,最后整体失控,就像蝴蝶效应一样。
有意思的是,随机扰动不一定全是破坏。
模拟里也出现了之前没有的情况:有的行星对,刚好被卡进了新的共振轨道,比如木星和土星进入了5:2共振,天王星和海王星进入了2:1共振,概率分别约为16.7%和20.8%,甚至有极少数情况两对同时共振,形成太阳系从来没有过的双共振结构。
但这种被迫进入的共振并不稳定,大多后续还是会走向混乱。
这个结论不止适用于太阳系。
宇宙中所有和太阳差不多质量的恒星,最后都会变成白矮星,也就都会经历这段阵发性抛射质量的阶段。
这意味着,所有拥有巨行星的恒星系统,在恒星晚年都会遭遇这一波“摇散”。
而且研究还发现,行星质量越小、轨道越松的系统,越容易被摇散,也就是说,宇宙中大部分行星系统,可能都熬不过恒星死亡后的10亿年。
这也给流浪行星的来源提供了一个新解释:恒星死亡的时候,会通过阵发性质量损失主动甩掉一大批行星,不用等别的恒星撞击。
太阳孕育了所有行星,最后也会亲手打乱这个系统。
它不会平静地熄灭,而是在最后的膨胀与喷发中,摇摇晃晃地,把它统治了几十亿年的行星系统,一点点抖散在星际空间里。

发布于 广东