[Перевод] Спросите Итана: что будет, когда через Солнечную систему пройдёт звезда?
70 000 лет назад пара коричневых карликов, известных, как звезда Шольца, расположенных как раз на пороге зажигания водородного синтеза в ядрах, прошла через облако Оорта Солнечной системы. В отличие от этой иллюстрации, они не были видны человеческому глазу.
Мы привыкли считать свою Солнечную систему стабильным, спокойным местом. Конечно, время от времени мы узнаём о том, что планеты и другие небесные тела пнули какую-нибудь комету или астероид, но по большей части, всё остаётся постоянным. Даже редкий межзвёздный посетитель не несёт особого риска, по крайней мере, не для целостности такого мира, как наш. Но вся наша Солнечная система движется по орбите через Галактику, а это значит, что у неё есть сотни миллиардов шансов на близкое взаимодействие с другой звездой. Насколько часто это реально происходит и каковы потенциальные последствия этого? Наш читатель задаёт вопрос:
Насколько плохие последствия будут, если звезда пройдёт рядом с Солнцем? Насколько большой и как близко она должна пройти, чтобы представлять серьёзную опасность? Насколько вероятно такое событие?
Возможности разнятся от рутинных происшествий, в которых несколько объектов облака Оорта сойдут со своего пути, до катастрофических — столкновения с планетой или её выбросом из системы. Давайте посмотрим, что произойдёт на самом деле.
Карта плотности Млечного Пути и окружающего неба, на которой ясно видно Млечный Путь, Большое и Малое Магеллановы Облака, и, если присмотреться, NGC 104 слева от Малого Облака, NGC 6205 чуть выше и левее галактического ядра, и NGC 7078 чуть ниже. В сумме в Млечном Пути содержится порядка 200 миллиардов звёзд
По нашим наилучшим оценкам, в Млечном Пути содержится от 200 до 400 млрд звёзд. И хотя звёзды бывает очень разных размеров и масс, большая их часть (3 из каждых 4) относятся к красным карликам: от 8% до 40% массы Солнца. Размер этих звёзд меньше солнечного: в среднем, порядка 25% диаметра Солнца. А ещё мы примерно знаем размер Млечного пути: это диск порядка 2000 световых лет толщиной и 100 000 световых лет в диаметре, с центральным балджем радиусом порядка 5000–8000 световых лет.
Наконец, относительно Солнца типичная звезда движется со скоростью в 20 км/с: порядка 1/10 скорости, с которой Солнце (и все звёзды) движутся по орбите в Млечном Пути.
Хотя Солнце движется в плоскости Млечного Пути на расстоянии в 25 000 — 27 000 световых лет от центра, направления орбит планет Солнечной Системы не выровнены с плоскостью галактики.
Такова статистика по звёздам в нашей Галактике. Существует множество деталей, нюансов и подвохов, которые мы проигнорируем — таких, как изменение плотности в зависимости от того, находимся ли мы в спиральном рукаве или нет; тот факт, что ближе к центру располагается больше звёзд, чем ближе к краю (а наше Солнце находится на полпути к краю); наклон орбит Солнечной Системы по отношению к галактическому диску; небольшие изменения, зависящие от того, находимся ли мы в середине галактической плоскости, или нет… Но мы можем проигнорировать их потому, что только использование перечисленных выше величин позволяет нам подсчитать, как часто звёзды Галактики подходят на определённое расстояние к нашему Солнцу, и, следовательно, как часто можно ожидать близких встреч или различных столкновений.
Расстояния между Солнцем и многими ближайшими звёздами приведены точно, но каждая звезда — даже крупнейшие из них — в масштабе занимала бы меньше чем одну миллионную долю пикселя в диаметре.
Подсчитываем мы эту величину очень просто — мы считаем плотность звёзд, интересующее нас поперечное сечение (определяемое тем, насколько близко вы хотите, чтобы звезда подошла к нашей), и скорость, с которой звёзды движутся относительно друг друга, а затем перемножаем всё это, чтобы получить количество столкновений в единицу времени. Этот метод подсчёта количества столкновений подходит для всего, от физики частиц до физики конденсированного состояния (для экспертов — это, по сути, модель Друде), и точно так же применима к астрофизике. Если мы предположим, что в Млечном Пути 200 млрд звёзд, что звёзды равномерно распределены по диску (проигнорировав балдж), и что относительно друг друга звёзды движутся со скоростью 20 км/с, то, построив график зависимости количества взаимодействий от расстояния до Солнца, получим следующее:
График, показывающий, как часто звёзды Млечного Пути будут проходить на определённом расстоянии от Солнца. График логарифмический по обеим осям, по оси y отложено расстояние, а по оси x — типичное ожидание этого события в годах.
Он говорит о том, что в среднем, за всю историю Вселенной можно ожидать, что ближайшее расстояние, на которое подойдёт к Солнцу другая звезда, будет составлять 500 а.е., или примерно в десять раз дальше, чем расстояние от Солнца до Плутона. Он также говорит о том, что раз в миллиард лет можно ожидать, что звезда подойдёт к нам на расстояние в 1500 а.е., что близко к краю рассеянного пояса Койпера. И более часто, примерно раз в 300 000 лет, звезда будет проходить на расстоянии порядка светового года от нас.
Логарифмическое представление Солнечной системы, простирающееся до ближайших звёзд, показывает, насколько далеко распространяются пояс Койпера и облака Оорта.
Это определённо хорошо для долгосрочной стабильности планет в нашей Солнечной системе. Из этого следует, что за 4,5 млрд лет существования нашей Солнечной системы шансы на то, что звезда подойдёт к любой из наших планет на расстояние, равное расстоянию от Солнца до Плутона, равны примерно 1 к 10 000; шансы на то, что звезда подойдёт к Солнцу на расстояние, равное расстоянию от Солнца до Земли (что очень сильно нарушило бы орбиту и привело бы к выбросу из системы) меньше, чем 1 к 1 000 000 000. Это значит, что вероятность прохода мимо нас иной звезды из галактики, которая сможет причинить нам серьёзные неудобства, ужасно низка. В космическую лотерею мы не проиграем — очень маловероятно что, раз уж пока ничего не случилось, что-то случится в обозримом будущем.
Орбиты внутренних и внешних планет, подчиняющиеся законам Кеплера. Шансы на то, что звезда пройдёт на каком-то небольшом расстоянии от нас, и даже на расстоянии, сравнимом с расстоянием до Плутона, чрезвычайно малы.
Но случаев прохода звезды через облако Оорта (расположенное в 1,9 световых годах от Солнца), в результате чего были нарушены орбиты огромного количества ледяных тел, за это время должно было накопиться порядка 40 000. При таком проходе звезды через Солнечную систему происходит много интересного, поскольку тут сходятся два фактора:
- Объекты облака Оорта очень слабо связаны с Солнечной системой, поэтому даже совсем небольшой гравитационный толчок может значительно изменить их орбиту.
- Звёзды очень массивны, поэтому даже если звезда пройдёт на расстоянии от объекта, равном расстоянию от него до Солнца, она сможет пнуть его достаточно сильно для того, чтобы его орбита изменилась.
Из этого следует, что каждый раз, когда мы близко встречаемся с проходящей звездой, увеличиваются риски того, что в течение, допустим, нескольких миллионов лет после этого мы можем столкнуться с объектом из облака Оорта.
В поясе Койпера находится величайшее количество объектов из всех, содержащихся в Солнечной системе, но облако Оорта, расположенное дальше и более тусклое, содержит не только больше объектов — оно ещё и больше подвержено возмущениям от проходящей мимо массы, такой, как другая звезда. Все объекты пояса Койпера и облака Оорта двигаются с чрезвычайно малыми скоростями относительно Солнца.
Иначе говоря, мы не увидим результатов воздействия проходящей звезды на ледяные кометоподобные тела, которые, возможно, попадут внутрь Солнечной системы, до тех пор, пока ещё порядка 20 очередных звёзд не пройдут достаточно близко от нашей! А это проблема, поскольку последняя звёздная система, звезда Шольца (прошедшая мимо 70 000 лет назад) уже находится в 20 световых годах от нас. Однако, из этого анализа можно сделать и оптимистичный вывод: чем лучше будет наша карта звёзд и их движения, располагающихся от нас в 500 световых годах, тем лучше мы сможем предсказать, где и когда появятся неконтролируемые объекты облака Оорта. И если нас волнует защита планеты от объектов, закидываемых внутрь нашей системы проходящими мимо звёздами, то приобретение таких знаний являются очевидным следующим шагом.
WISEPC J045853.90+643451.9, зелёная точка — первый сверххолодный коричневый карлик, открытый космическим телескопом Wide-Field Infrared Survey Explorer, или WISE (Широкоугольный инфракрасный обзорный исследователь). Эта звезда расположена в 20 световых годах от нас. Чтобы изучить всё небо и найти все звёзды, которые могли проходить поблизости от Солнца и принести штормы в облако Оорта, потребуется заглянуть на 500 световых лет.
А для этого понадобится построить широкоугольные телескопы, способные видеть тусклые звёзды на огромных расстояниях. Миссия WISE стала прототипом такой техники, но расстояние, на которых она способна видеть самые тусклые звёзды, то есть, звёзды наиболее распространённого типа, сильно ограничено её размером и временем наблюдения. Инфракрасный космический телескоп, обозревающий весь небосвод, мог бы разметить наше окружение, рассказать о том, что может прийти к нам, за какое время, с каких направлений, и какие звёзды вызвали возмущения среди объектов облака Оорта. Гравитационные взаимодействия происходят постоянно, даже несмотря на огромные расстояния между звёздами в пространстве; облако Оорта огромно, и у нас есть очень много времени на то, чтобы объекты оттуда пролетали мимо нас и как-то на нас влияли. За достаточно большое время произойдёт всё, что вы можете себе представить.
