Солнечная система может разрушиться на миллиард миллиардов лет раньше, чем считалось
- Расчёты Константина Батыгина учитывают асимметричные выбросы, которые при потере массы сообщают Солнцу случайные импульсы.
- Почти 40% моделей показывали разрушение системы ещё на стадии красного гиганта, а почти 90% — в первые 3 млрд лет после образования белого карлика.
- Нестабильность внешней системы может наступить примерно через миллиард лет после образования белого карлика, а не через 10¹⁸ лет.
Почему это важно: Работа меняет представление о финальной судьбе всей Солнечной системы.
Внешняя часть Солнечной системы может оказаться нестабильной не через 10¹⁸ лет, как следовало из прежних оценок, а уже примерно через миллиард лет после превращения Солнца в белый карлик. Новая работа Константина Батыгина из Калифорнийского технологического института (Caltech) показывает, что прежние расчёты недооценивали один важный фактор: Солнце будет терять массу не плавно, а отдельными асимметричными выбросами. В таком случае изменение орбит планет приведут к их случайному блужданию, постепенно разрушая нынешнюю архитектуру внешней части системы. Прежняя картина была значительно спокойнее.
По мере старения Солнце сбросит около 46% своей массы, а орбиты планет при плавной потере массы расширятся примерно в 1,85 раза, сохранив при этом свои относительные конфигурации. В численных экспериментах Батыгина и его соавторов такой сценарий действительно оставляет орбиты Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна устойчивыми на очень больших временах. Поэтому считалось, что после превращения Солнца в белый карлик гигантские планеты смогут существовать ещё порядка 100 млрд лет, а собственная динамическая нестабильность внешней системы оценивалась вообще в ~10¹⁸ лет.
Но потеря массы звездой может происходить иначе. Архив наблюдений молодых белых карликов указывают на то, что при сбросе внешней оболочки звезда получает небольшую скорость отдачи — порядка 0,75 км/с. Один из возможных механизмов объясняет это множеством отдельных выбросов вещества, происходящих в разные моменты и в разных направлениях. Каждый такой выброс даёт звезде небольшой импульс, но множество импульсов складываются в случайное блуждание.
Поскольку гравитационное поле Солнца задаёт орбиты всех планет, каждое возмущение будет немного изменять их орбитальное движение. В результате небольшие возмущения будут накапливаться и усиливать друг друга, вместо того чтобы взаимно усредняться.
Именно это проверили авторы работы с помощью численных расчётов движения четырёх планет-гигантов на моделях эволюции Солнца. При очень маленькой массе отдельных выбросов система ведёт себя почти так же, как при плавной потере массы. Но при значениях порядка 10⁻⁵ массы Солнца и выше орбиты начинают заметно перестраиваться. В расчётах, соответствующих оценкам массы отдельных выбросов, столкновения орбит начинались ещё на стадии красного гиганта: почти в 40% реализаций внешняя часть Солнечной системы уже переживала разрушение или сильное рассеяние до образования белого карлика. В целом почти 90% смоделированных систем разрушались в течение первых 3 млрд лет после его формирования.
При этом разрушение не обязательно означает столкновение планет. При пересечении орбит гиганты могут гравитационно расталкивать друг друга, менять порядок расположения или вылетать из системы. В отдельных расчётах Сатурн покидал систему всего через несколько миллионов лет, Уран и Нептун менялись местами, а перигелии планет смещались настолько, что начинали пересекать область орбиты Юпитера. Одновременно случайные возмущения иногда захватывали пары планет в орбитальные резонансы — например, Юпитер и Сатурн могли оказаться в соотношении периодов 5:2, а Уран и Нептун — 2:1. Однако резонанс в этих моделях не становился защитой: такие конфигурации даже несколько чаще разрушались, чем нерезонансные.
Работа не отменяет прежние расчёты, а показывает, почему их исходное допущение было принципиально важным. Если масса Солнца убывает плавно, то внешняя часть системы в основном просто расширяется. Если же оболочка звезды покидает её отдельными асимметричными выбросами, то Солнце само становится источником хаотизирующих возмущений. В наиболее реалистичном сценарии внешняя Солнечная система начинает разрушаться ещё до окончательного превращения Солнца в белый карлик, а её динамическая жизнь после этого сокращается с порядка 10¹⁸ лет до миллиарда лет.
Для Земли этот результат практически ничего не меняет: задолго до образования белого карлика Солнце пройдёт стадию красного гиганта, которая сделает современную Землю непригодной для жизни. Работа Батыгина меняет представление о финальной судьбе всей Солнечной системы.
© iXBT
