Новое исследование сокращает прогнозируемый срок жизни Солнечной системы в миллиард раз

Исследователи из Калифорнийского технологического института опубликовали новые симуляции, предполагающие, что внешние планеты Солнечной системы станут динамически нестабильными гораздо раньше, чем предсказывали предыдущие модели. Исследование, возглавляемое Константином Батыгиным вместе с Джимом Фуллером и Фредом К. Адамсом, было опубликовано в The Astrophysical Journal Letters (том 1009, статья L22) под названием «Terminal Instability of the Solar System Triggered by Stochastic Solar Mass Loss».

Что на самом деле обнаружило исследование

Команда провела сотни компьютерных N-body симуляций, отслеживающих гравитационные взаимодействия Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна в процессе эволюции Солнца в красного гиганта и позже в белого карлика. Согласно резюме статьи от AAS Nova, примерно в 40% симуляций орбиты внешних планет нарушились уже во время красного гиганта, а в 90% симуляций произошли нарушения в течение 3 миллиардов лет после образования белого карлика. В целом, в статье делается вывод, что внешние планеты вряд ли смогут существовать более чем примерно 1 миллиард лет после того, как Солнце станет белым карликом.

Почему оценка так сильно изменилась

Более ранние исследования стабильности предполагали, что Солнце будет терять массу плавно и постепенно с течением времени. При таком предположении, предыдущие работы оценивали, что внешние планеты могли бы оставаться стабильными от 30 до 100 миллиардов лет, или по некоторым оценкам до 10^18 лет, согласно AAS Nova и 404 Media. В новой статье вместо этого моделируется потеря массы Солнцем как серия случайных, асимметричных «стохастических толчков», основанная на наблюдаемых скоростях отдачи белых карликов, что указывает на то, что масса выбрасывается неравномерно, а не равномерно.

Когда эта случайность встроена в симуляции, отношения орбитальных периодов гигантских планет непредсказуемо дрейфуют с течением времени, процесс, который авторы описывают как стохастическую диффузию. 404 Media сообщает, что этот механизм вызывает пересечения орбит и хаос даже там, где планеты попадают в резонансы средних движений — конфигурации, в которых орбитальные периоды образуют малые целые числовые отношения и ранее считались обеспечивающими некоторую защиту от нестабильности. Статья показывает, что резонансные конфигурации разрушаются немного чаще, чем нерезонансные, а не реже.

График времени и его значение

Несмотря на драматическое сокращение, предсказанная нестабильность остается в миллиардах лет в будущем. Ожидается, что Солнце вступит в фазу красного гиганта примерно через 5 миллиардов лет, согласно стандартным временным шкалам эволюции звёзд, упомянутым Euronews, поэтому вновь выявленное окно нестабильности всё ещё произойдёт задолго за пределами любого человеческого временного масштаба. Это открытие пересматривает понимание астрономами долгосрочной динамической судьбы планетарных систем после смерти звезды-хозяина, а не указывает на какой-либо близкий риск для Земли или современной Солнечной системы.

Цитата относится к историческому предположению Исаака Ньютона о том, что дрейфующие орбиты Юпитера и Сатурна намекали на то, что планетарный порядок может быть не вечным, идея, которую, по словам авторов новой статьи, их симуляции в конце концов подтверждают, хотя и на временной шкале, связанной со смертью Солнца, а не с современным дрейфом орбит.