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圖片: Omarius257 · CC BY-SA 4.0 · Wikimedia Commons重點
一項新的模擬研究發現，外太陽系可能在太陽成為白矮星後大約10億年破裂，而不是之前估計的10^18年。這個變化來自於將太陽的質量損失建模為隨機爆發，而不是平緩過程。
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加州理工學院的研究人員發表了新的模擬結果，表明太陽系的外行星將比以前的模型預測的要早得多變得動力學不穩定。該研究由康斯坦丁·巴迪金領導，與吉姆·富勒和弗雷德·C·亞當斯合作，發表在《天體物理學報快訊》（第1009卷，第L22條）上，標題為《隨機太陽質量損失引發的太陽系終端不穩定性》。
該研究實際發現了什麼
該團隊進行了數百次N體計算機模擬，追蹤木星、土星、天王星和海王星的引力相互作用，因為太陽進化成紅巨星，隨後成為白矮星。根據AAS Nova對論文的總結，約40%的模擬顯示外行星的軌道在紅巨星階段本身就被擾亂，90%顯示在白矮星形成後3億年內被擾亂。總的來說，該論文得出結論，外行星不太可能在太陽成為白矮星後生存超過大約10億年。
為什麼估計變化如此之大
較早的穩定性研究假設太陽隨著年齡增長會平穩而逐漸地損失質量。根據這一假設，先前的工作估計外行星可能保持穩定30至100億年，或根據某些估計長達10^18年，根據AAS Nova和404 Media的報導。新論文改為將太陽的質量損失建模為一系列隨機、非對稱的「隨機踢」，基於對白矮星觀察到的反衝速度，這表明質量是不均勻而不是均勻地被拋出的。
當這種隨機性被納入模擬中時，巨行星的軌道周期比隨著時間的推移而不可預測地漂移，作者將其稱為隨機擴散的過程。404 Media報導，這一機制即使在行星陷入平均運動共振的地方也會造成軌道交叉和混亂——這些是軌道周期形成小整數比率的構型，之前被認為可以提供某種針對不穩定性的保護。該論文發現共振構型的分解頻率略高於非共振構型，而不是更低。
太陽系外部之前和新的穩定性估計的比較| 模型 | 質量損失假設 | 估計的穩定壽命 |
|---|
| 早期研究 | 平穩、逐漸的太陽質量損失 | 30–100億年（某些估計高達10^18年） |
|---|
| 加州理工學院領導的新研究（2026年） | 隨機、隨機化的質量損失爆發 | 白矮星形成後約10億年；甚至可能在紅巨星階段期間發生擾亂 |
|---|
時間範圍及其含義
儘管有劇烈的減少，預測的不穩定性仍然相距數十億年。根據Euronews引用的標準恆星進化時間表，太陽預計將在大約50億年後進入紅巨星階段，因此新發現的不穩定性窗口仍將遠遠超出任何人類時間範圍。該發現修改了天文學家對行星系統在其主星死亡後長期動力學命運的理解，而不是表明對地球或當前太陽系的任何近期風險。
牛頓設想的不穩定性畢竟是真實的。
— 康斯坦丁·巴迪金，據404 Media引用該引語指的是艾薩克·牛頓的歷史推測，即木星和土星軌道的漂移暗示行星秩序可能不是永恆的，新論文的作者說他們的模擬最終支持這一想法，儘管是在與太陽死亡相關的時間範圍內，而不是當代軌道漂移。
常見問題
- 太陽系實際上即將變得不穩定嗎？
- 不是。該研究中描述的不穩定性將在太陽成為紅巨星，然後成為白矮星的前後發生，一個預計大約50億年後開始的過程，而不是在不久的將來。
- 新的、較短的不穩定性估計是由什麼引起的？
- 研究人員基於對白矮星觀察到的反衝速度，將太陽的質量損失建模為隨機、非對稱的爆發，而不是平穩的過程。這種隨機性在模擬中使外行星的軌道遠比舊的、平穩質量損失模型預測的要快得多地變得不穩定。
- 新估計與之前相比短了多少？
- 先前的研究表明外太陽系可能保持穩定30至100億年，或根據某些估計長達10^18年；新研究發現在白矮星形成後大約10億年內可能發生擾亂，這一減少被描述為大約十億倍。
- 哪些行星受到影響？
- 模擬重點關注巨大的外行星——木星、土星、天王星和海王星——在太陽在其生命後期進化中損失質量時，其軌道周期比被追蹤。
- 該研究發表在哪裡？
- 標題為《隨機太陽質量損失引發的太陽系終端不穩定性》的論文由康斯坦丁·巴迪金、吉姆·富勒和弗雷德·C·亞當斯發表在《天體物理學報快訊》（第1009卷，第L22條）上。
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