Useriøs Planet

Hvordan vores galakse vil dræbe vores solsystem om en billion år, planet for planet

2024

Her er et sjovt spørgsmål: Hvordan vil solsystemet dø?

OK, så det er måske ikke så sjovt. Men videnskaben om det er i det mindste interessant.

Det meste af tiden, når du læser artikler om dette emne, er svaret, du får, det solen vil bruge sit atombrændstof, blive til en rød kæmpe, opsluge Merkur, Venus og Jorden , blæse de ydre lag af , og derefter blive til en hvid dværg, der køler af i evigheden, indtil den bliver sort og fryser til næsten absolut nul.

va-11 hall-a børn

Husk, det er alt sammen sandt, men det er ikke rigtigt, hvad der sker med solsystem , bare Solen og de første tre planeter (hvoraf den ene har en interesse i). Men der er også andre ting derude, herunder Mars og fire kæmpe planeter. De tæller også. For helvede, Jupiter har i sig selv mere masse end alt andet i solsystemet (undtagen Solen, duh) tilsammen, så dens skæbne er meget vigtig.

Hvad sker der med dem alle?

Zoom ind

Solsystemet, med objektstørrelser i målestok, men ikke afstandene. Kredit: Wikipedia / WP / PlanetUser

Et nyligt udgivet papir undersøger præcis det . Generelt og på kort sigt er planternes bevægelser omkring Solen forudsigelige. De følger ligninger, der først blev udlagt af Isaac Newton i 1600 -tallet, og vi bruger stadig disse ligninger på nogenlunde samme måde i dag.

På længere sigt vil det dog ikke fungere. Hvis du har mere end to kroppe, der kredser om hinanden, bliver systemet generelt kaotisk efter tilstrækkelig lang tid. Jeg mener ikke, at ting bare flyver overalt; dette er i den matematiske betydning af kaosteori; det vil sige, det er ikke muligt præcist at forudsige, hvor planeterne vil være på et tidspunkt i en fjern fremtid, fordi du ikke kan præcist måle deres positioner og bevægelser nu. Enhver tilfældig fejl, uanset hvor lille, formerer sig gennem ligningerne, vokser sig større over tid og til sidst ændrer solsystemets konfiguration på uforudsigelige måder.

Zoom ind

Kunstværk, der skildrer en useriøs planet, skubbet ud fra sit solsystem og vandrer rundt i galaksen. Kredit: NASA/JPL-Caltech/R. Gør ondt (Caltech-IPAC)

For at undgå det kan du kompensere noget ved at inkludere usikkerhederne i din matematik og derefter køre ligningerne mange gange og ændre disse værdier lidt hver gang. Resultatet er en flok forskellige konfigurationer efter et stykke tid, men du kan derefter se dem statistisk. Ligesom i hvor mange simuleringer interagerede Jupiter og Saturn sådan, at Saturn blev smidt ud af solsystemet? Du kan ikke vide, hvilken sim der er den rigtige, men du kan få en fornemmelse af, hvad der vil ske på denne måde.

I det nye papir gik de endnu længere. For det første inkluderede de, at solen tabte masse, da den vokser til en rød kæmpe. Det er vigtigt, for efterhånden som det gør det, bliver dens tyngdekraft svagere, og planternes baner udvides - de fandt ud af, at planeterne Mars gennem Neptun får deres baner til at blive større med en faktor på omkring 1,85, da Solen mister omkring halvdelen af sin masse i de næste 7 milliarder år.

Mere end det inkluderede de også chancerne for at stjerner i galaksen kommer tæt nok på Solen til at have indflydelse. Stjerner er små og meget langt fra hinanden - den nærmeste stjerne til Solen er over 40 billioner kilometer væk - så møder som dette er sjældne.

Men ikke eksisterende. Og hvis du kører en simulering langt nok ind i fremtiden, bliver en stjerne, der tørrer solsystemet, uundgåelig. Så forskerne kørte deres simuleringer i to dele. Den første var op til Solen, der tabte sin masse, og den anden var den lange periode efter. De inkluderede semi-tilfældige stjernemøder ved hjælp af det faktiske galaktiske miljø (antal stjerner pr. Kubiklysår og deres bevægelser) for at simulere det.

Zoom ind

Kunstværk, der skildrer Jorden, der er kogt af Solen, når den bliver en rød kæmpe ... forudsat at den ikke bliver opslugt, når Solen udvider sig. Kredit: Wikimedia commons / fsgregs

De fandt ud af, at i fase 1 (før solen svulmer op), er planeterne for tæt på solen til, at det kan have stor effekt. Stjerner ville skulle passere meget tættere selv for at fjerne Neptun, og et sådant møde sker på billioner år tidsskala. Yderst usandsynligt.

Men når Solen først er en hvid dværg, og planeterne er længere ude, går oddsene langt op. Solens tyngdekraft er svagere, planeter er mere fjernt, og et tilfældigt stjernemøde har lettere ved at fjerne planeter og slippe dem ud i det interstellare rum.

De kørte ti fulde simuleringer i denne konfiguration. Det er ikke mange (normalt i situationer som dette køres hundredvis eller endda tusinder af), men de fik sådanne lignende resultater hver gang de følte sig sikre på deres konklusioner.

Zoom ind

Et plot, der viser tiden planeter skubbes ud i ti (farvekodede) simuleringer af solsystemet. For eksempel er de gange, den sidste planet i hver sim blev skubbet ud i den øverste række, hvor den tidligste (oliven) er 45 milliarder år, og den seneste (lilla) er over 300 milliarder. I gennemsnit skubbes Jupiter ud sidst, men ikke altid. Kredit: Zink et al.

Grundlæggende fandt de ud af, at en stjerne sandsynligvis vil passere inden for omkring 75 milliarder kilometer hvert 10. milliard år eller deromkring. Det er tæt nok til at have en vis effekt, og flere møder tilføjer. I nogle sims blev de ydre planeter destabiliseret efter cirka 45 milliarder år.

I alle sims skubbes Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun ud efter højst en billion år. Ikke overraskende er Jupiter generelt den sidste overlevende; det er det tætteste i, det mest massive og det sværeste at sparke ud.

torden her mit råb

I gennemsnit går den første planet tabt efter 30 milliarder år, og den sidste efter omkring 100 milliarder. Når først den første planet er skubbet ud, er systemet destabiliseret nok til, at de næste to følger inden for 5 milliarder år. De sidste planeter har en tendens til at blive hængende i yderligere 50 milliarder, fordi der ikke er andre planeter i systemet tilbage til at interagere med og stikke det gravitationsmæssigt.

Jeg vil bemærke en stor ting, de udelod fra deres simuleringer: Mars. De bemærker, at det kan være den sidste planet, der overlevede, da den er tættest på Solen og har brug for et virkelig tæt stjernemøde for at smide den væk. Så hvis du leder efter en meget langsigtede investeringer i fast ejendom, er den fjerde sten fra Solen-når den først er den første og eneste sten-vejen at gå.

I avisen bemærker de, at de ikke inkluderer stjernemøder med binære stjerner , som er mere effektive til at stikke i solsystemet, så de resultater, de finder, er sandsynligvis øvre grænser for, hvor længe systemet vil vare.

Zoom ind

Illustration af et kosmisk togvrak: Mælkevejen/Andromeda -galaksen kollision, fire milliarder år fra nu. Kredit: NASA, ESA, Z. Levay og R. van der Marel (STScI), T. Hallas og A. Mellinger

Også, Mælkevejen vil kollidere med Andromeda -galaksen om 4,6 milliarder år , mens Solen stadig er en relativt normal stjerne, og det tog de heller ikke højde for. Møder vil sandsynligvis ske oftere, når antallet af stjerner i den resulterende fusionerede galakse har dobbelt så mange som vi gør nu. Kollisionen vil også røre tingene meget op, så det hele kan alligevel være uoverskueligt. Solen kan falde ned i kernen i galaksen, hvor stjerner er rigelige og støder på almindelige, eller blive slynget ud i forstæderne, hvor møder er sjældne. Og det er alt længe, før det gennemsnitlige stjernemøde påvirker deres simmere.

Så der er klart mere arbejde der skal gøres her. Men dette er et glimrende skridt til at finde ud af det hele.

Jeg undrer mig nogle gange, hvorfor er jeg så fascineret af dette emne? Jeg mener, Jeg skrev bogstaveligt talt en hel bog om dette . Det er mere end bare den sygelige fascination af noget som en gyserfilm, tror jeg.

Vi ser solsystemet som uforanderligt, men det er over en menneskelig levetid. Over lang perioder ændrer det sig meget, og det er en rystelse af vores selvtilfredshed.

Men mere end det er der en mærkelig tiltrækning til tanken om dyb tid, ikke bare millioner eller endda milliarder, men billioner år, eller endda epoker, der får disse tal til at ligne et enkelt kryds. Det er et vindue til noget, de fleste af os aldrig rigtig havde overvejet før. Hvad hvis vi lader tiden løbe videre virkelig lang? Hvad sker der så?

Nå, stjerner løber tør. Planeter bliver slynget ud i rummet. Galakser støder sammen. Der sker ganske lidt , rent faktisk.