Внешние планеты Солнечной системы могут погибнуть всего через миллиард лет после смерти Солнца

Солнце, как и любая другая звезда, однажды исчерпает запасы топлива и завершит свой жизненный путь. Нынешнему человечеству это ничем не грозит, однако новое исследование показало, что внешние планеты Солнечной системы переживут родное светило на гораздо меньший срок, чем считалось раньше.

Согласно расчетам, опубликованным в журнале The Astrophysical Journal Letters, после превращения Солнца в белый карлик примерно через 7–8 млрд лет внешней части системы останется около 1 млрд лет относительно спокойного существования. Предыдущие оценки давали от 100 млрд лет до 1 квинтиллиона лет, то есть единицы с 18 нулями.

Константин Батыгин, ведущий автор работы и астрофизик Калифорнийского технологического института, пояснил изданию Gizmodo, что столь огромная цифра появилась из-за упрощения. Прежние модели исходили из того, что Солнце будет терять массу плавно и равномерно. На деле умирание звезды, скорее всего, окажется куда более неровным процессом, и это вносит в уравнение дополнительный хаос.

Мы показали, что эта временная шкала (в 1 квинтиллион лет) опережается смертью самого Солнца. Так как динамика планет хаотична и демонстрирует чувствительную зависимость от начальных условий, ни одна отдельная симуляция не говорит, что произойдет, а лишь то, что может произойти.

По словам Батыгина, устойчивость Солнечной системы зависит от того, движутся ли планеты по "упорядоченным, непересекающимся орбитам" на астрономических масштабах времени. Ключевую роль здесь играют расстояния между орбитами и сеть орбитальных резонансов.

Резонансом называют ситуацию, когда периоды обращения двух тел соотносятся как небольшие целые числа, например Нептун и Плутон находятся в резонансе 3:2, из-за чего их гравитационное влияние друг на друга регулярно повторяется.

Вопрос стабильности планетных орбит волновал ещё Исаака Ньютона, который задумывался, не приведёт ли гравитация в итоге к их разрушению. С тех пор физики в целом нашли ответ, но лишь отчасти, ведь каждое новое открытие в этой области порождает новые вопросы. Батыгин изучает эту тему много лет и хорошо знаком с таким парадоксом.

Помимо общей проблемы, учёные отдельно рассматривают динамику внутренних и внешних планет, так как их поведение заметно различается. Новая работа посвящена именно внешней группе, то есть Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну. Если не учитывать астрофизические процессы, внешняя часть системы "удивительно стабильна", отметил Батыгин.

Именно на этом допущении строились прежние прогнозы. Согласно им, хаотической диффузии, то есть медленному накоплению мелких гравитационных возмущений, понадобится около 1 квинтиллиона лет, чтобы выбить Уран с его орбиты. Это во много раз больше нынешнего возраста Вселенной, который составляет около 13,8 млрд лет.

Однако, как пишут авторы исследования, стоит учесть реальные астрофизические процессы, и эта картина "рушится в самом основании". На поздних стадиях жизни Солнце не будет терять вещество аккуратными равными порциями. Гораздо реалистичнее предположить, что звезда станет сбрасывать внешние оболочки эпизодическими выбросами на протяжении длительного времени.

Облако длиной 1800 км на Марсе образуется так, как учёные считали невозможным

Загадка Hubble 27-летней давности привела к открытию планеты, рождённой из останков звезды

Потеря массы ослабляет гравитационное притяжение звезды, и орбиты планет начинают расширяться. Если этот процесс идёт рывками, система буквально испытывает встряски, которые, по словам Батыгина, быстро дестабилизируют орбиты крупных планет в течение миллиарда лет после превращения Солнца в белый карлик. Чтобы проверить гипотезу, учёные запустили масштабные серии симуляций, рассматривая нестабильность системы как "вероятность, а не окончательный прогноз".

Ключевые параметры и результаты моделирования выглядят так:

• команда проанализировала 672 сценария с разными вариантами того, когда и сколько массы теряет Солнце на пути к стадии белого карлика

• в выборку вошли и случаи, когда звезда сбрасывает массу плавно, как предполагали прежние модели

• даже с учётом этих вариантов около 96% смоделированных планетных систем погрузились в хаос в течение 3 млрд лет после превращения Солнца в белый карлик

Если коротко, умирая, Солнце утянет за собой внешнюю Солнечную систему. Смерть Солнца не станет событием, которое планеты тихо переживут – она послужит спусковым крючком для разрушения их орбит.