Умирающее Солнце может разрушить орбиты Юпитера и Сатурна всего за миллиард лет

Группа астрофизиков из Калифорнийского технологического института, а также из Мичиганского университета обнаружила, что Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун могут быть выброшены из Солнечной системы или начать хаотично сталкиваться друг с другом уже через примерно миллиард лет после того, как Солнце станет белым карликом. Раньше считалось, что внешняя часть Солнечной системы сохранит устойчивость на протяжении квинтиллиона лет, но новые расчеты сокращают этот срок в миллиарды раз. Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Солнечная система обычно воспринимается как образец порядка и предсказуемости. Планеты вращаются вокруг Солнца по почти круговым орбитам, и кажется, что так будет всегда. Однако у любой звезды есть свой срок жизни, и Солнце не исключение. Примерно через пять миллиардов лет оно исчерпает водородное топливо в ядре, раздуется в красного гиганта, а затем сбросит внешние оболочки и превратится в белого карлика — плотный остаток размером с Землю. Этот процесс сопровождается потерей значительной части массы, и именно от того, как именно Солнце теряет вещество, зависит будущее планет-гигантов.

Долгое время астрономы предполагали, что Солнце будет сбрасывать свою оболочку плавно и равномерно. В таком случае его гравитационное влияние слабеет постепенно, и орбиты планет медленно расширяются, оставаясь стабильными. Даже пролетающие мимо звезды не смогли бы разрушить эту картину за разумное время. Однако недавние наблюдения белых карликов показали, что они получают заметный «толчок» в сторону, так называемую отдачу. Этот эффект проще всего объяснить тем, что звезда выбрасывает вещество не сплошным потоком, а отдельными сгустками, направленными в разные стороны. Каждый такой выброс будет действовать на Солнце как резкий удар, заставляя его слегка смещаться. Для планет это означает, что гравитационное поле, которое их удерживает, начинает «дрожать».

Именно эту идею и решила проверить команда исследователей. Они построили компьютерную модель, в которой Солнце теряет массу не гладко, а порциями — иногда крупными, иногда мелкими. К этой модели они добавили точные расчеты движения Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Всего было просчитано 672 сценария, различающихся размером отдельных выбросов и тем, на каком этапе эволюции Солнца они происходили. Для сравнения ученые смоделировали и привычный плавный сброс массы. Затем они проследили за судьбой планет на протяжении трех миллиардов лет после образования белого карлика.

Результаты оказались неожиданными. Когда выбросы были достаточно крупными, а такие варианты не противоречат наблюдениям, внешняя Солнечная система теряла устойчивость почти в каждом случае. Примерно в 40 процентах сценариев разрушение или сильное рассеяние планет начиналось еще на стадии красного гиганта, то есть до того, как Солнце окончательно сбросило оболочку. К моменту появления белого карлика многие варианты системы уже были далеки от исходного порядка. А в течение последующих трех миллиардов лет до 96 процентов моделей становились нестабильными. Планеты могли сближаться, менять орбиты, сталкиваться или выбрасываться в межзвездное пространство. Уран и Нептун, например, иногда менялись местами или уходили на вытянутые орбиты.

Интересно, что не все сценарии заканчивались катастрофой. Если выбросы массы были более мягкими, орбиты некоторых планет могли синхронизироваться и образовывать устойчивые пары. В редких случаях система сохраняла стабильность на протяжении всего моделируемого периода. Ученые отмечают, что такие случайные блуждания могут приводить к временному попаданию планет в резонансы — особые соотношения периодов обращения, которые в обычных условиях недостижимы. Это добавляет в картину эволюции Солнечной системы элемент непредсказуемости, который раньше не учитывался.

Главный вывод исследования состоит в том, что судьба внешних планет может быть гораздо более драматичной, чем принято думать. Вместо спокойного существования на протяжении квинтиллиона лет Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун могут быть выброшены из системы уже через миллиард лет после того, как Солнце станет белым карликом. Конечно, к тому времени Земля давно перестанет существовать, но сам факт того, что привычная архитектура Солнечной системы может разрушиться так быстро, меняет наши представления о долгосрочной судьбе планетных систем у других звезд.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях