Земля згорить, а Сатурн виштовхне у космос: як і коли насправді загине Сонячна система

Раніше вчені вважали, що зовнішні планети Сонячної системи зможуть зберігати стабільні орбіти ще протягом мільярда мільярдів років. Однак нове моделювання показало, що система може почати руйнуватися значно раніше — ще до того, як Сонце перетвориться на білого карлика, або протягом кількох мільярдів років після цього.

Такі висновки зробити астрофізики в результаті нового дослідження, опублікованого у The Astrophysical Journal Letters. Вчені змоделювали, як на планети впливатиме не лише поступова втрата Сонцем маси, а й окремі нерегулярні викиди речовини.

За результатами розрахунків, приблизно 40% змодельованих систем зазнали руйнування або сильного гравітаційного розсіювання планет ще до того, як Сонце перетворилося на білого карлика. А протягом трьох мільярдів років після цього нестабільними ставали близько 90% систем за сценарієм, який враховував викиди речовини на різних етапах еволюції зорі.

Як втрата маси Сонцем може зруйнувати орбіти планет

Коли Сонце вичерпає запаси водню в ядрі, воно пройде стадію червоного гіганта, а згодом скине значну частину зовнішньої оболонки. У підсумку залишиться білий карлик — щільне зоряне ядро. У міру втрати маси гравітаційний вплив Сонця слабшатиме, а орбіти планет розширюватимуться.

У попередніх моделях цей процес здебільшого вважали плавним. За такого сценарію орбіти планет-гігантів збільшуються, але їхнє взаємне розташування залишається відносно стабільним. Нове дослідження натомість враховує, що речовина може викидатися окремими порціями, причому несиметрично.

Кожен такий викид спричиняє невеликий поштовх для самої зорі. Оскільки напрямки поштовхів різняться, їхній ефект поступово накопичується. Унаслідок цього орбіти планет змінюються: вони можуть ставати витягнутішими, а відстані між сусідніми планетами — скорочуватися.

Комп’ютерні симуляції показали, що за певних умов орбіти планет перетинаються. Це може призвести до сильних гравітаційних взаємодій, обміну місцями на орбітах або викидання окремих планет у міжзоряний простір. У деяких розрахованих сценаріях Сатурн залишав систему вже за кілька мільйонів років після утворення білого карлика.

Коли може початися руйнування Сонячної системи

За розрахунками авторів, нестабільність може виникнути ще на стадії червоного гіганта. В інших сценаріях вона розвивається вже після утворення білого карлика — від кількох мільйонів до понад двох мільярдів років. Тому йдеться не про одну точну дату загибелі Сонячної системи, а про широкий діапазон можливих сценаріїв.

Важливо, що дослідники моделювали передусім зовнішню частину системи — чотири планети-гіганти. Їхні результати не означають, що Земля проіснує ще мільярди років після смерті Сонця. Доля нашої планети залежатиме від набагато раніших змін: ще до завершення еволюції Сонця умови на Землі стануть непридатними для звичного життя, а під час стадії червоного гіганта внутрішня частина системи зазнає кардинальних перетворень.

Автори також наголошують, що висновки залежать від характеру втрати маси зорі. Модель спирається на припущення про окремі асиметричні викиди, які узгоджуються зі спостереженнями за білими карликами. Отже, нова робота не встановлює неминучий термін руйнування системи, а демонструє механізм, який попередні моделі не враховували.

Як змінюватиметься Сонце перед загибеллю

Приблизно через п’ять мільярдів років Сонце вичерпає основні запаси водню в ядрі та почне перетворюватися на червоного гіганта. Його зовнішні шари значно розширяться, а згодом зоря скине оболонку й залишить після себе білий карлик.

Майбутнє Землі на цьому етапі залишається предметом окремих досліджень. Учені переглядають сценарії того, як завершиться існування нашої планети, адже розширення Сонця та зміна його гравітаційного впливу можуть мати різні наслідки для земної орбіти.

Ще до цього етапу зростання яскравості Сонця поступово змінюватиме умови на планеті. За оцінками дослідників, життя на Землі може зникнути задовго до смерті зорі. А фінальне перетворення Сонця на червоного гіганта стане вже наступним етапом масштабної перебудови всієї системи.

Таким чином, нове дослідження змінює уявлення не стільки про дату загибелі Сонця, скільки про те, як довго після цього зможуть зберігатися орбіти планет-гігантів. Замість майже немислимих часових проміжків їхня динамічна стабільність може завершитися протягом кількох мільярдів років — а в окремих сценаріях руйнування почнеться ще за життя Сонця.