Компьютерное моделирование показало, что Солнечная система может потерять свою нынешнюю структуру значительно раньше, чем предполагали прежние расчеты. Причина — неравномерная потеря массы Солнцем на поздних этапах его жизни и связанные с ней гравитационные возмущения, способные изменить орбиты планет-гигантов. Результаты исследования описало издание Sky & Telescope.

Речь не о скором исчезновении Земли: этот сценарий относится к далекому будущему, когда Солнце пройдет стадию красного гиганта и превратится в белого карлика. При этом моделирование не предсказывает точную дату гибели Солнечной системы, а показывает, насколько сильно ее долгосрочная устойчивость зависит от деталей звездной эволюции.

Как умирающее Солнце может изменить орбиты планет

По мере старения Солнце будет терять массу. Из-за ослабления его гравитационного притяжения планетные орбиты постепенно расширятся. Однако потеря вещества может происходить неравномерно: звезда будет выбрасывать его отдельными порциями, создавая дополнительные возмущения в планетной системе.

В прежних моделях потерю массы часто представляли как плавный процесс. Новый подход учитывает случайные импульсы, связанные с выбросами вещества на стадии красного гиганта. Они могут постепенно менять движение планет, особенно во внешней части системы, где находятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Даже небольшие изменения орбит способны со временем привести к сложным последствиям. Например, Юпитер и Сатурн могут оказаться в орбитальном резонансе — соотношении периодов обращения, при котором гравитационное воздействие планет друг на друга регулярно усиливается. Но такая конфигурация не обязательно стабилизирует систему: в некоторых моделируемых сценариях она, напротив, сопровождается более частыми нарушениями орбит.

Почему планеты могут разлететься

После того как Солнце сбросит внешние оболочки и станет белым карликом, его гравитация будет слабее, чем сегодня. Расширившиеся орбиты планет окажутся более уязвимыми к возмущениям, в том числе со стороны звезд, пролетающих сравнительно близко к Солнечной системе.

В зависимости от начальных условий и последовательности гравитационных взаимодействий орбиты могут постепенно дестабилизироваться. Некоторые планеты способны изменить траектории настолько сильно, что будут выброшены из системы или начнут взаимодействовать друг с другом на опасно малых расстояниях.

Согласно приведенным в публикации результатам моделирования, примерно в 90% рассмотренных сценариев система теряла устойчивую структуру в течение трех миллиардов лет. В 40% случаев серьезная дестабилизация происходила еще до того, как Солнце завершало стадию красного гиганта и превращалось в белого карлика.

Эти проценты описывают результаты компьютерных сценариев, а не статистическую вероятность события, рассчитанную по наблюдениям реальных планетных систем. Итог зависит от предположений модели и того, какие процессы в нее включены.

Почему новые оценки отличаются от прежних

Гравитационное взаимодействие нескольких планет — сложная динамическая задача. Даже если система сохраняет устойчивость на протяжении миллиардов лет, небольшие изменения условий могут со временем привести к совершенно разным результатам. Поэтому прогнозы на чрезвычайно большие промежутки времени чувствительны к деталям модели.

В прежних расчетах долгосрочная эволюция Солнечной системы могла рассматриваться на масштабах порядка (10^{18}) лет — миллиарда миллиардов лет. Новые симуляции указывают, что после превращения Солнца в белого карлика система может потерять устойчивость гораздо раньше, вплоть до первых миллиардов лет этого этапа.

Однако распад планетной системы не означает, что все планеты обязательно столкнутся или будут уничтожены. Под этим подразумевается разрушение ее нынешней орбитальной конфигурации: отдельные тела могут быть выброшены в межзвездное пространство, а другие — перейти на новые орбиты.

Главный вывод работы состоит не в том, что Солнечная система обречена на конкретную дату, а в том, что ее далекое будущее может оказаться менее стабильным, чем показывали модели с более простым описанием потери массы Солнцем. Чтобы уточнить прогноз, ученым предстоит оценить, насколько сильно результат зависит от физических свойств звездных выбросов и других внешних возмущений.