Расчёты Константина Батыгина показали, что неравномерная потеря массы Солнцем способна дестабилизировать орбиты планет ещё во время его превращения в белый карлик
Внешняя часть Солнечной системы может стать нестабильной не через 10¹⁸ лет, как указывали предыдущие оценки, а уже примерно через миллиард лет после того, как Солнце превратится в белый карлик. Новое исследование Константина Батыгина из Калифорнийского технологического института (Caltech) демонстрирует, что прежние расчёты недооценивали один ключевой аспект: Солнце будет терять массу не плавно, а в виде отдельных асимметричных выбросов. В таком случае изменение орбит планет приведёт к их случайному блужданию, постепенно разрушая нынешнюю структуру внешней части системы. Предыдущая картина была значительно спокойнее.
С течением времени Солнце сбросит около 46% своей массы, а при плавной потере массы орбиты планет расширятся примерно в 1,85 раза, сохраняя свои относительные конфигурации. В численных моделях Батыгина и его соавторов такой сценарий действительно сохраняет орбиты Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна стабильными на очень продолжительных временных интервалах. Поэтому считалось, что после превращения Солнца в белый карлик гигантские планеты смогут существовать ещё около 100 миллиардов лет, а собственная динамическая нестабильность внешней системы оценивалась в ~10¹⁸ лет.
Однако потеря массы звездой может происходить иначе. Архив наблюдений за молодыми белыми карликами указывает на то, что при сбросе внешней оболочки звезда получает небольшой импульс — порядка 0,75 км/с. Один из возможных механизмов объясняет это множеством отдельных выбросов вещества, происходящих в разные моменты и направлениях. Каждый такой выброс придаёт звезде небольшой импульс, но множество импульсов складываются в случайное движение.
Поскольку гравитационное поле Солнца определяет орбиты всех планет, каждое возмущение будет немного изменять их орбитальное движение. В результате небольшие возмущения будут накапливаться и усиливать друг друга, а не взаимно усредняться.
Именно это исследовали авторы работы с помощью численных расчётов движения четырёх гигантских планет на моделях эволюции Солнца. При очень малой массе отдельных выбросов система ведёт себя почти так же, как при плавной потере массы. Однако при значениях порядка 10⁻⁵ массы Солнца и выше орбиты начинают значительно перестраиваться. В расчётах, соответствующих оценкам массы отдельных выбросов, столкновения орбит начинались ещё на стадии красного гиганта: почти в 40% реализаций внешняя часть Солнечной системы уже испытывала разрушение или сильное рассеяние до образования белого карлика. В целом почти 90% смоделированных систем разрушались в течение первых 3 миллиардов лет после их формирования.
При этом разрушение не обязательно подразумевает столкновение планет. При пересечении орбит гиганты могут гравитационно расталкивать друг друга, менять порядок расположения или покидать систему. В отдельных моделях Сатурн покидал систему всего через несколько миллионов лет, Уран и Нептун меняли местами, а перигелии планет смещались настолько, что начинали пересекать область орбиты Юпитера. В то же время случайные возмущения иногда захватывали пары планет в орбитальные резонансы — например, Юпитер и Сатурн могли оказаться в соотношении периодов 5:2, а Уран и Нептун — 2:1. Однако резонанс в этих моделях не становился защитой: такие конфигурации даже несколько чаще разрушались, чем нерезонансные.
Работа не отменяет прежние расчёты, а показывает, почему их исходное допущение было принципиально важным. Если масса Солнца убывает плавно, то внешняя часть системы в основном просто расширяется. Если же оболочка звезды покидает её отдельными асимметричными выбросами, то Солнце само становится источником хаотизирующих возмущений. В наиболее реальном сценарии внешняя Солнечная система начинает разрушаться ещё до окончательного превращения Солнца в белый карлик, а её динамическая жизнь после этого сокращается с порядка 10¹⁸ лет до миллиарда лет.
Для Земли этот результат практически ничего не меняет: задолго до образования белого карлика Солнце пройдёт стадию красного гиганта, которая сделает современную Землю непригодной для жизни. Исследование Батыгина изменяет представление о финальной судьбе всей Солнечной системы.
Источник