Будущее Солнечной системы может оказаться значительно более бурным, чем считалось до сих пор. Новое моделирование показало, что после старения Солнца устойчивость орбит внешних планет способна нарушиться гораздо быстрее прежних прогнозов. Причиной станет не только потеря массы нашей звездой, но и то, каким образом эта масса будет выбрасываться в пространство.

Через несколько миллиардов лет Солнце исчерпает запасы топлива, превратится в красного гиганта, а затем — в белого карлика. Внутренние планеты к этому времени окажутся в крайне неблагоприятном положении, а привычная конфигурация Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна тоже может не сохраниться. Новые расчёты показывают: хаотические изменения орбит способны начаться ещё во время стадии красного гиганта, а после образования белого карлика внешняя часть планетной системы может потерять устойчивость примерно за миллиард лет.

Старые прогнозы давали планетам намного больше времени

Вопрос о долговременной устойчивости Солнечной системы интересует учёных уже несколько столетий. Ещё Исаак Ньютон обращал внимание на сложное гравитационное взаимодействие планет и допускал, что существующий порядок не обязательно сохранится вечно.

Позднее развитие небесной механики и появление компьютерного моделирования позволили заглянуть в будущее гораздо дальше. Расчёты показывали, что внешняя часть Солнечной системы обладает чрезвычайно высокой собственной динамической устойчивостью. Без учёта некоторых внешних факторов характерное время её существования оценивалось примерно в 10¹⁸ лет.

Более реалистичные модели, учитывающие эволюцию Солнца и сближения с другими звёздами, давали меньшие, но всё равно огромные сроки. Предполагалось, что система планет-гигантов сможет просуществовать порядка 30–100 млрд лет после основных этапов эволюции Солнца.

Теперь выяснилось, что в этих расчётах могло отсутствовать одно важное обстоятельство.

Солнце будет терять массу не совсем равномерно

Исследование провели Константин Батыгин, Джим Фуллер и Фред Адамс. Работа под названием «Terminal Instability of the Solar System Triggered by Stochastic Solar Mass Loss» опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

Главное отличие нового моделирования заключается в характере потери солнечной массы.

В прежних расчётах обычно предполагалось, что стареющее Солнце избавляется от вещества относительно плавно. В таком сценарии планеты постепенно приспосабливаются к уменьшению массы центральной звезды: их орбиты расширяются, но сама система долго сохраняет устойчивость.

Авторы новой работы рассмотрели другой вариант. Потеря вещества может происходить отдельными выбросами различной мощности и направления. Такие события создают небольшие импульсы, фактически заставляющие движение звезды и связанных с ней планет постоянно немного изменяться.

Каждое отдельное возмущение может показаться незначительным. Однако за огромный промежуток времени их совокупное воздействие способно серьёзно изменить архитектуру всей планетной системы.

Хаос может начаться ещё на стадии красного гиганта

Моделирование показало неожиданно высокую вероятность ранней дестабилизации.

Примерно в 40% проведённых численных экспериментов серьёзное нарушение орбит или интенсивное гравитационное рассеяние происходило ещё до окончательного превращения Солнца в белого карлика.

После этого вероятность распада системы быстро увеличивалась. Около 90% смоделированных вариантов теряли устойчивую конфигурацию в течение трёх миллиардов лет.

Характерное время существования внешней Солнечной системы после образования белого карлика исследователи оценивают примерно в один миллиард лет. Это радикально отличается от сценариев, согласно которым планеты-гиганты могли сохранять устойчивость десятки или даже сотни миллиардов лет.

При этом речь идёт не о точной «дате смерти» Солнечной системы. Исследователи рассматривают статистическую вероятность различных сценариев, а не предсказывают конкретный момент разрушения планетной системы.

Что произойдёт с Землёй

Для Земли судьба далёких внешних планет, скорее всего, уже не будет иметь практического значения.

Примерно через пять миллиардов лет Солнце завершит основную стадию своей эволюции и начнёт превращаться в красного гиганта. Его внешние слои значительно расширятся.

Меркурий и Венера практически наверняка окажутся поглощены разросшейся звездой. Судьба Земли сложнее и зависит от деталей эволюции Солнца, потери им массы и изменения земной орбиты, однако даже в случае физического выживания планеты условия на ней задолго до этого станут несовместимыми с современной жизнью.

После сброса внешних оболочек от Солнца останется чрезвычайно плотный белый карлик. Потеря значительной части массы звезды заставит орбиты уцелевших планет расшириться.

И именно этот период, согласно новому исследованию, может оказаться началом конца привычной Солнечной системы.

Планеты начнут влиять друг на друга иначе

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун сегодня находятся в относительно устойчивой гравитационной конфигурации. После потери Солнцем значительной части массы размеры их орбит увеличатся примерно вдвое.

Само по себе расширение орбит ещё не означает разрушения системы. Проблема заключается в сочетании этого процесса со случайными импульсами, возникающими при неравномерных выбросах солнечного вещества.

Постепенно параметры орбит могут отклоняться всё сильнее. В какой-то момент траектории планет способны начать пересекаться или войти в режим сильного гравитационного взаимодействия.

После этого развитие событий становится хаотическим. Планета может перейти на совершенно другую орбиту, испытать тесное сближение с другим гигантом или вообще быть выброшена из системы.

Солнечную систему разрушит собственная звезда

Особенно интересен вывод о возможной причине будущей катастрофы. Раньше одним из главных механизмов окончательного распада внешней Солнечной системы считались пролетающие поблизости звёзды.

После расширения планетных орбит такие встречи действительно становятся опаснее. Достаточно близкое прохождение другой звезды способно нарушить движение планет и постепенно разрушить оставшуюся систему.

Однако новое моделирование показывает, что ждать подобного внешнего вмешательства может и не потребоваться.

Главным источником нестабильности способно стать само умирающее Солнце. Теряя массу отдельными неравномерными выбросами, оно будет постепенно расшатывать созданную вокруг него планетную систему.

Таким образом, конец Солнечной системы может оказаться не медленным угасанием стабильной конструкции, существующей ещё десятки миллиардов лет после смерти Солнца. Планетный порядок способен начать разрушаться практически одновременно с последними этапами жизни нашей звезды.

Новые расчёты пока не позволяют назвать точный сценарий судьбы каждой из внешних планет. Однако они существенно меняют представление о том, насколько долговечной может оказаться Солнечная система после превращения Солнца в белого карлика. Вместо почти невообразимых сроков существования речь теперь может идти всего примерно об одном миллиарде лет относительной устойчивости после завершения звёздной эволюции Солнца.