우리 태양계가 나가고 있습니다. 느리게. 향후 수십억 년 동안, 불행한 일련의 불행한 사건이 그다지 많지 않은 곳에서 진정으로 비극적 인 사건이 열릴 것입니다. 그 후, 우리의 태양계는 사라질 것입니다. 모든 행성이 손실되고 태양은 독방 흰색 난쟁이가 될 것입니다.
(눈물을 닦아내기 위해 일시 중지하십시오.)
한 번에 한 단계 씩 태양계의 미래를 안내해 드리겠습니다. 지구는 우리의 본거지이기 때문에 지구상의 삶에 영향을 미치는 주요 행사를 포함 할 것입니다. 다가오는 다섯 단계는 다음과 같습니다.
- 1. 지구의 바다가 끓을 것입니다.
2. 바위 같은 행성의 궤도는 불안정 해져 행성간에 잠재적 인 충돌이 발생할 수 있습니다.
3. 태양은 붉은 거인이되어 바위 같은 행성을 삼킨다.
4. 지나가는 별은 나머지 행성들 사이에서 역동적 인 불안정성을 유발합니다.
5. 지나가는 별이 마지막 행성을 제거 할 것입니다.
2 번 (비교적 작은 확률 만있는)을 제외하고 이러한 각 사건이 일어날 것이라는 것은 거의 확실합니다. 그러나 끝에 도달하는 데 약 1,000 억 년이 걸릴 것입니다.
가자.
지구의 액체 물 (및 생명)의 끝
태양은 너무나도 슬프게 가열됩니다. 오늘날, 그것은 형성 직후보다 약 30 % 더 밝습니다. 태양이 코어에서 수소를 헬륨으로 변환함에 따라 평균 분자량이 증가하여 코어의 온도와 융합 반응 속도 (양성자-프로 톤 체인이라고 함)를 증가시킵니다. 이것은 천천히 태양의 에너지 출력을 증가시킵니다.
우리가 알고있는 삶에는 액체 물이 필요합니다. 행성 표면에 액체 물을 유지하려면 들어오는 에너지와 올바른 온도 범위를 유지하는 에너지 사이에 균형이 있어야합니다.
에너지 균형은 항상 스스로 조정됩니다. 지구 대기의 온실 가스의 양이 오늘날처럼 증가하면 온실 가스의“담요”효과는 더운 표면과 새로운 에너지 균형을 만듭니다.
지구에는 내장 된 온도 조절 장치가 있습니다 :탄산염-실리케이션 사이클은 대기에서 이산화탄소의 양을 조절하여 안정적인 기후를 유지합니다. 불행히도 우리 인간에게는 약 백만 년의 타임 스케일에서 작동하므로 현재의 지구 온난화 문제를 도와주기에는 너무 느립니다.
지구가 가열하는 또 다른 방법은 들어오는 에너지의 양이 증가하는 경우입니다. 이것은 태양의 밝기가 천천히 증가함에 따라 정확히 일어나는 일입니다. 지구의 기후에는 계절의 기후가 훨씬 짧아 지지만 대기 조성의 변화 (인간이 만든 온실 가스와 때로는 화산 먼지로 인한), Milankovitch 사이클의 변화, 지구 표면은 태양 광가 높아지면서 느리지 만 불가분의 가열이 발생합니다.
.어느 시점에서 지구의 대기는 더 이상 안정적인 에너지 균형을 유지할 수 없으며 온실 난방은 런 어웨이 단계로 들어갑니다. 런 어웨이 온실에는 긍정적 인 피드백 루프가 있습니다. 지구의 표면이 더워지면 더 많은 물이 대기로 증발하게됩니다. 물은 강한 온실 가스이므로 온실 효과의 강도를 증가시켜 지구 표면을 더욱 가열합니다.
온실 효과가 런 어웨이가 끝나면 바다가 완전히 기화 될 수있는 지점까지 지구의 표면을 가열합니다. 이것은 새로운 균형에 도달 할 때까지 행성을 더 뜨겁고 뜨겁게 만들 것입니다. 뜨거운 표면과 대기에 갇힌 모든 물이 대기에 갇히게됩니다 (아마도“초 임계”상태에서 액체와 가스 사이에 차이가 없음). 지구의 표면에 가까운 수증기가 있지만 액체 바다는 없습니다.
이것을 생각하는 또 다른 방법은“거주 가능한 구역”의 관점에서, 즉 적절한 대기를 가지고 있다면 행성이 액체 물을 유지할 수있는 별 주위의 궤도 영역입니다. 거주 가능한 구역의 안쪽 가장자리는 행성의 대기가 도망자 온실 가열을 겪는 별 내부의 거리입니다. 현재 태양의 거주 가능한 구역의 안쪽 가장자리는 지구-매싱 거리의 약 95 %입니다.
밝은 태양으로, 거주 가능한 구역의 안쪽 가장자리는 천천히 바깥쪽으로 행진하고 있습니다. 바로 거주 가능한 구역의 안쪽 가장자리가 지구의 궤도를 가로 지르는 경우 정확히 정확히 지적하기가 약간 까다 롭지 만 지금부터 약 10 억 년이 지적됩니다.
그 시점부터 지구상에 더 이상 액체 물이 없을 것입니다. 더 이상 액체 물은 우리가 알고있는 것처럼 더 이상 생명을 의미하지 않습니다. 위대한 멜 브룩스의 말에 따르면 :“지구가갑니다!”
바위 행성의 궤도의 혼란스러운 불안정화
행성의 궤도는 혼란 스럽습니다. 수학적 의미에서, 이것은 먼 미래에 그들의 정확한 위치를 예측할 수 없다는 것을 의미합니다 (약 10 ~ 1 억 년을 넘어)
미래를 생각할 때 최악의 것을 상상하기 쉽습니다. 내 아이들이 여전히 기어 다니면서, 나는 그들이 키가 큰 가장자리에서 기어 다니는 끔찍한 미래를 상상하고 있다는 것을 알게 될 것입니다. 운 좋게도 그런 일은 없었습니다. 그러나 전망은 나를 무서워했다.
바위 같은 행성의 궤도가 혼란스러워서 우리는 그들의 미래를 알 수 없습니다. 우리는 그들의 궤도가 항상 멋지고 안정적으로 유지 될 것이라고 가정해야합니까? 아니면, 젊은 부모처럼, 우리는 최악의 상황을 가정해야한다면, 일이 어떻게 든 끔찍하게 잘못 될 것인가?
컴퓨터는 확률 론적이지만 컴퓨터는 답을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 행성의 궤도를 제 시간에 따라 다니도록 설계된 코드를 사용하여 태양계에 대한 많은 미래를 시뮬레이션 할 수 있습니다. 각 시뮬레이션은 오늘날 행성의 약간 다른 위치에서 시작하여 미래에 그들을 투사합니다. 우리는 행성의 위치를 매우 정확하게 알고 있지만 밀리미터 수준에서 미터까지 불확실성이 있으며, 이러한 불확실성은 혼돈에 의해 확대됩니다.
.일부 시뮬레이션에 따르면 Mercury의 궤도는 극도로 뻗어 있거나 편심이 될 것입니다. 수은이 목성과 함께“세속적 인 공명”에 들어가면 발생할 수 있습니다. 공명은 태양을 가장 가까운 접근의 위치에 연결하는 선 (행성의 apsidal 라인) 사이의 궤도 정렬을 유발합니다. 이것은 극적인 방식으로 Mercury의 궤도를 점차적으로 늘리는 역할을합니다 :
머큐리의 궤도가 너무 뻗어있어 금성 궤도를 가로 질러 모든 종류의 미친 일이 일어날 수 있습니다. 수은은 태양에 너무 가까워 질 수있어 휩싸 일 수 있습니다. 또 다른 가능성은 머큐리가 금성과 충돌 할 수 있다는 것입니다. 아마도 지금까지 보이는 가장 극적인 (그리고 비극적 인) 결과는 수은 이이 이미지에서 볼 수 있듯이 다른 바위 같은 행성의 궤도를 지구와 화성 사이의 충돌을 유발하는 지점까지 섭동을 일으킬 수 있다는 것입니다.
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이런 일이 일어날 가능성은 무엇입니까? 지구는 실제로 30 억 년 만에 화성과 충돌 할 것인가? 2009 년부터 현재까지 가장 엄격한 연구에 따르면 수은이 목성과 함께 세속적으로 공명하고 향후 50 억 년 동안 혼란에 빠질 확률이 약 1 % 인 것으로 나타났습니다. 수은이 공명에 들어가더라도 지구와 충돌 할 가능성은 거의 없습니다. 머큐리가 단순히 태양에 빠지거나 금성과 충돌 할 가능성이 훨씬 높습니다.
다시 말해, 바위 같은 행성의 궤도가 적어도 태양 자체가 변할 때까지 시계처럼 태양 주위를 계속 확대 할 확률이 99 %입니다.…
태양은 붉은 거인으로 진화하고 내부 행성을 삼키고 흰 난쟁이가 될 것입니다
약 50 억 년 만에 태양의 핵심은 융합 반응기의 연료 인 수소가 떨어질 것입니다. 태양은 팽창하는 껍질에 수소를 계속 융합시킬 것이며, 이것은 태양을 붉은 거인으로 퍼뜨릴 것입니다.
오리온의 밝은 오른쪽 어깨 인 Betelgeuse는 붉은 거인의 좋은 예입니다. 태양은 약 50 억 년 동안 붉은 거인이 될 것입니다. 목성과 토성을 포괄하기 위해 거주 가능한 구역을 바깥쪽으로 이동시켜 밝기가 증가합니다. 이 단계에서 거대한 행성의 큰 달에는 표면에 액체 물 조건이있을 수 있습니다. 그 달의 대부분은 얼음 껍질 아래에 액체 바다를 곁들인 (가장 유명한 유로파)를 포함하여 내부에 많은 물이 있습니다. 태양계의 가장 큰 달인 Ganymede는 지구보다 약 40 배 작은 질량을 가지고 있지만 약 절반의 물로 생각됩니다! 이는 우리 지구의 물이 질량으로 1000에서 약 1 부에 불과하기 때문에 Ganymede의 물 예산은 지구보다 훨씬 더 크게 만듭니다. Ganymede는 약 70 억 년 만에 바다 달을 만들 것입니다.
행성의 궤도는 변화하는 태양에 적응할 것입니다. 태양이 붉은 거인 일 때 내부 행성이 휩싸 일 것입니다. 태양에서 멀리 떨어진 행성은 태양이 표면에서 흘러 나오는 강력한 바람으로 질량을 잃을 때 더 넓은 궤도로 확장됩니다. 태양의 중력이 약해짐에 따라 행성의 궤도는 긴장을 잃고 나이가 들면서 뻗어있는 것처럼 자연스럽게 넓어집니다.
이제 빨간 거인은 big 입니다 . 태양은 약 100 배까지 붉은 거인이되며 지구의 전류 궤도까지 확장 될 것입니다. 우리 지구는 위기에 있습니다. 우리는 그것이 태양에 의해 삼키거나 더 큰 궤도로 탈출 할 것인지 알지 못합니다.
한편, 태양의 핵심은 온도와 압력이 증가하면 헬륨의 융합이 가능할 때까지 수축합니다. 몇 번의 플래시가있을 것입니다. 그러면 태양은 외부 층을“행성 성운”으로 퍼프합니다 (행성과는 아무 관련이 없습니다. 그것은 단지 낡은 이름 일뿐입니다). 태양이 남아있는 것은 그 핵심, 영원히 천천히 식히는 작은 흰색 난쟁이입니다.
하얀 난쟁이는 태양만큼 크지 만 지구의 크기는 거의 없습니다. 이것은 그들에게 매우 강한 표면 중력을 제공하며, 수소 나 헬륨보다 무거운 물질은 대기에서 며칠에서 몇 달 안에 별 자체에 침전됩니다. 눈의 천문학적 깜박임.
.우리가 흰 난쟁이를 볼 때, 그 중 상당 부분이“오염 된”것으로 보입니다. 순수한 수소 또는 헬륨 스펙트럼을 갖는 대신 외부 층은 바위 같은 (또는 때로는 얼음이 풍부한) 물질로 오염됩니다. 매우 빨리 정착해야하기 때문에이 바위가 많은 재료는 최근에 하얀 난쟁이와 충돌해야합니다.
흰색 난쟁이는 매우 가까운 궤도에있는 잔해 디스크에서 표면에 떨어지는 천천히 물질의 물질로 오염 될 수 있습니다. 잔해는 궤도 이동 중 및 궤도 이동 중에 행성에 의해 중력으로 슬링 샷을 찍은 작은 몸에서 나옵니다. 흰 난쟁이는 작은 대상이기 때문에 작은 몸은 별에 부딪치지 않고 중력에 의해 찢어지면서 흰색 왜성에 매우 가까운 궤도에 닿을 때 먼지로 갈아 입는 바위 디스크를 돌립니다.
약 70 억 년 동안 태양은 흰 난쟁이가 될 것입니다. 지구는 붉은 거인 태양에 의해 삼켜 졌거나 철저히 구운 것입니다. 먼 관찰자가 보았을 때, 옅은 푸른 점이 한 번이 멍청한 흰색 왜성을 둔화시킨 유일한 힌트는 몇 가지 독특한 스펙트럼 라인이 될 것입니다.
이 시점에서 우리의 이야기는 다음과 같습니다.
그러나 이것이 끝이 아닙니다. 5 명 (또는 6 명, 지구가 운이 좋으면) 행성은 태양을 흰 난쟁이로보기 위해 살아남을 것입니다.
지나가는 스타는 행성들 사이의 역동적 인 불안정성을 유발합니다
영원히 지속되는 것은 없습니다 (심지어 추운 11 월 비).
태양이 흰 난쟁이가 된 후에는 행성 시스템이 현재 크기의 거의 두 배가됩니다. 물론 행성의 수와 관련하여 (Bye-Bye, Inner Rocky 행성)가 아니라 생존 행성의 궤도의 크기 측면에서. 태양은 질량의 약 40 %를 잃었을 것입니다. 그 중 상당수는 흰 난쟁이가되기 위해 아름다운 행성 성운을 만들 것입니다. 행성의 궤도는 약 85 % 씩 넓어 질 것입니다. 해왕성의 궤도는 행성의 바깥 쪽 가장자리를 표시하는 30에서 약 55 개의 천문 단위로 자랄 것입니다.
여기에서 영원까지 매끄럽게 항해해야합니다. 행성은 흰 난쟁이 주위에 멋지고 원형 궤도에있을 것입니다. 그리고 태양계의 성가신 내면의 혼란스러운 부분은 태양에 의해 삼켜 졌을 것입니다.
이제 한 가지만이 태양계를 위험에 빠뜨릴 수 있습니다. 다른 별.
별은 아기 일 때 서로 가까이 다가 가면서 많은 시간을 보냅니다. 출생 클러스터에서 별은 종종 서로 비교적 가깝게지나갑니다. (정확한 숫자는 출생 클러스터의 크기와 밀도에 따라 다릅니다.) 때때로 별이 너무 가깝게 지나서 중력이 각 별 주위의 궤도에있는 것에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 지나가는 별은 다른 별의 행성 형성 디스크의 가장 바깥 부분을 불안정하게 할 수 있습니다. 그리고 어떤 경우에는 지나가는 별이 매우 넓은 궤도 행성을 훔칠 수도 있습니다. (이것은 가상 행성의 가능한 기원 9.)
한 모델은 별이 태양의 천문학적 단위로 몇 백에서 천에서 수천 개의 천문 단위 내에 올 때 태양계 역사상 초기에 매우 먼 물체의 궤도가 형성되었다고 제안합니다. (이것은 논쟁적인 모델입니다.) 이것은 태양과 같은 별이 태양과 같은 출생 클러스터에서 경험할 수있는 가장 가까운 만남의 전형적인 거리입니다. 이 만남은 적어도 태어 났을 때부터 백인 난쟁이가되는 것에 이르기까지 가장 가까운 만남이었을 수도 있습니다.
출생 클러스터가 사라지면 별은 일반적으로 서로 멀리 떨어져 있습니다. 이것은 공간이 정말로 크기 때문입니다. 태양의 이웃에있는 별의 밀도와 그들이 얼마나 빨리 움직이는지를 감안할 때, 우리는 별이 태양의 주어진 거리 내에서 지나가는 데 걸리는 전형적인 시간을 계산할 수 있습니다. 평균적으로, 또 다른 별은 2 천만 년마다 10,000 개의 천문학 단위 내에서, 1,000 억 년마다 1,000 개의 천문학 단위, 그리고 100 억 년마다 100 천문 단위 내에서 통과합니다.
Jon Zink, Konstantin Batygin 및 Fred Adams의 환상적인 2020 연구를 설명하겠습니다. 그들은 현재부터 시작하여 태양이 붉은 거인이되고 흰 난쟁이가되면서 행성을 따라 태양계의 궤도 진화를 10 조년 동안 연주했습니다. 빅뱅은 140 억 년에 불과 했으므로 Zink와 동료의 시뮬레이션은 현재 시대의 현재 연령의 약 70 배로 늘어났습니다. 각 시뮬레이션은 태양계의 미래를 나타냅니다. 이 경우 선물은 주로 태양과 행성에 가까운 별의 구절과 관련하여 다릅니다.
행성 시스템은 별이 가장 큰 행성 궤도의 크기의 3 ~ 5 배 이내에 별이 매우 가까이 지나갈 때만 크게 영향을받습니다. 천문학 단위의 해왕성을 사용하면 스타는 오늘날의 태양계에 큰 영향을 미치기 위해 약 100 개의 천문 단위 내에서 통과해야합니다. 그러나 하얀 난쟁이 태양 주위의 55 개의 천문학 단위에서 해왕성이 있으면 약 200 개의 천문학 단위 내에서 지나가는 별이 행성에 큰 영향을 미칠 것입니다. 500 천문 단위의 플라이비조차도 해왕성이 눈에 띄는 중력 차기를 제공합니다.
Zink와 그의 동료들의 시뮬레이션에서 약 300 억 년 이내에 스타는 천문학적 단위 내에서 통과하여 역동적 인 불안정성을 유발했습니다. 이것은 태양계 역사에서 초기에 일어난 것보다 훨씬 더 강력한 불안정성이 될 것입니다. 왜냐하면 목성과 토성 사이의 중력 산란을 포함하기 때문입니다. 거대한 행성의 궤도가 비교적 부드럽게 퍼지는 대신, 이것은 천체 물리학 자들이 거대한 외계 행성 시스템 사이에서 흔한 것으로 생각되는 역동적 인 불안정성처럼 보일 것입니다 (그리고 종종 바위 같은 행성을 파괴하는) :
.이 역동적 인 불안정성은 나머지 행성을 모두 방출 할 것입니다. 행성들 사이의 중력 차기는 각 행성 (그러나 하나)에게 충분한 궤도 에너지를 성간 공간으로 발사하여 자유 플로팅 행성이되게합니다. Zink의 대부분의 시뮬레이션에서 목성은 거대한 외계 행성과 비슷한 뻗어있는 궤도에서 살아남은 마지막 행성이었습니다.
이 시점부터 태양계는 단순히 흰 난쟁이 태양과 목성으로 구성됩니다. 이것은 오늘날의 기술을 사용하여 인근 태양과 같은 별 주변의 태양계를 검색한다면 목성은 여전히 감지 될 수있는 유일한 태양계 행성이기 때문에 이상한 방식으로 적합합니다.
.별의 밀접한 통로는 태양의 마지막 행성을 벗어납니다
모든 로프가 파손 지점이있는 것처럼, 다른 별이 충분히 가까이 지나가면 모든 행성이 별에서 벗겨 질 수 있습니다.
이 단계에서 목성은 태양계의 마지막 행성 서있는 넓은 궤도에있을 것입니다.
별의 별의 플라이 비는 목성을 부드럽게 흘릴 수 있지만, 매우 드물고 매우 가까운 만남의 효과는 실제로 지배적입니다. Zink의 시뮬레이션은 별이 약 200 개의 천문학 단위 내에서 통과하려면 약 1,000 억 년을 기다려야합니다. 별은 목성에게 흰 난쟁이 태양에서 탈출하는 데 필요한 중력 에너지를 제공하고 결코 돌아 오지 않습니다. (Zink의 시뮬레이션은 미래의 약 40 억 년에서 300 이상까지 마지막 행성의 방출시기에 범위를 가졌습니다.)
태양계 수명의 마지막 단계는 다음과 같습니다.
모든 것이 말하고 행해질 때, 태양의 8 개의 원래 행성 중 5 ~ 6 개는 태양 주위에 궤도에 있지 않아도 여전히 손상되지 않을 것입니다. 그 행성들은 자유 플로팅 또는 "도적"행성 (다른 두세 가지가 적색 자이언트 단계에서 삼킨다)으로 살아남을 것입니다. 물론, 그 행성은 혼자가되지 않을 것입니다. 자유 플로팅 행성의 풍부함은 끊임없이 증가 할 것입니다.
이것은 태양계의 끝을 나타냅니다. 모든 것을 감싸십시오. 이야기를 즐겼기를 바랍니다. 
Sean Raymond는 프랑스의 보르도 천체 물리학 실험실에서 일하는 미국 천체 물리학 자입니다. 또한 Science and Fiction (Planetplanet.net)의 인터페이스에 블로그를 작성하고 최근에 천문학시를 출판했습니다.
추가 자원
- 태양계의 이야기 (모든 장에 대한 링크 포함)
- 흰색 난쟁이 별 주위에 피가 뿌려진 지구의 운명을 읽는다 ( 노틸러스 기사)
- 행성의 죽음
- Second Chance Planets :별의 별이 빨간 자이언트에 갈 때 해동하는 Iceball Worlds (The How Planets Die Series의 긍정적 인 스핀, Ultimate Second-Orcance Solar System을 포함하여)
- 일부 주요 기술 논문 :Koparappu et al 2013 (거주 가능한 구역 한계), Ramirez and Kaltenegger 2016 (진화하는 별의 거주 가능한 영역) Laskar와 Gastineau 2009 (다음 50 억 년 동안 Chaos-Britival Dynamical Instability의 가능성에 관한), Veras 2016 (Planetary Systems에 어떻게 반응하는지, zink et al el al el al el al el al el al el al el al el al el al el al el als al el al el als al) 1,000 억 년이 넘는 별의 만남의 행성들).
- Mojo 비디오 (행성 형성에 대해 내가 휘젓는 것을보고 싶을 때).
Sean Raymond의 블로그 Planetplanet.net의 허가로 재 인쇄되었습니다.
