منظومه‌ شمسی زودتر دچار فروپاشی می‌شود

گرچه زمین زیر پای ما اغلب اوقات حس یکپارچگی و اطمینان را القا می‌کند، هیچ چیز تا ابد ادامه نخواهد داشت. روزی خورشید می‌میرد؛ سپس بخش زیادی از جرم آن به داخل فضا منتشر می‌شود.

 

در مرحله‌ی بعدی به یک کوتوله‌ی سفید تبدیل می‌شود و در نهایت در فاصله‌ی هزار تریلیون سال بعد، گرمای این کوتوله‌ سفید هم به ‌قدری کاهش می‌یابد تا در نهایت یک توده‌ی سنگی مرده، تاریک و سرد از خورشید باقی خواهد ماند.

اما تا آن زمان هم منظومه‌ شمسی دچار فروپاشی شده است. بر اساس شبیه‌سازی‌های جدید، سیاره‌های باقی‌مانده تقریبا پس از ۱۰۰ میلیارد سال در کل کهکشان سرگردان می‌شوند و ستاره‌ی در حال مرگ را ترک می‌کنند. ستاره‌شناس‌ها و فیزیک‌دان‌ها در تلاش هستند سرنوشت نهایی منظومه‌ی شمسی را پیش‌بینی کنند. به گفته‌ی جان زینک از دانشگاه کالیفرنیا، لوس آنجلس، کمستانتین باتیجین از کلتک و فرد آدامز از دانشگاه میشیگان در مقاله‌ای جدید:

درک پایداری متغیر و طولانی‌مدت منظومه‌ی شمسی یکی از پرسش‌های دیرینه‌ی اخترفیزیک‌دان‌ها است و به زمان نیوتن باز می‌گردد که به بررسی تعامل مشترک سیاره‌ها در شرایط ناپایداری منظومه‌ پرداخته بود.

 

 

اما پی بردن به سرنوشت منظومه‌ی شمسی کمی دشوارتر از آنچه به نظر می‌رسد است. اجرام زیادی در منظومه‌ی شمسی متغیر تأثیر می‌گذارند و با یکدیگر به تعامل می‌پردازند؛ در نتیجه هرچقدر پیچیدگی سیستم افزایش پیدا کند پیش‌بینی آن هم دشوارتر خواهد شد. به این پیچیدگی، مسئله‌ی N جرم گفته می‌شود. به دلیل پیچیدگی منظومه‌ی شمسی، ارائه‌ی پیش‌بینی‌های قطعی از مدار سیاره‌های منظومه‌ی شمسی در بازه‌های زمانی مختلف کار دشواری است. در بازه‌ی تقریبی پنج تا ده میلیون سال آینده، قطعیت از بین خواهد رفت.

اما اگر بتوان اتفاق‌های آینده‌ی منظومه‌ی شمسی را پیش‌بینی کرد، می‌توان به چگونگی تکامل جهان در بازه‌های طولانی‌تر از سن فعلی آن یعنی ۱۳.۸ میلیارد سال پی برد. ستاره‌شناسان در سال ۱۹۹۹ پیش‌بینی کردند که منظومه‌ی شمسی به آرامی در بازه‌ی تقریبی یک میلیارد میلیارد سال آینده (یک کونیتیلیون سال) دچار فروپاشی خواهد شد. آن‌ها بر اساس رزونانس‌های مداری مشتری و زحل و جداسازی آن از اورانوس به این نتیجه رسیدند.

به نقل از تیم زینک، محاسبات قبلی یک نکته‌ی مهم را نادیده گرفتند که می‌تواند زودتر از زمان قابل انتظار به فروپاشی منظومه‌ی شمسی منجر شود. در درجه‌ی اول باید خورشید را در نظر گرفت. در زمان تقریبی ۵ میلیارد سال‌ آینده، خورشید خواهد مرد و به یک غول سرخ متورم تبدیل می‌شود که سیاره‌های عطارد و زهره و احتمالا زمین را خواهد بلعید. سپس نیمی از جرم خورشید به شکل بادهای ستاره‌ای به داخل فضا منتشر خواهد شد و در نهایت از خورشید، کوتوله‌ی سفیدی باقی می‌ماند که جرم آن تقریبا ۵۴ درصد جرم فعلی خورشید خواهد بود.
از بین رفتن بخش زیادی از جرم خورشید باعث می‌شود تأثیر گرانشی این ستاره بر سیاره‌های باقی‌مانده مثل مریخ و غول‌های یخی و گازی مثل مشتری، زحل، اورانوس و نپتون از بین برود.

 

در درجه‌ی دوم، با توجه به اینکه منظومه‌ی شمسی حول مرکز کهکشان می‌چرخد، ستاره‌های دیگر هم تقریبا هر ۲۳ میلیون سال به مدار سیاره‌ها نزدیک می‌شوند و آن‌ها را دچار اختلال می‌کنند. به گفته‌ی پژوهشگرها:
با محاسبه‌ی اتلاف جرم خورشیدی و تورم مدارهای سیاره‌های خارجی، تأثیرگذاری این برخوردها بیشتر خواهد شد. در بازه‌ی زمانی مشخصی، اجرام دیگر به قدری به منظومه‌ی شمسی نزدیک می‌شوند که می‌توانند سیاره‌های باقی‌مانده را ناپایدار و بی‌ثبات کنند.

پژوهشگرها با توجه به تأثیر اجرام دیگر در محاسبات، ۱۰ شبیه‌سازی N جرم را با استفاده از خوشه‌ی قدرتمند Shared Hoffman 2 برای سیاره‌های خارجی انجام دادند. برای کاهش هزینه‌ی محاسبات، فعلا مریخ را کنار گذاشتند زیرا اثر این سیاره قابل چشم‌پوشی است. این شبیه‌سازی‌ها به دو فاز تقسیم شدند: تا انتهای از بین رفتن جرم خورشید و فاز پس از آن.

گرچه ده شبیه‌سازی، نمونه‌ی آماری قوی نیست، پژوهشگرها متوجه سناریوی مشابهی در تمام آن‌ها شدند. پس از آنکه خورشید به کوتوله‌ی سفید تبدیل می‌شود، مدار سیاره‌های خارجی بزرگتر می‌شود اما باز هم ثبات نسبی خود را حفظ می‌کنند. بااین‌حال مشتری و زحل در رزونانس ثابت ۵:۲ قرار می‌گیرند. یعنی به ازای هر پنج مرتبه که مشتری مدار خورشید را کامل می‌کند، زحل دو مرتبه به دور خورشید می‌چرخد.
مدارهای توسعه‌یافته و همچنین ویژگی‌های رزونانس سیاره‌ای، سیستمی را تشکیل می‌دهند که بیش از گذشته در معرض تداخل ستاره‌های عبوری قرار دارند. پس از تقریبا ۳۰ میلیارد سال، چنین تداخل‌های ستاره‌ای مدارهای ثابت را به مدارهایی بی‌نظم تبدیل می‌کنند و باعث از بین رفتن سریع سیاره‌ها می‌شوند.

تمام سیاره‌ها به جز یکی، از مدارهای خود می‌گریزند و به شکل سیاره‌هایی سرکش در کهکشان به حرکت خود ادامه می‌دهند. سیاره‌ی باقی‌مانده، به مدت ۵۰ میلیارد سال دیگر در مدار خود باقی می‌ماند. در نهایت، این سیاره هم به دلیل ستاره‌های عبوری، مقاومت خود را از دست می‌دهد. در فاصله‌ی ۱۰۰ میلیارد سال پس از تبدیل شدن خورشید به کوتوله‌ی سفید، منظومه‌ی شمسی در کار نخواهد بود.
بازه‌ی زمانی جدید بسیار کوتاه‌تر از بازه‌ی پیشنهادی در سال ۱۹۹۹ است. پژوهشگرها معتقدند با توجه به رصدهای فعلی از محیط کهکشان و تخمین‌های عبور ستاره‌ای، چنین سرنوشتی محتمل است. حتی اگر تخمین بازه‌های زمانی انتقال منظومه‌ی شمسی تغییر کنند، هنوز میلیاردها سال تا فروپاشی منظومه‌ی شمسی فاصله داریم. پس جای نگرانی نیست.
این پژوهش در مجله‌ی Astronomical منتشر شده است.