Ein Weißer Zwergstern, nachdem er seine Masse ausgestoßen und einen planetarischen Nebel gebildet hat. (ESO/P. Weilbacher/AIP) Obwohl sich der Boden unter unseren Füßen (meistens) fest und beruhigend anfühlt, hält nichts in diesem Universum ewig.
Eines Tages wird unsere Sonne sterben und einen großen Teil ihrer Masse ausstoßen, bevor ihr Kern zu einem schrumpft weißer Zwerg , allmählich Wärme entweichend, bis es nicht mehr als ein kalter, dunkler, toter Felsklumpen ist, tausend Billionen Jahre später .
Aber der Rest des Sonnensystems wird bis dahin längst verschwunden sein. Neuen Simulationen zufolge wird es nur 100 Milliarden Jahre dauern, bis alle verbleibenden Planeten durch die Galaxie rasen und die sterbende Sonne weit hinter sich lassen.
Astronomen und Physiker versuchen seit mindestens Hunderten von Jahren, das endgültige Schicksal des Sonnensystems herauszufinden.
„Das Verständnis der langfristigen dynamischen Stabilität des Sonnensystems stellt eine der ältesten Aufgaben der Astrophysik dar und geht auf Newton selbst zurück, der spekulierte, dass gegenseitige Wechselwirkungen zwischen Planeten das System letztendlich instabil machen würden“, schrieb der Astronom Jon Zink von der University of Washington Kalifornien, Los Angeles, Konstantin Batygin vom Caltech und Fred Adams von der University of Michigan in ihrem neuen Papier .
Aber das ist viel schwieriger, als es scheint. Je mehr Körper an einem dynamischen System beteiligt sind und miteinander interagieren, desto komplizierter wird das System und desto schwieriger ist es, es vorherzusagen. Dies nennt man N-Körper-Problem .
Aufgrund dieser Komplexität ist es unmöglich, deterministische Vorhersagen über die Umlaufbahnen von Objekten im Sonnensystem über bestimmte Zeitskalen hinaus zu treffen. Nach etwa fünf bis zehn Millionen Jahren ist die Gewissheit schnell verloren.
Aber wenn wir herausfinden können, was mit unserem Sonnensystem passieren wird, wird uns das etwas darüber verraten, wie sich das Universum auf Zeitskalen entwickeln könnte, die weit über sein derzeitiges Alter von 13,8 Milliarden Jahren hinausgehen.
Im Jahr 1999, Astronomen vorhergesagt dass das Sonnensystem über einen Zeitraum von mindestens einer Milliarde Milliarden – das sind 10^18 oder eine Trillion – Jahre langsam auseinanderfallen würde. Sie berechneten, dass es so lange dauern würde, bis Orbitalresonanzen auftreten Jupiter und Saturn, um Uranus zu entkoppeln.
Laut Zinks Team wurden bei dieser Berechnung jedoch einige wichtige Einflüsse außer Acht gelassen, die das Sonnensystem früher stören könnten.
Erstens ist da die Sonne.
In etwa 5 Milliarden Jahre Wenn die Sonne stirbt, schwillt sie zu einem roten Riesen an und verschlingt sie Quecksilber , Venus und Erde. Dann wird es fast die Hälfte seiner Masse ausstoßen und durch Sternwinde in den Weltraum geschleudert werden; Der verbleibende Weiße Zwerg wird nur etwa 54 Prozent der aktuellen Sonnenmasse ausmachen.
Dieser Massenverlust wird den gravitativen Einfluss der Sonne auf die verbleibenden Planeten lockern, Mars und die äußeren Gas- und Eisriesen Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.
Zweitens sollten, während das Sonnensystem das galaktische Zentrum umkreist, etwa alle 23 Millionen Jahre andere Sterne nahe genug herankommen, um die Umlaufbahnen der Planeten zu stören.
„Durch die Berücksichtigung des Massenverlusts der Sterne und der Inflation der Umlaufbahnen der äußeren Planeten werden diese Begegnungen einflussreicher.“ schrieben die Forscher .
„Mit genügend Zeit werden einige dieser Vorbeiflüge nahe genug herankommen, um die verbleibenden Planeten zu trennen oder zu destabilisieren.“
Unter Berücksichtigung dieser zusätzlichen Einflüsse in ihren Berechnungen führte das Team unter Verwendung der Mächtigen zehn N-Körper-Simulationen für die äußeren Planeten durch (wobei der Mars ausgelassen wurde, um Rechenkosten zu sparen, da sein Einfluss vernachlässigbar sein sollte). Geteilter Hoffman2-Cluster . Diese Simulationen wurden in zwei Phasen unterteilt: bis zum Ende des Massenverlusts der Sonne und die Phase danach.
Obwohl 10 Simulationen keine aussagekräftige statistische Stichprobe darstellen, stellte das Team fest, dass sich jedes Mal ein ähnliches Szenario abspielte.
Nachdem die Sonne ihre Entwicklung zu einem Weißen Zwerg abgeschlossen hat, haben die äußeren Planeten eine größere Umlaufbahn, bleiben aber immer noch relativ stabil. Jupiter und Saturn werden jedoch in einer stabilen 5:2-Resonanz gefangen – denn alle fünf Male, die Jupiter die Sonne umkreist, umkreist Saturn zweimal (diese letztendliche Resonanz wurde schon oft vorgeschlagen, nicht zuletzt von Isaac Newton selbst).
Diese erweiterten Umlaufbahnen sowie die Eigenschaften der Planetenresonanz machen das System anfälliger für Störungen durch vorbeiziehende Sterne.
Nach 30 Milliarden Jahren bringen solche Sternstörungen diese stabilen Umlaufbahnen in chaotische Bahnen, was zu einem schnellen Planetenverlust führt. Alle bis auf einen Planeten entkommen ihren Umlaufbahnen und fliehen in die Galaxie Schurkenplaneten .
Dieser letzte, einsame Planet bleibt noch 50 Milliarden Jahre bestehen, aber sein Schicksal ist besiegelt. Schließlich wird auch es durch den Gravitationseinfluss vorbeiziehender Sterne losgerissen. Letztendlich existiert das Sonnensystem 100 Milliarden Jahre, nachdem sich die Sonne in einen Weißen Zwerg verwandelt hat, nicht mehr.
Das ist ein deutlich kürzerer Zeitrahmen als der 1999 vorgeschlagene. Und die Forscher weisen sorgfältig darauf hin, dass er von aktuellen Beobachtungen der lokalen galaktischen Umgebung und Schätzungen des Sternvorbeiflugs abhängt, die sich beide ändern können. Es ist also keineswegs in Stein gemeißelt.
Selbst wenn sich die Schätzungen über den zeitlichen Ablauf des Untergangs des Sonnensystems ändern, liegt er noch viele Milliarden Jahre entfernt. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Menschheit lange genug überlebt, um es zu sehen, ist gering.
Schlaf gut!
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astronomische Journal .