Nauji modeliai rodo, kad išorinė Saulės sistemos dalis gali būti ne tokia stabili, kaip manyta ilgą laiką. Net ir nedideli, netolygūs Saulės masės nuostoliai ilgainiui galėtų pakeisti planetų orbitas, o didžiausią įtaką darytų Jupiteris ir Saturnas. Laikui bėgant šie pokyčiai gali sustiprėti ir sukelti chaotišką judėjimą, todėl neatmetama, kad milžiniškos planetos gali pavojingai suartėti. Pasekmės pasireikštų tolimoje ateityje, tačiau jos verčia iš naujo įvertinti prielaidas, kiek ilgai sistema gali išlikti stabili.
Ką nustatė naujas Saulės sistemos stabilumo tyrimas?
Naujasis stabilumo tyrimas parodė, kad išorinė Saulės sistema gali būti kur kas mažiau stabili, nei teigė ilgą laiką vyravę modeliai. Skaitmeniniai eksperimentai atskleidė, kad netolygus masės netekimas Saulei gali sukelti orbitinius rezonansus tarp milžiniškųjų planetų.
Modeliuojant buvo lyginamas tolygus ir epizodinis žvaigždės masės netekimas, o kiekvienu atveju stebėtos Jupiterio, Saturno, Urano ir Neptūno orbitos. Nedideli masės išmetimai mažai ką pakeitė, tačiau dėl didesnių, atsitiktinių masės netekčių orbitų dažniai dažnai pakisdavo tiek, kad planetos patekdavo į rezonansą.
Daugelyje modeliavimų šie rezonansai didino ekscentricitetus, užuot juos mažinę. Tai rodo, kad būsima Saulės evoliucija išorinę planetų sistemą galėtų destabilizuoti gerokai anksčiau, nei manyta.
Kaip atsitiktinis Saulės masės praradimas veikia orbitas?
Kadangi žvaigždės masės netekimas nėra tolydus, atsitiktiniai Saulės išmetimai gali skirtingai paveikti planetų orbitas nei tolygus masės mažėjimas.
Nedideli išmetimai, kai prarandama mažiau nei maždaug viena dešimtmilijoninė Saulės masės dalis, daugiausia išsaugo adiabatinę reakciją: didžiosios pusašės padidėja, tačiau orbitų struktūra išlieka tvarkinga.
Didesni, protarpiais vykstantys masės praradimai sukelia stochastinius postūmius, kurie keičia planetų orbitines fazes ir gali įstumti jas į vidutinio judėjimo rezonansus.
Skaitmeniniai eksperimentai parodė, kad dėl vidutinio dydžio išmetimų daugeliu atvejų susidaro rezonansai.
Tokie rezonansai negarantuoja stabilumo; priešingai, jie dažnai sustiprina ekscentricitetą ir orbitų polinkį, todėl padidėja ilgalaikio dinaminio nestabilumo tikimybė.
Kodėl Jupiteris ir Saturnas gali destabilizuoti išorines planetas?
Jupiteris ir Saturnas gali destabilizuoti išorines planetas, kai dėl masės praradimo jų orbitiniai periodai tampa artimi rezonansiniams santykiams, todėl pasikartojantys gravitaciniai poveikiai ima kauptis, užuot vienas kitą panaikinę.
Tokiu atveju bendri jų perturbaciniai poveikiai keičia Urano ir Neptūno ekscentricitetus ir perihelio precesiją, silpnindami fazinius ryšius, kurie paprastai palaiko tvarkingą milžiniškųjų planetų sistemos judėjimą.
Rezonansas sustiprina nedidelius nuokrypius, o ne juos slopina, nes planetos per daugelį orbitų nuosekliai keičiasi kampiniu momentu.
Rezonansas sustiprina nedidelius nuokrypius, o ne juos slopina, nes planetos per daugelį orbitų nuosekliai keičiasi kampiniu momentu.
Kintant foniniam potencialui, anksčiau nepavojingos pasaulietinės sąveikos gali tapti chaotiškos ir padidinti orbitų susikirtimo riziką, o nestabilumas gali plisti po visą išorinę sistemą.
Kada galėtų subyrėti išorinė Saulės sistema?
Kai rezonansų skatinama sąveika ima stiprinti milžiniškų planetų tarpusavio poveikį, svarbiausia tampa laikas: skaitmeniniai eksperimentai rodo, kad išorinė Saulės sistema gali neišlikti nepakitusi tiek ilgai, kiek anksčiau manyta.
Panašu, kad didžiausią sukrėtimą sukelia palyginti dideli ir staigūs Saulės masės išmetimai per raudonosios milžinės evoliucijos etapą. Tokiais atvejais orbitiniai rezonansai gali susidaryti per kelis milijardus metų, o nestabilumas astronominiais masteliais gali kilti netrukus po to.
Mažesni išmetimai paprastai leidžia išlikti tvarkingai evoliucijai, tačiau vidutinio masto įvykiai jau kelia nemažą tikimybę, kad Jupiterio, Saturno, Urano ir Neptūno dinaminė sistema sutriks.
Ką tai reiškia Žemės ateičiai?
Žemei svarbiausia ne tiesioginis išmetimas iš Saulės sistemos, o vėlyvojo Saulės masės netekimo pakopinis poveikis planetų orbitų struktūrai ir ilgalaikiam tinkamumui gyventi.
Saulei kylant raudonųjų milžinių šaka, masės išmetimas gali sutrikdyti milžiniškąsias planetas, pakeisti jų rezonansinę struktūrą ir netiesiogiai paveikti Žemės dinaminę aplinką.
Net jei Žemė išvengs tiesioginio orbitos praradimo, Saulės šviesis ir spindulys pavers jos paviršių netinkamu gyventi gerokai anksčiau, nei žlugs išorinės planetų sistemos struktūra.
Net jei Žemė liks savo vietoje, išsipūtusi Saulė sterilizuos jos paviršių dar gerokai anksčiau, nei iširs išorinių planetų orbitos.
Ilgesnėje perspektyvoje destabilizuotos milžiniškosios planetos galėtų dar labiau pakeisti orbitų ekscentricitetus ir padidinti susidūrimų ar galimo orbitos palikimo riziką, tačiau sąlygos gyventi sausumos planetose išnyks pirmiausia.
