gov-civil-vilareal.ptHoe ons sterrenstelsel ons zonnestelsel over een biljoen jaar zal doden, planeet voor planeet
>Hier is een leuke vraag: hoe zal het zonnestelsel sterven?
Oké, dus misschien is het niet zo leuk. Maar de wetenschap ervan is op zijn minst interessant.
Meestal wanneer u artikelen over dit onderwerp leest, is het antwoord dat u krijgt: de zon zal zijn nucleaire brandstof opgebruiken, in een rode reus veranderen, Mercurius, Venus en de aarde verzwelgen , blaas de buitenste lagen eraf , en verandert dan in een witte dwerg, die voor eeuwig afkoelt totdat hij zwart wordt en bevriest tot bijna het absolute nulpunt.
Let wel, dit is allemaal waar, maar dat is niet echt wat er gebeurt met de zonnestelsel , alleen de zon en de eerste drie planeten (waarvan we er een belang bij hebben). Maar er zijn ook andere dingen, waaronder Mars en vier gigantische planeten. Ze tellen ook mee. Heck, Jupiter heeft op zichzelf meer massa dan al het andere in het zonnestelsel (behalve de zon, duh) samen, dus zijn lot is erg belangrijk.
Wat gebeurt er met hen allemaal?
boekbespreking van een spotvogel doden
Het zonnestelsel, met objectgroottes op schaal, maar niet de afstanden. Credit: Wikipedia / WP / PlanetUser
Een onlangs gepubliceerde paper onderzoekt precies dat . Over het algemeen en op korte termijn zijn de bewegingen van de planeten rond de zon voorspelbaar. Ze volgen vergelijkingen die voor het eerst zijn opgesteld door Isaac Newton in de 17e eeuw, en we gebruiken die vergelijkingen vandaag nog steeds op vrijwel dezelfde manier.
Op de lange termijn gaat dat echter niet werken. Als je meer dan twee lichamen om elkaar heen hebt draaien, wordt het systeem over het algemeen na een voldoende lange tijd chaotisch. Ik bedoel niet dat dingen gewoon overal vliegen; dit is in de wiskundige zin van chaostheorie; dat wil zeggen, het is niet mogelijk om precies te voorspellen waar de planeten op een bepaald punt in de verre toekomst zullen zijn, omdat je niet kunt precies meet nu hun posities en bewegingen. Elke willekeurige fout, hoe klein ook, plant zich voort door de vergelijkingen, wordt in de loop van de tijd groter en verandert uiteindelijk de configuratie van het zonnestelsel op onvoorspelbare manieren.
Kunstwerk van een schurkenplaneet, uit zijn zonnestelsel geworpen, die door de melkweg dwaalt. Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Gekwetst (Caltech-IPAC)
Om dat te voorkomen, kunt u dit enigszins compenseren door de onzekerheden in uw wiskunde op te nemen en de vergelijkingen vervolgens heel vaak uit te voeren, waarbij u die waarden elke keer een beetje verandert. Het resultaat is na verloop van tijd een heleboel verschillende configuraties, maar je kunt ze dan statistisch bekijken. Zoals, in hoeveel simulaties hadden Jupiter en Saturnus een zodanige wisselwerking dat Saturnus uit het zonnestelsel werd gegooid? Je kunt niet weten welke sim de juiste is, maar je kunt wel een idee krijgen van wat er op deze manier gaat gebeuren.
In de nieuwe krant gingen ze nog verder. Ze omvatten bijvoorbeeld dat de zon massa verliest terwijl hij uitgroeit tot een rode reus. Dat is belangrijk, want als dat gebeurt, wordt de zwaartekracht zwakker en worden de banen van de planeten groter. Ze ontdekten dat de banen van de planeten Mars tot en met Neptunus met een factor ongeveer 1,85 groter worden omdat de zon ongeveer de helft van zijn massa verliest in de komende 7 miljard jaar.
Meer dan dat, ze omvatten ook de kans dat sterren in de melkweg dicht genoeg bij de zon komen om een effect te hebben. Sterren zijn klein en heel ver uit elkaar - de dichtstbijzijnde ster bij de zon is meer dan 40 biljoen kilometer verwijderd - dus ontmoetingen als deze zijn zeldzaam.
Maar niet onbestaande. En als je een simulatie ver genoeg in de toekomst uitvoert, wordt een ster die het zonnestelsel opzij schuift onvermijdelijk. Dus de wetenschappers hebben hun simulaties in twee delen uitgevoerd. De eerste was totdat de zon zijn massa verloor, en de tweede was de lange periode daarna. Ze omvatten semi-willekeurige stellaire ontmoetingen, waarbij de werkelijke galactische omgeving (aantal sterren per kubieke lichtjaar en hun bewegingen) werd gebruikt om dat te simuleren.
Kunstwerk dat de aarde uitbeeldt, gekookt door de zon wanneer het een rode reus wordt ... op voorwaarde dat het niet wordt verzwolgen als de zon uitzet. Credit: Wikimedia commons / fsgregs
Ze ontdekten dat in fase 1 (voordat de zon opzwelt), de planeten te dicht bij de zon staan om veel effect te hebben. Sterren zouden veel dichterbij moeten komen, zelfs om Neptunus weg te halen, en zo'n ontmoeting vindt plaats op de biljoen jaar tijdschaal. Uiterst onwaarschijnlijk.
Maar zodra de zon een witte dwerg is en de planeten verder weg staan, wordt de kans groter. De zwaartekracht van de zon is zwakker, planeten zijn verder weg, en een toevallige ontmoeting met sterren heeft een gemakkelijkere tijd om planeten weg te strippen en ze de interstellaire ruimte in te slingeren.
Ze hebben tien volledige simulaties uitgevoerd in deze configuratie. Dat zijn er niet veel (meestal worden er in situaties als deze honderden of zelfs duizenden uitgevoerd), maar ze kregen zulke vergelijkbare resultaten elke keer dat ze vertrouwen hadden in hun conclusies.
Een grafiek die de tijden toont waarop planeten worden uitgeworpen in tien (kleurgecodeerde) simulaties van het zonnestelsel. Bijvoorbeeld, de tijden waarop de laatste planeet in elke sim werd uitgeworpen, staat in de bovenste rij, waar de vroegste (olijf) 45 miljard jaar is en de laatste (paars) meer dan 300 miljard is. Jupiter wordt gemiddeld als laatste uitgeworpen, maar niet altijd. Credit: Zink et al.
Kortom, ze ontdekten dat een ster waarschijnlijk elke 10 miljard jaar binnen ongeveer 75 miljard kilometer zal passeren. Dat is dichtbij genoeg om enig effect te hebben, en meer ontmoetingen tellen op. In sommige sims waren de buitenste planeten na ongeveer 45 miljard jaar gedestabiliseerd.
In alle sims worden Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus na hoogstens een biljoen jaar uitgeworpen. Het is niet verrassend dat Jupiter over het algemeen de laatste overlevende is; het is het dichtst in, het meest massief en het moeilijkst om eruit te schoppen.
Gemiddeld gaat de eerste planeet na 30 miljard jaar verloren en de laatste na ongeveer 100 miljard jaar. Ook is het systeem, zodra de eerste planeet is uitgeworpen, voldoende gedestabiliseerd dat de volgende twee binnen 5 miljard jaar volgen. De laatste planeten hebben de neiging om nog eens 50 miljard te blijven hangen, omdat er geen andere planeten in het systeem meer zijn om mee te interageren en het door de zwaartekracht te porren.
Ik zal één groot ding opmerken dat ze uit hun simulaties hebben weggelaten: Mars. Ze merken op dat het misschien wel de laatste planeet is die overleeft, aangezien hij het dichtst bij de zon staat en een heel close stellaire ontmoeting nodig heeft om hem weg te werpen. Dus als u op zoek bent naar een erg langetermijninvestering in onroerend goed, de vierde rots van de zon - zodra het de eerste en enige rots wordt - is de juiste keuze.
In de krant merken ze op dat ze geen geweldige ontmoetingen bevatten met binaire sterren , die efficiënter zijn in het prikken in het zonnestelsel, dus de resultaten die ze vinden, zijn waarschijnlijk de bovengrenzen voor hoe lang het systeem zal meegaan.
wat is spel der tronen?
Illustratie van een kosmisch treinwrak: de botsing tussen Melkweg en Andromeda, over vier miljard jaar. Credit: NASA, ESA, Z. Levay en R. van der Marel (STScI), T. Hallas en A. Mellinger
Ook, de Melkweg zal over 4,6 miljard jaar in botsing komen met het Andromedastelsel , terwijl de zon nog steeds een relatief normale ster is, en daar hebben ze ook geen rekening mee gehouden. Ontmoetingen zullen waarschijnlijk vaker plaatsvinden als het aantal sterren in het resulterende gefuseerde sterrenstelsel twee keer zo groot is als nu. Ook zal de botsing de boel flink opschudden, dus dit kan hoe dan ook allemaal ter discussie staan. De zon kan in de kern van de melkweg vallen waar veel sterren zijn en ontmoetingen veel voorkomen, of naar de buitenwijken worden geslingerd waar ontmoetingen zeldzaam zijn. En dit is allemaal lang voordat de gemiddelde sterrenontmoeting hun sims beïnvloedt.
Er is hier dus duidelijk meer werk aan de winkel. Maar dit is een uitstekende stap om het allemaal uit te zoeken.
Ik vraag me soms af, waarom ben ik zo gefascineerd door dit onderwerp? Ik bedoel, Ik heb hier letterlijk een heel boek over geschreven . Het is meer dan alleen de morbide fascinatie voor zoiets als een horrorfilm, denk ik.
We zien het zonnestelsel als onveranderlijk, maar dat is meer dan een mensenleven. Over lang perioden verandert het veel, en dat is een opschudding van onze zelfgenoegzaamheid.
Maar meer dan dat, er is een vreemde aantrekkingskracht op het idee van diepe tijd, niet alleen miljoenen of zelfs miljarden, maar... triljoenen jaren, of zelfs tijdperken waardoor die getallen op een enkele tik van de klok lijken. Het is een venster op iets dat de meesten van ons nog nooit eerder hebben overwogen. Wat als we de tijd laten voortduren? echt lang? Wat gebeurt er dan?
Nou, de sterren raken op. Planeten worden de ruimte in geslingerd. Sterrenstelsels botsen. Er gebeurt nogal wat , eigenlijk.
Het heelal is bijna 14 miljard jaar oud, en we denken dat dat een lange tijd is. Maar eigenlijk begint het pas.
