「大自然的法則殘酷無情,宇宙會不可抗拒地走向滅亡。」——尼古拉·特斯拉
太陽系像是上了發條的鐘表一樣,是一個非常穩定的系統。衛星繞行星運行,行星繞太陽公轉的同時也繞軸自轉,太陽系中的一切物體毫無例外地都受太陽的掌控。但別忘了,在海王星之外還有彗星、小行星和流浪天體,它們偶爾會在引力的作用下被拋入太陽系內部,對我們星球造成威脅。
但這些都是太陽系自己的家事,我們完全不會去擔心短期內的小行星問題!那你有沒有想過一顆流浪恆星靠近太陽系會怎麼樣?我們並沒有帶「如果」兩個字,今天要說的正是一顆正在靠近太陽系的恆星,在140萬年後它將在距離太陽系1光年的位置經過,屆時會對我們造成怎樣的影響?可能是百萬年未有之變局!
恆星並不是在銀河系的固定位置運動
相對於早期的太陽系來說,大多數危險的時期已經過去了!在過去的幾百萬年里,確實有一些小行星和彗星襲擊過地球,但它們的體積造成的影響非常小,最多也就是留下像上圖那樣的隕石坑,而且這些天體撞擊地球的速度比太陽系歷史上任何時期都要低。太陽系目前來說還是很穩定的。
但從上圖可以看到,太陽正在穿過銀河系,在橢圓軌道上運行。我們整個太陽系也一樣,隨著太陽大哥運動!但是其他數千億顆恆星也是如此,在漫長的歲月里,銀河系其中一顆恆星靠近太陽系,對太陽系造成破壞只是時間的問題。為什麼這麼說呢?
當恆星圍繞銀河系旋轉時,它們並不是簡單地同時在一個旋轉圓盤中移動,也就是說恆星並不是在一個固定的位置繞中心旋轉,就像上圖左一樣!如果星系像這樣自轉的話,內部角速度比外部角速度大,旋臂會越纏越緊,所以事實並非如此!恆星是按照星系旋轉的密度波理論運動的,恆星會在螺旋臂中進進出出。這就為恆星的相遇創造了一定的幾率!(右邊的星系顯示了恆星是如何在我們的星系中移動的。)
關於密度波理論,大家可以在頭條APP中搜索下「密度波理論」,了解螺旋星系是如何保持旋臂穩定的。
一顆恆星對太陽系影響的機率
如果我們想計算另一顆恆星與太陽系相撞(或接近太陽系)的幾率,這個公式非常簡單。
- 恆星的數量密度,
- 乘以交互作用的橫截面
- 乘以恆星相對彼此移動的速度。
這是一個非常簡單的公式,而且我們對自己在銀河系中的位置了如指掌。
我們的太陽系在離銀河系中心25000到28000光年的地方,每250立方光年就有一顆恆星。你可能會回想,「這個數字太大了,恆星的數量遠不止這個數,」但我們已經在距離太陽10秒差距(大約32.6光年)的範圍內觀測了整個恆星系,只發現了413個天體。
交互作用的橫截面這裡分兩種情況。如果我們想讓兩顆恆星相撞合併,這種情況非常罕見,需要兩顆恆星進行物理上的相互作用,而橫截面就只有太陽圓盤的大小。但是如果是說一顆恆星擾亂小行星帶,柯伊伯帶,甚至奧爾特雲,那麼這個作用橫截面就大了,一顆恆星在非常遠的距離上都會對太陽系有影響。對於奧爾特雲來說,就算相隔幾萬億公里,有一顆恆星經過,仍然會把大量的物體拋入太陽系內部,可能給我們帶來災難性的後果。
最後,所有的恆星都以大致相同的速度圍繞星系中心旋轉:大約為220公里/秒。但也有正負20千米/秒的差距,這是恆星之間的相對速度。
把以上的因素放在一起,我們會發現什麼?平均而言,以下是「災難」事件發生的頻率:
- 另一顆恆星平均每10^20年與太陽相撞一次。目前宇宙的年齡只有大約138億年,如果以這個年齡為單位,在宇宙的每一個年齡有不到十億分之一的機會,會發生這樣的情況,這個幾率很小,完全不用擔心!
- 另一顆恆星比太陽更接近我們的小行星帶,這樣的事情平均每500萬億年會發生一次,這意味著,任何類太陽恆星發生這種情況的幾率很低,只有0.003%,但仍有數千億顆恆星處於這種情況之中。在我們銀河系的恆星中(平均而言),大約有1000萬顆恆星已經經歷過這樣的破壞性事件。
- 另一顆恆星平均每一萬億年會比太陽更接近我們的柯伊伯帶。從本質上講,恆星系的分裂並不是非常普遍的事件,但每一個類太陽恆星系在它的一生中都有大約1%的幾率會發生這樣的事件。如果我們開始考慮奧爾特雲,事情會變得更複雜,危險性也會增加。
- 奧爾特雲,從理論上來說,從太陽的各個方向上延伸了近一光年(甚至略大於一光年)。平均來說每50萬到200萬年,奧爾特雲就會發生一次大的破壞。如果我們想知道長周期彗星從何而來,或者災難性的、致命的撞擊從何而來,就像滅恐龍的那一次,它們很可能就來自奧爾特雲。
未來對我們太陽系可能會構成威脅的恆星
當一顆恆星在離我們的太陽不到兩光年的範圍內運行時,我們就該擔心會不會發生大的災難性事件!這個距離足以造成奧爾特雲的不穩定,現在,離我們最近的恆星系統仍然有4光年的距離。
上圖可以看到,在可預見的未來,我們似乎是安全的:至少在未來的8萬年里,沒有任何一顆恆星會以任何危險的方式接近我們的奧爾特雲。但稍微再遠一點,再過個幾十萬年,可能有兩顆恆星HIP 85605和Gliese 710被證明非常危險。
在2014年普朗克天文學研究所的一篇論文中,C.A.L. Bailor-Jones計算出,在大約30萬年的時間裡,HIP 85605可能會在離地球半光年的範圍內經過,儘管這顆恆星的距離和軌道的不確定性相當大。
但是,另一顆恆星,Gliese 710的不確定性要小得多。雖然它現在距離地球很遙遠,大約64光年。但它正朝著地球前進,幾乎可以肯定的是,它會在離太陽1.0光年的範圍內經過,而這一事件預計將在140萬年後發生。當這種情況發生時,大量的冰雪世界將被拋入太陽系內部,形成一種前所未有的現象:彗星風暴。
如果我們足夠幸運的話,這可能是一場壯觀的天文事件,人類有史以來從未有過的變局!但是運氣不好的話,這將會是一場巨大的災難。雖然短期的小行星防禦確實沒有必要,但這是一個我們人類必須長期做好準備的事件。
下一次的彗星風暴,儘管它可能在一百多萬年以後才會到來,如果我們運氣不好的話,它可能會帶走地球上所有的哺乳動物,就像6500萬年前發生的那次事件一樣。
因此一顆流浪恆星不太可能撞向太陽、地球或太陽系內部的任何一個星球,但太陽系外圍會因為一顆路過的恆星而處於巨大危險之中。這些在太陽系邊緣被遺忘了數十億年巨大、冰冷的彗星,可能會以驚人的速度撞向內太陽系,並且會對地球構成極大的威脅。
這可能是百萬年一遇的事件,如果人類到時還存在,我們應該做出怎樣的方案去應對?我們即將到來的厄運只是一個時間的問題。