一项新的科学研究表明,地球免遭太阳膨胀后被吞噬的几率可能比之前预期的要高。
研究团队运用了更新的恒星与行星互动模型,发现随着太阳体积增大,其对地球的潮汐引力拉拽作用会比早期模型预测的更弱。这意味着,在太阳将其外层物质抛向太空的过程中,地球将有更充裕的时间逐步向外移动,甚至有可能完全避开被太阳吞没的命运。
然而,这项研究并未断言地球必定能够幸存。研究者指出,此项研究将最大的不确定性从“太阳膨胀时的潮汐力强度”转移到了“太阳在其生命晚期会损失多少质量”这一尚待充分了解的问题上。
该研究的主要作者、来自比利时鲁汶大学天文研究所的 Mats Esseldeurs 表示,当前最大的疑问已不再是潮汐力的计算,而是太阳未来会损失多少质量。尽管对类似太阳的红巨星的观测结果倾向于支持地球能够幸存,但在得出最终结论前,还需要更多的观测数据。
当像太阳这样的恒星耗尽核心氢燃料并膨胀为巨大的红巨星时,会发生一场宇宙尺度的“拉锯战”:一方面,增强的潮汐引力将行星向恒星拉近;另一方面,恒星持续抛射物质导致自身质量下降,又会将行星轨道向外推移。这两种力量的最终较量将决定附近行星的命运。
这种“推拉效应”分为两个主要阶段。
随着太阳膨胀,潮汐引力如同一个缓慢的制动器,不断消耗地球的轨道能量,使其逐渐靠近太阳。与此同时,临近死亡的太阳会通过强烈的恒星风喷射大量气体,最终损失约一半的质量。根据美国国家航空航天局(NASA)的解释,太阳质量的减轻会削弱其引力束缚,从而推动幸存的行星向更远的轨道迁移,轨道半径甚至可能扩大到现在的两倍。
Esseldeurs 解释说,地球的最终命运将取决于这两种效应之间极为微妙的平衡。如果潮汐作用占优势,地球将被吞没;反之,如果恒星质量损失占主导,地球则会迁移至更远的轨道。
研究团队认为,以往研究结论不一的原因在于对这两种竞争机制的处理方式不同。一些研究忽略了潮汐作用,而另一些则沿用了几十年前的简化模型,这些模型往往高估了太阳对行星的向内拉拽力。
本次研究摒弃了这些旧模型,而是基于老年恒星内部结构和动力学变化,构建了一个更新的潮汐力计算模型。该团队表示,新模型能够更精确地同时模拟潮汐摩擦和恒星风的变化,并结合了太阳在红巨星阶段可能出现的不同质量损失情况进行了测试。
研究结果显示,即使采用了新的、较弱的潮汐作用模型,水星和金星仍无法逃脱太阳膨胀的速度,最终将被吞没。然而,地球和火星则能够安全度过太阳的两个红巨星阶段,并在太阳演化为白矮星后,继续在一条更大的轨道上运行。
然而,研究人员也强调,目前尚不能下定论。由于天文学家仍无法精确观测类似太阳的恒星在生命晚期质量损失的速度,因此“地球最终的命运仍然存在不确定性”。
研究人员还参考了距离地球约 183 光年的红巨星 L2 Pup 的实际质量损失数据。由于该恒星的质量与未来的太阳相似,被视为太阳未来演化的参考对象。研究发现,在这种更符合实际的质量损失情况下,地球向外迁移的速度足以避免被太阳吞没,使得“幸存”的可能性略高于“毁灭”。
不过,对于人类而言,这一发现更多是学术上的慰藉,而非现实的“救命稻草”。多数科学家认为,随着太阳老化,其亮度和温度将不断升高,大约 10 亿年后,地球的海洋将完全蒸发,整个星球将变得不适宜居住,而这一切的发生时间远早于太阳膨胀成红巨星。
尽管届时人类可能早已不复存在,但研究地球最终能否幸存,对于理解行星系统如何随恒星演化而变化仍具有重要意义。研究人员表示,未来随着更多类似太阳的濒死恒星观测数据的积累,这一理论框架将得到进一步完善。
研究人员在论文中写道:“这将使我们能够开展演化恒星周围行星轨道演化的统计研究,并帮助我们更精确地约束地球—太阳系统未来的演化过程。”
这项研究已于今年 6 月发表在《Astronomy & Astrophysics(天文学与天体物理学)》期刊上。

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May 13, 2024
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