一项新研究表明,地球在太阳演变成红巨星时被其吞没的可能性,可能比以往的预测要低。科学家们运用了更新的恒星-行星相互作用模型,发现太阳膨胀过程中施加给地球的潮汐力比早期模型估计的要弱。这意味着,当太阳外层物质向太空扩散时,地球将有更长的缓冲时间向外漂移,甚至可能完全避开被吞没的命运。
然而,该研究也指出,地球的最终命运并非板上钉钉。研究人员表示,最大的不确定性已经从潮汐力的强度转移到了太阳在生命晚期会损失多少质量这一问题上。比利时鲁汶大学天文研究所的 Mats Esseldeurs 提到,目前对类似太阳的红巨星的观测结果似乎支持地球能够幸存,但还需要更多数据来证实。
恒星在其核心氢燃料耗尽后会膨胀成红巨星,这一过程会引发行星轨道的一场“拉锯战”。一方面,潮汐引力会将行星拉向恒星;另一方面,恒星质量的损失会使行星轨道向外推移。这两种力量的此消彼长最终决定了行星的命运。
这个“推拉效应”分为两个主要阶段。随着太阳膨胀,潮汐力会减慢地球的轨道速度,使其逐渐靠近太阳。与此同时,太阳会通过恒星风抛射大量物质,损失约一半的质量。美国国家航空航天局(NASA)指出,太阳质量的减轻会削弱其引力,从而将行星推向更远的轨道,轨道半径甚至可能扩大一倍。
Esseldeurs 解释说,地球的最终结局取决于这两种效应的微妙平衡:如果潮汐力占优,地球将被吞没;如果质量损失占优,地球将迁移到更远的轨道。研究团队认为,过去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,有些研究忽略了潮汐作用,有些则使用了过时的简化模型。
本次研究采用了基于老年恒星内部结构和动力学变化的新潮汐力计算模型,能够更准确地模拟潮汐摩擦和恒星风的变化,并考虑了太阳在红巨星阶段可能发生的质量损失。研究结果显示,即使在新的、更弱的潮汐力模型下,水星和金星仍将难逃被吞没的命运,而地球和火星则有望穿越太阳的两个红巨星阶段,最终在地球演化为白矮星后,围绕其在更大的轨道上运行。
但研究人员也强调,目前下定论还为时过早。由于天文学家尚无法精确测量类似太阳的恒星在生命晚期损失质量的速度,地球的最终命运仍存在不确定性。研究团队参考了红巨星 L2 Pup 的质量损失数据,该恒星的质量与未来的太阳相似。根据这些更符合实际的质量损失数据,地球向外迁移的速度可能足以避开被吞没,使其幸存的可能性略高于被毁灭。
尽管如此,对于人类而言,这项发现更多的是学术上的意义。大多数科学家认为,大约 10 亿年后,太阳温度的升高将导致地球海洋蒸发,使地球变得不再宜居,这远早于太阳膨胀成红巨星的阶段。
尽管人类届时很可能已不复存在,但研究地球的最终命运对于理解行星系统如何随恒星演化而变化具有重要意义。研究人员表示,未来随着对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,有助于更准确地预测地球-太阳系统的未来演化。这项研究已于今年 6 月发表在《天文学与天体物理学》期刊上。