Недавнее исследование указывает на возможность того, что всего 70 000 лет назад звезда прошла через нашу Солнечную систему. Как часто это происходит и каковы последствия?
Нам нравится думать о нашей Солнечной системе как о стабильном, в основном тихом месте. Конечно, мы обнаружим, что планеты и другие тела на своих орбитах время от времени будут толкать кометы или астероиды, но по большей части все остается стабильным. Даже случайный межзвездный гость не представляет большой опасности, по крайней мере, для целостности миров, подобных нашему. Но вся наша Солнечная система вращается вокруг галактики, а это значит, что у нее есть сотни миллиардов шансов тесно взаимодействовать с другой звездой. Как часто мы на самом деле получаем один, и каковы потенциальные последствия? Это то, что хочет знать наш сторонник Patreon Павел Зузельски (отредактировано для английского языка), поскольку он спрашивает:
Насколько плохо было бы, если бы звезда прошла рядом с Солнцем? Насколько близким/большим он должен быть, чтобы представлять серьезную опасность? Насколько вероятно такое событие?
Возможности варьируются от обыденных, когда несколько объектов облака Оорта разбрасываются, до катастрофических, таких как столкновение или выброс целой планеты. Давайте посмотрим, что на самом деле происходит.
По нашим лучшим оценкам, в нашей собственной галактике Млечный Путь насчитывается от 200 до 400 миллиардов звезд. Хотя звезды бывают самых разных размеров и масс, большинство звезд (примерно 3 из каждых 4) являются красными карликами: где-то между 8% и 40% массы нашего Солнца. Эти звезды имеют такие же меньшие физические размеры, чем наше Солнце: в среднем около 25% диаметра Солнца. И, наконец, мы примерно знаем, насколько велик Млечный Путь: диск толщиной около 2000 световых лет, диаметром около 100 000 световых лет и центральной выпуклостью радиусом около 5000-8000 световых лет.
Наконец, относительно Солнца типичная звезда движется со скоростью около 20 км/с: примерно 1/10 скорости, с которой Солнце (и все звезды) вращаются вокруг Млечного Пути. сам.
Это статистика по звездам в нашей галактике. Существует множество деталей, предостережений и нюансов, которые мы здесь игнорируем, например, изменение плотности в зависимости от того, находимся ли мы в спиральном рукаве или нет, тот факт, что в центре больше звезд, чем на окраинах (и наша Солнце находится на полпути к краю), наклон орбит нашей Солнечной системы по отношению к галактике и небольшие изменения в зависимости от того, находимся ли мы в центре галактической плоскости или нет. Но причина, по которой мы можем их игнорировать, заключается в том, что именно из приведенного выше приближения эти числа позволяют нам рассчитать, как часто звезды из галактики подходят на определенное расстояние от нашего Солнца, и, следовательно, как часто мы можем ожидать близкого столкновения различных ударов..
Мы вычисляем это очень просто: мы вычисляем числовую плотность звезд, интересующее нас поперечное сечение (определяемое тем, насколько близко вы хотите, чтобы другая звезда подошла к нашей), и скорость, с которой звезды движутся друг относительно друга, а затем перемножить их все вместе, чтобы получить частоту столкновений. Этот метод расчета частоты столкновений полезен во всем, от физики элементарных частиц до физики конденсированного состояния (для экспертов это в основном модель Друде), и он так же легко применим к астрофизике. Если мы предположим, что в Млечном Пути 200 миллиардов звезд, что звезды равномерно распределены по всему диску (и мы игнорируем выпуклость) и что 20 км/с - это скорость, с которой звезды движутся друг относительно друга, вот что мы получим, если построим зависимость скорости взаимодействия от расстояния от Солнца.
Это говорит нам о том, что в среднем самое близкое расстояние, которое мы можем ожидать от звезды к Солнцу за всю историю Вселенной, составляет около 500 A. U., или примерно в десять раз больше расстояния от Солнца до Плутона. Это говорит нам о том, что раз в миллиард лет мы можем ожидать, что звезда приблизится к нам примерно на 1500 а.е. Солнца, близко к краю рассеянного пояса Койпера. И чаще, примерно раз в 300 000 лет или около того, мы получаем звезду, которая приближается к нам примерно на световой год.
Это определенно хорошо для долгосрочной стабильности планет в нашей Солнечной системе. Это говорит нам о том, что за 4,5 миллиарда лет истории нашей Солнечной системы вероятность того, что звезда подойдет к любой из планет так же близко, как наше Солнце к Плутону, составляет примерно 1 к 10 000; вероятность того, что звезда приблизится к планете так же близко, как Солнце к Земле (что серьезно нарушит орбиту и вызовет выброс), составляет менее 1 к 1 000 000 000. Это означает, что вероятность другой звезды в галактике, проходящей мимо нас и причиняющей нам серьезные трудности, ужасно мало. Мы не можем ставить на то, что проиграем в космической лотерее, и есть вероятность, что мы не проиграли ее до сих пор и не проиграем в обозримом будущем.
Но, вероятно, было более 40 000 раз, когда звезда проходила через облако Оорта (определяемое как 1,9 световых года от Солнца), разрушая при этом большое количество ледяных тел. Звезды интересны, когда они проходят через Солнечную систему вот так, из-за комбинации двух факторов:
- Облака Оорта очень слабо связаны с Солнечной системой, а это означает, что очень небольшого гравитационного притяжения достаточно, чтобы значительно изменить их орбиты.
- Звезды очень массивны, поэтому звезда, которая проходит то же расстояние от объекта, что и этот объект от Солнца, может «подтолкнуть» его достаточно, чтобы изменить его орбиту.
Это говорит нам о том, что всякий раз, когда мы испытываем близкое столкновение с проходящей звездой, мы подвергаемся повышенному риску, возможно, в течение следующих нескольких миллионов лет, столкнуться с приближающимся объектом с орбиты Оорта. облако.
Другими словами, влияние проходящей звезды не окажет заметного влияния на то, какие ледяные кометоподобные тела войдут во внутреннюю часть Солнечной системы, пока еще 20 или около того дополнительных звезд не окажут близкое воздействие. встреча с нашими! Это проблематично, потому что последняя звездная система, прошедшая рядом с нашим Солнцем, звезда Шольца (прошедшая это 70 000 лет назад), находится уже в 20 световых годах от нас. Тем не менее, из этого анализа следует потенциально оптимистичный вывод: по мере того, как мы лучше наносим на карту и понимаем звезды и их движение в пределах ближайших 500 световых лет, мы можем лучше предсказывать, когда и где появятся мошеннические, приближающиеся объекты облака Оорта. скорее всего возникнут. Если нас интересует планетарная защита от объектов, отбрасываемых внутрь пролетающими звездами, такое знание - очевидный следующий шаг.
Это потребует создания широкоугольных обзорных телескопов, способных видеть слабые звезды на больших расстояниях. Миссия NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) была прототипом для этого, но расстояния, на которых она могла наблюдать самые слабые и наиболее распространенные звезды, были строго ограничены ее размером и временем наблюдения. Инфракрасный космический телескоп всего неба мог бы составить карту окрестностей вокруг нас, сообщая нам, что может прибыть, в каких временных масштабах, с каких направлений и какая звезда вызвала эти возмущения в объектах облака Оорта. Гравитационные взаимодействия происходят всегда, так как, несмотря на большое расстояние между звездами в космосе, облако Оорта огромно, и у нас буквально есть все время в мире, чтобы объекты проходили мимо и воздействовали на нас. При достаточном количестве шансов произойдет все, что вы можете себе представить.
Отправляйте свои вопросы «Задайте Итану» по адресу startswithabang at gmail dot com!