Fragen Sie Ethan: Was passiert, wenn ein Stern das Sonnensystem passiert?

Vor 70.000 Jahren passierte ein Paar Brauner Zwerge, der als Scholz-Stern bekannt ist und sich direkt an der Schwelle der Zündung der Wasserstoffsynthese in den Kernen befindet, die Oort-Wolke des Sonnensystems. Im Gegensatz zu den Sternen in dieser Abbildung waren sie für das menschliche Auge nicht sichtbar.

Wir sind es gewohnt, unser Sonnensystem als stabilen, ruhigen Ort zu betrachten. Natürlich erfahren wir von Zeit zu Zeit, dass die Planeten und andere Himmelskörper einen Kometen oder Asteroiden getreten haben, aber zum größten Teil bleibt alles konstant. Selbst ein seltener interstellarer Besucher trägt kein großes Risiko, zumindest nicht für die Integrität einer Welt wie unserer. Aber unser gesamtes Sonnensystem bewegt sich im Orbit durch die Galaxie, was bedeutet, dass es Hunderte von Milliarden Chancen für eine enge Interaktion mit einem anderen Stern hat. Wie oft passiert das tatsächlich und was sind die möglichen Folgen davon? Unser Leser stellt die Frage:

Wie schlimm werden die Folgen sein, wenn der Stern in der Nähe der Sonne vorbeizieht? Wie groß und wie nah sollte es sein, um eine ernsthafte Gefahr darzustellen? Wie wahrscheinlich ist ein solches Ereignis?

Die Möglichkeiten reichen von Routineereignissen, bei denen mehrere Objekte der Oort-Wolke aus dem Weg gehen, bis zu katastrophalen - Kollisionen mit einem Planeten oder dessen Auswurf aus dem System. Mal sehen, was wirklich passiert.


Die Dichtekarte der Milchstraße und des umgebenden Himmels, die die Milchstraße, die großen und kleinen Magellanschen Wolken deutlich zeigt, und, wenn Sie genau hinschauen, NGC 104 links von der kleinen Wolke, NGC 6205 ist etwas höher und links vom galaktischen Kern, und NGC 7078 ist etwas niedriger. Insgesamt enthält die Milchstraße etwa 200 Milliarden Sterne

Nach unseren besten Schätzungen enthält die Milchstraße 200 bis 400 Milliarden Sterne. Und obwohl Sterne in sehr unterschiedlichen Größen und Massen vorkommen, beziehen sich die meisten (3 von 4) auf rote Zwerge: von 8% bis 40% der Sonnenmasse. Die Größe dieser Sterne ist kleiner als die Sonne: durchschnittlich etwa 25% des Sonnendurchmessers. Und wir wissen auch über die Größe der Milchstraße Bescheid: Diese Scheibe ist etwa 2.000 Lichtjahre dick und hat einen Durchmesser von 100.000 Lichtjahren. Die zentrale Ausbuchtung hat einen Radius von etwa 5.000 bis 8.000 Lichtjahren.

In Bezug auf die Sonne bewegt sich ein typischer Stern mit einer Geschwindigkeit von 20 km / s: etwa 1/10 der Geschwindigkeit, mit der sich die Sonne (und alle Sterne) in der Milchstraße im Orbit bewegen.


Obwohl sich die Sonne in der Ebene der Milchstraße in einer Entfernung von 25.000 bis 27.000 Lichtjahren vom Zentrum bewegt, sind die Richtungen der Umlaufbahnen der Planeten des Sonnensystems nicht mit der Ebene der Galaxie ausgerichtet.

Dies ist die Statistik über die Sterne in unserer Galaxie. Es gibt viele Details, Nuancen und Tricks, die wir ignorieren werden - wie z. B. eine Änderung der Dichte, je nachdem, ob wir uns in einer Spiralhülse befinden oder nicht; die Tatsache, dass näher am Zentrum mehr Sterne als näher am Rand sind (und unsere Sonne auf halbem Weg zum Rand ist); die Neigung der Bahnen des Sonnensystems in Bezug auf die galaktische Scheibe; kleine Änderungen, abhängig davon, ob wir uns in der Mitte der galaktischen Ebene befinden oder nicht ... Aber wir können sie ignorieren, da wir nur anhand der oben aufgeführten Werte berechnen können, wie oft sich die Sterne der Galaxie einer bestimmten Entfernung zu unserer Sonne nähern, und daher Wie oft können Sie enge Begegnungen oder verschiedene Begegnungen erwarten.


Die Abstände zwischen der Sonne und vielen der nächsten Sterne sind genau, aber jeder Stern - selbst der größte von ihnen - würde auf einer Skala weniger als ein Millionstel Pixel Durchmesser einnehmen.

Wir berechnen diesen Wert sehr einfach - wir berücksichtigen die Dichte der Sterne, den für uns interessanten Querschnitt (bestimmt davon, wie nahe der Stern unserem kommen soll) und die Geschwindigkeit, mit der sich die Sterne relativ zueinander bewegen, und multiplizieren dies alles mit Ermitteln Sie die Anzahl der Kollisionen pro Zeiteinheit. Diese Methode zur Zählung der Anzahl der Kollisionen eignet sich für alle Bereiche, von der Teilchenphysik bis zur Physik der kondensierten Materie (für Experten ist dies tatsächlich das Drude-Modell ), und ist auch für die Astrophysik anwendbar. Wenn wir annehmen, dass es in der Milchstraße 200 Milliarden Sterne gibt, dass die Sterne gleichmäßig über die Scheibe verteilt sind (ohne die Ausbuchtung) und dass sich die Sterne mit einer Geschwindigkeit von 20 km / s relativ zueinander bewegen, erhalten wir einen Graphen der Abhängigkeit der Anzahl der Wechselwirkungen von der Entfernung zur Sonne Folgendes:


Eine Grafik, die zeigt, wie oft die Sterne der Milchstraße in einer bestimmten Entfernung von der Sonne vorbeiziehen. Der Graph ist auf beiden Achsen logarithmisch, die y-Achse ist der Abstand und die x-Achse ist die typische Erwartung dieses Ereignisses in Jahren.

Er sagt, dass man im Durchschnitt über die gesamte Geschichte des Universums erwarten kann, dass die nächste Entfernung, die ein anderer Stern der Sonne nähert, 500 AE beträgt oder etwa zehnmal weiter als die Entfernung von der Sonne zu Pluto. Er sagt auch, dass einmal in einer Milliarde Jahren zu erwarten ist, dass sich der Stern uns in einer Entfernung von 1500 AE nähert, die nahe am Rand des zerstreuten Kuipergürtels liegt . Und öfter, ungefähr alle 300.000 Jahre, wird ein Stern in einer Entfernung in der Größenordnung eines Lichtjahres von uns vorbeiziehen.


Die logarithmische Darstellung des Sonnensystems, die sich bis zu den nächsten Sternen erstreckt, zeigt, wie weit sich der Kuipergürtel und die Oort-Wolken erstrecken.

Dies ist definitiv gut für die Langzeitstabilität der Planeten in unserem Sonnensystem. Daraus folgt, dass in über 4,5 Milliarden Jahren der Existenz unseres Sonnensystems die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Stern einem unserer Planeten in einer Entfernung nähert, die der Entfernung von der Sonne zu Pluto entspricht, ungefähr 1 zu 10.000 beträgt. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich der Stern der Sonne in einer Entfernung nähert, die der Entfernung von der Sonne zur Erde entspricht (was die Umlaufbahn stark verletzen und zum Auswurf aus dem System führen würde), beträgt weniger als 1 zu 1.000.000.000. Dies bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit des Vorbeigehens beträgt uns ein weiterer Stern aus der Galaxie, der uns ernsthafte Unannehmlichkeiten bereiten kann, schrecklich niedrig. Wir werden die Weltraumlotterie nicht verlieren - es ist sehr unwahrscheinlich, dass in absehbarer Zukunft etwas passieren wird, solange nichts passiert ist.


Die Umlaufbahnen der inneren und äußeren Planeten folgen den Gesetzen von Kepler. Die Chancen, dass der Stern in geringer Entfernung von uns und sogar in einer Entfernung vorbeikommt, die mit der Entfernung zu Pluto vergleichbar ist, sind äußerst gering.

Es gab jedoch Fälle von Sternendurchgang durch die Oort-Wolke (1,9 Lichtjahre von der Sonne entfernt), wodurch die Umlaufbahnen einer großen Anzahl von Eiskörpern gestört wurden. In dieser Zeit hätten sich etwa 40.000 ansammeln müssen. Mit diesem Durchgang des Sterns durch das Sonnensystem passieren viele interessante Dinge , da hier zwei Faktoren zusammenlaufen:

1. Die Objekte der Oort-Wolke sind sehr schwach mit dem Sonnensystem verbunden, so dass selbst ein sehr kleiner Gravitationsschub ihre Umlaufbahn erheblich verändern kann.
2. Die Sterne sind sehr massereich. Selbst wenn sich der Stern in einer Entfernung vom Objekt befindet, die der Entfernung von ihm zur Sonne entspricht, kann er ihn so stark treten, dass sich seine Umlaufbahn ändert.

Daraus folgt, dass jedes Mal, wenn wir einem vorbeiziehenden Stern begegnen, das Risiko steigt, dass wir beispielsweise innerhalb weniger Millionen Jahre danach mit einem Objekt aus der Oort-Wolke kollidieren können.


Kuipers Gürtel enthält die größte Anzahl von Objekten im Sonnensystem, aber die Oort-Wolke, die weiter und schwächer ist, enthält nicht nur mehr Objekte, sondern ist auch anfälliger für Störungen durch eine vorbeiziehende Masse wie einen anderen Stern. Alle Objekte des Kuipergürtels und der Oort-Wolken bewegen sich relativ zur Sonne mit extrem geringer Geschwindigkeit.

Mit anderen Worten, wir werden die Ergebnisse des Aufpralls eines vorbeiziehenden Sterns auf eiskometenähnliche Körper, die möglicherweise in das Sonnensystem gelangen, erst sehen, wenn etwa 20 gewöhnliche Sterne nahe genug an unserem vorbeikommen! Und das ist ein Problem, denn das letzte Sternensystem, der Scholz-Stern (vor 70.000 Jahren), ist bereits 20 Lichtjahre von uns entfernt. Aus dieser Analyse kann jedoch auch eine optimistische Schlussfolgerung gezogen werden: Je besser unsere Karte der Sterne und ihrer Bewegungen in 500 Lichtjahren Entfernung von uns ist, desto besser können wir vorhersagen, wo und wann unkontrollierte Objekte der Oort-Wolke erscheinen werden. Und wenn wir uns Sorgen machen, den Planeten vor Objekten zu schützen, die von Sternen geworfen werden, die in unserem System vorbeiziehen, dann ist der Erwerb dieses Wissens der naheliegende nächste Schritt.


WISEPC J045853.90 + 643451.9, der grüne Punkt ist der erste superkalte braune Zwerg, der vom Weitfeld-Infrarot-Vermessungs-Explorer oder WISE (Weitwinkel-Infrarot-Vermessungs-Explorer) entdeckt wurde. Dieser Stern befindet sich 20 Lichtjahre von uns entfernt. Um den ganzen Himmel zu erkunden und alle Sterne zu finden, die in der Nähe der Sonne vorbeiziehen und Stürme in die Oort-Wolke bringen könnten, müssen Sie 500 Lichtjahre betrachten.

Und dafür müssen Sie Weitwinkelteleskope bauen, die dunkle Sterne aus großer Entfernung sehen können. Die WISE-Mission ist zum Prototyp einer solchen Technik geworden, aber die Entfernung, in der sie die schwächsten Sterne, dh die Sterne des häufigsten Typs, sehen kann, ist durch ihre Größe und Beobachtungszeit stark begrenzt. Ein Infrarot-Weltraumteleskop, das den gesamten Himmel überblickt, könnte unsere Umgebung markieren und uns mitteilen, was wie lange, aus welchen Richtungen und welche Sterne zu Störungen bei den Objekten der Oort-Wolke kommen können. Gravitationswechselwirkungen treten trotz der großen Entfernungen zwischen Sternen im Weltraum ständig auf; Die Oort-Wolke ist riesig und wir haben viel Zeit, damit die Objekte von dort an uns vorbei fliegen und uns irgendwie beeinflussen können. Für eine ziemlich lange Zeit wird alles passieren, was Sie sich vorstellen können.