问伊森:当一颗恒星穿过太阳系会发生什么?


70,000年前,一对位于太阳核中氢合成燃烧起点上的棕色矮星(称为Scholz星)穿过太阳系的奥尔特云 与图中的星星不同,人眼看不见它们。

我们习惯于将太阳系视为一个稳定,平静的地方。 当然,我们会不时地了解到行星和其他天体踢了一些彗星或小行星,但在大多数情况下,一切都保持不变。 即使是罕见的星际游客也不会承担太大的风险,至少不会冒着像我们这样的世界的完整性的风险。 但是我们整个太阳系都在银河系中运行,这意味着它有数千亿与其他恒星紧密相互作用的机会。 这实际上多久发生一次,其潜在的后果是什么? 我们的读者问一个问题:
如果恒星在太阳附近通过,后果将有多严重? 它应该有多大和接近多大程度才能构成严重危险? 这样的事件发生的可能性有多大?
可能性范围从例行事件(其中奥尔特云的几个物体失控)到灾难性事件(与行星碰撞或从系统中弹出)。 让我们看看实际发生了什么。


银河系和周围天空的密度图清楚地显示了银河系,大和小的麦哲伦星云 ,如果仔细观察, NGC 104位于小云层左侧, NGC 6205稍高且位于银河系核心的左侧,而NGC 7078稍低。 总共,银河系包含约2000亿颗恒星

根据我们的最佳估计,银河系包含200到4000亿颗恒星。 尽管恒星的大小和质量非常不同,但它们中的大多数(四分之三)与红矮星有关:占太阳质量的8%至40%。 这些恒星的大小小于太阳:平均而言,约占太阳直径的25%。 而且我们也知道银河系的大小:该盘的厚度约为2,000光年,直径为100,000光年,中央凸起的半径约为5,000-8,000光年。

最后,关于太阳,典型的恒星以20 km / s的速度运动:大约是太阳(和所有恒星)在银河系中沿轨道运动的速度的1/10。


尽管太阳在银河系平面中距中心25,000-27,000光年的距离内移动,但太阳系行星的轨道方向与银河系平面并不对齐。

这是我们银河系中恒星的统计数据。 我们将忽略许多细节,细微差别和技巧-例如根据是否在螺旋套筒中而改变密度。 靠近中心的恒星比靠近边缘的恒星多(而我们的太阳位于边缘的一半)。 太阳系轨道相对于银河盘的倾斜度; 微小的变化取决于我们是否处于银河系的中间……但是我们可以忽略它们,因为仅使用上面列出的值,我们才能计算出银河系恒星多久接近我们的太阳一定距离,因此您多久会遇到一次亲密接触或各种相遇。


太阳与许多最近的恒星之间的距离是准确的,但是每颗恒星(即使是最大的恒星)在直径上所占的直径不到像素的百万分之一。

我们非常简单地计算该值-我们考虑恒星的密度,我们感兴趣的横截面(由您希望恒星靠近我们的距离确定)以及恒星相对彼此移动的速度,然后将所有这些乘以获取每单位时间的碰撞次数。 这种计算碰撞次数的方法适用于从粒子物理学到凝聚态物理学的所有事物(对于专家来说,这实际上是Drude模型 ),并且同样适用于天体物理学。 如果我们假设银河系中有2000亿颗恒星,恒星均匀地分布在整个磁盘上(忽略凸起),并且恒星以20 km / s的速度彼此相对移动,则在绘制了相互作用数与距太阳的距离的依赖性后,我们可以得出以下内容:


一张图表,显示银河系中的恒星在距太阳一定距离处通过的频率。 该图在两个轴上都是对数的,y轴是距离,x轴是此事件在几年内的典型期望。

他说,平均而言,在整个宇宙的整个历史中,人们可以期望另一颗恒星接近太阳的距离为500 AU,大约是太阳到冥王星距离的十倍。 他还说,每十亿年一次,可以预料到恒星将以1500 AU的距离接近我们,该距离接近分散的Kuiper带的边缘。 而且更常见的是,大约每30万年一次,一颗恒星将离我们大约一光年级的距离通过。


太阳系的对数表示,延伸到最近的恒星,显示了柯伊伯带和奥尔特云的延伸距离。

这绝对有利于我们太阳系中行星的长期稳定。 由此可见,在太阳系存在的45亿年中,恒星以接近太阳到冥王星距离的距离接近我们任何行星的机会约为10,000分之一。 恒星接近太阳的距离等于太阳到地球的距离(这将极大地侵犯轨道并导致从系统中弹出)的概率小于1,000,000,000中的1。这意味着通过的概率给我们另一个来自银河系的恒星,这可能会给我们带来严重的不便,非常低。 我们不会失去太空彩票-只要什么都没有发生,在可预见的将来会发生什么事情的可能性很小。


遵守开普勒定律,内外行星的轨道。 恒星与我们之间的距离很小,甚至与与冥王星的距离相当的距离,通过的机会也很小。

但是,有一些恒星穿过奥尔特云(距离太阳1.9光年)的情况,结果是大量冰体的轨道被打乱,这段时间内应该已经积累了约40,000个冰星。 ,因为有两个因素在这里收敛:

  1. 奥尔特云的天体与太阳系的连接非常弱,因此即使很小的引力也可以显着改变其轨道。
  2. 恒星非常重,因此即使恒星经过的距离等于其与太阳之间的距离,它也能够将其踢得足够牢固,从而使其轨道发生变化。

由此可以得出结论,每当我们接近一颗经过的恒星,风险就会增加,例如,在几百万年之后,我们可能会与奥尔特云中的一个物体发生碰撞。


柯伊伯带的太阳系中包含的物体数量最多,但是距离更远且更暗的奥尔特云不仅包含更多的物体,而且更容易受到经过的质量的干扰,例如另一颗恒星。 柯伊伯带和奥尔特云的所有物体都相对于太阳以极低的速度运动。

换句话说,直到大约20颗普通恒星通过足够接近我们的恒星,我们才会看到恒星对像冰彗星般的物体的撞击的结果,这种彗星可能会进入太阳系内部! 这是一个问题,因为最后一颗恒星系统-舒尔兹星(距今7万年前)已经距我们20光年了。 但是,从该分析中也可以得出一个乐观的结论:距离我们500光年的恒星及其运动的地图越好,我们就越能够预测何时何地出现奥尔特云的不受控制的物体。 而且,如果我们担心保护行星免受系统内部恒星抛出的物体的伤害,那么获得此类知识显然是下一步。


WISEPC J045853.90 + 643451.9,绿点是广域红外测量浏览器或WISE(广角红外测量浏览器)发现的第一个超冷棕色矮星。 这颗星距离我们20光年。 要探索整个天空并找到所有可能在太阳附近通过并带来风暴进入奥尔特云的恒星,您需要查看500光年。

为此,您需要构建可在远距离看到昏暗恒星的广角望远镜。 WISE任务已经成为这种技术的原型,但是它能够看到最微弱的恒星(即最常见类型的恒星)的距离受到其大小和观测时间的极大限制。 红外太空望远镜可以观察整个天空,可以标记我们的周围环境,告诉我们可以到达的物体,持续多长时间,从哪个方向以及哪个恒星在奥尔特云的各个物体之间造成了干扰。 尽管太空中恒星之间相距甚远,引力相互作用仍在不断发生。 奥尔特云很大,我们有很多时间让物体从那里飞过我们,并以某种方式影响我们。 在相当长的时间内,您可以想象的一切都会发生。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN413605/


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