一项新研究表明,地球在太阳演变为红巨星并膨胀时,可能比之前认为的更有可能避免被吞没。研究人员使用更新的恒星-行星相互作用模型,发现太阳膨胀过程中对地球的潮汐引力比早期模型预测的要弱。这意味着,当太阳在其生命晚期向外层空间抛射物质时,地球将有更多时间逐渐向外迁移,甚至有可能完全逃脱被吞没的命运。
然而,这项研究并未断定地球一定会幸存。研究团队指出,最大的不确定性已从潮汐力的强度转移到太阳在生命最后阶段会损失多少质量。比利时鲁汶大学天文研究所的 Mats Esseldeurs 表示,当前最大的未知数是太阳未来质量损失的规模,虽然对类似太阳的红巨星的观测倾向于地球能够幸存,但仍需更多数据来确认。
恒星在耗尽核心氢燃料并膨胀成红巨星时,会发生行星轨道演化的“拉锯战”。一方面,增强的潮汐引力将行星拉近恒星;另一方面,恒星持续抛射物质导致质量下降,会把行星轨道推向外围。这两种力量的平衡最终决定了行星的命运。
潮汐作用首先会像一个缓慢的制动器,消耗地球的轨道能量,使其逐渐靠近太阳。同时,太阳会通过恒星风损失大量质量,根据美国国家航空航天局(NASA)的说法,质量减轻会削弱太阳的引力束缚,推动行星向更远的轨道迁移,轨道半径可能扩大一倍。Esseldeurs 解释说,地球的最终命运取决于这两种效应的微妙平衡。
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处理方式的差异。一些研究忽略了潮汐作用,而另一些则使用了过时的简化模型,这些模型往往高估了太阳对行星的向内拉拽作用。此次研究采用了基于老年恒星内部结构和动力学变化的更新潮汐力计算模型,能够更准确地模拟潮汐摩擦和恒星风变化,并考虑了太阳在红巨星阶段可能发生的各种质量损失情况。
研究结果显示,即使采用新的、较弱的潮汐作用模型,水星和金星仍会被吞没。但地球和火星则有望安全度过太阳的两个红巨星阶段,并在太阳演化成白矮星后,继续在更大的轨道上运行。
研究人员强调,目前仍不能完全确定地球的命运,因为天文学家尚无法准确测量类似太阳的恒星在生命晚期损失质量的速度。他们参考了红巨星 L2 Pup 的真实质量损失数据,该恒星的质量与未来太阳接近。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,幸存的可能性略高于被毁灭。
尽管如此,这项发现对于人类而言更多是学术意义上的安慰。科学家普遍认为,大约 10 亿年后,太阳亮度和温度的升高将导致地球海洋蒸发,星球变得无法居住,这远早于太阳膨胀成红巨星的阶段。
尽管人类届时可能已不复存在,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仍具有重要意义。研究人员表示,未来随着更多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,有助于更准确地约束太阳系未来的演化过程。该研究已于今年 6 月发表在《Astronomy & Astrophysics》期刊上。
