新研究：地球逃离太阳“吞噬”命运的可能性增大

IT之家 7 月 8 日消息，数十年来，天文学家一直在争论地球的命运是否会与太阳紧密相连。大约 50 亿年后，当太阳耗尽维持其运行的氢燃料时，它将膨胀成一颗红巨星，其体积足以吞没水星和金星，而多项研究认为，地球最终也难逃这一命运。不过，一项最新研究表明，地球逃过这场“烈焰末日”的希望，可能比此前认为的更大。研究人员利用更新后的恒星 — 行星相互作用模型发现，随着太阳不断膨胀，其将地球向内拉拽的引力潮汐作用，比早期模型预测的要弱。这意味着，当垂死的太阳不断向太空抛射外层物质时，地球将有更多时间逐渐向外迁移，甚至有可能完全避免被太阳吞没。当然，这项研究并不意味着地球一定能够幸存。研究人员表示，它只是将最大的未知因素，从“太阳膨胀时潮汐力到底有多强”，转移到了另一个目前仍缺乏充分认识的问题 —— 太阳在生命最后阶段究竟会损失多少质量。研究第一作者、比利时鲁汶大学天文研究所（KU Leuven Institute of Astronomy）的 Mats Esseldeurs 表示：“如今最大的未知数已经不再是潮汐力计算，而是未来太阳究竟会损失多少质量。目前对类似太阳的红巨星观测结果倾向于支持地球能够幸存，但在得出确定结论之前，我们仍需要更多观测数据。”像太阳这样的恒星在耗尽核心氢燃料并膨胀成巨大的红巨星后，会引发一场宇宙尺度的“拉锯战”：一方面，不断增强的潮汐引力会把行星向恒星拉近；另一方面，恒星持续抛射物质导致自身质量下降，又会把行星轨道向外推移。最终，正是这两种力量决定了附近行星会被吞没还是得以幸存。这种“推拉效应”主要分为两个阶段。随着太阳不断膨胀，引力潮汐如同一个缓慢制动器，持续消耗地球的轨道能量，使其逐渐向太阳靠近。与此同时，垂死的太阳会通过强烈的恒星风不断向外喷射大量气体，最终损失约一半的质量。根据美国国家航空航天局（NASA）的解释，随着太阳质量减轻，其引力束缚也会减弱，从而推动幸存的行星向更远的轨道迁移，轨道半径甚至可能扩大至现在的两倍。Esseldeurs 表示：“地球最终的命运取决于这两种效应之间极其微妙的平衡。如果潮汐作用占主导，地球将被太阳吞没；如果恒星质量损失占主导，地球则会逃离至更远的轨道。”研究团队认为，以往不同研究之所以得出不同结论，主要是因为对这两种竞争机制的处理方式不同。一些研究完全忽略了潮汐作用，而另一些则沿用了数十年前建立的简化模型，这些模型通常会高估太阳对行星的向内拉拽作用。此次研究没有采用这些旧公式，而是基于老年恒星内部结构和动力学变化，建立了更新的潮汐力计算模型。研究团队表示，新模型能够更准确地同时模拟潮汐摩擦和恒星风变化，并结合太阳在红巨星阶段可能出现的不同质量损失情况进行了测试。研究结果显示，即便采用新的、更弱的潮汐作用模型，水星和金星依然无法逃脱太阳膨胀的速度，最终仍会被吞没。而地球和火星则能够安全穿越太阳的两个红巨星阶段。最终，地球将围绕太阳演化后留下的白矮星遗骸，在一条更大的轨道上继续运行。不过，研究人员也强调，目前还远不能下定论。由于天文学家仍无法准确观测类似太阳的恒星在生命晚期究竟以多快的速度损失质量，因此“地球最终的命运仍然存在不确定性”。研究人员还参考了距离地球约 183 光年的红巨星 L2 Pup 的真实质量损失数据。由于其质量与未来的太阳较为接近，因此被视为太阳未来演化的参考对象。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恰好足以避免被太阳吞没，使“幸存”的可能性略高于“毁灭”。不过，对于人类而言，这项发现更多只是学术意义上的安慰，而非现实中的“救命稻草”。大多数科学家认为，随着太阳逐渐老化，其亮度和温度都会不断升高，大约 10 亿年后，地球海洋将被彻底蒸发，整个星球将变得无法居住，而这一切发生的时间远早于太阳膨胀成红巨星。尽管届时人类很可能早已不存在，但研究地球最终是否能够幸存，对于理解行星系统如何随着恒星演化而变化仍具有重要意义。研究人员表示，未来随着更多类似太阳的濒死恒星观测数据积累，这一理论框架还将进一步完善。研究人员在论文中写道：“这将使我们能够开展演化恒星周围行星轨道演化的统计研究，并帮助我们更准确地约束地球 — 太阳系统未来的演化过程。”IT之家注意到，这项研究于今年 6 月发表在《Astronomy & Astrophysics（天文学与天体物理学）》期刊上。