وصیت‌نامه‌ی منظومه‌ی شمسی؛ مرگ تدریجی یک دنیای زیبا

فرادید | بیشتر ما انسان‌ها گمان می‌کنیم زمین تا پایدار خواهد ماند و با خود می‌گوییم مگر می‌شود به یک آن هست و نیست ما نابود شود به طوری که اصلا وجود نداشته‌ایم؟ امکان ندارد. ما انسان‌ها ساکنین این سیاره‌ایم، پس جهان سیاره و منظومه شمسی ما را همیشه از جمیع بلایا محفوظ می‌دارد. اما به واقع اینطور نیست. شاید تا چند صد میلیون سال، خطر خاصی خانه‌ی سبز ما و منظومه‌ای که در آن هستیم را تهدید نکند، اما بالاخره منظومه‌ی ما از بین خواهد رفت. نه ما نامیرا هستیم، نه سیاره و نه منظومه‌ی شمسی‌مان. شاید میلیون‌ها سال دیگر، اما میلیون‌ها سال برای جهان هستی مثل چشم به هم زدن است.

به گزارش فرادید؛ بر طبق تحلیل دانشمندان، خورشید در پایان زندگی ستاره‌ای اش، منفجر خواهد شد و باقی‌مانده‌ی آن نیز به‌تدریج پس از هزار تریلیون سال حرارتش را از دست خواهد داد تا اینکه چیزی بیش از توده سنگی سرد و تاریک و مرده از آن باقی نخواهد ماند. البته در آن هنگام دیگر خبری از منظومه شمسی نخواهد بود. بر طبق شبیه‌سازی جدید، تنها ۱۰۰ میلیارد سال باید بگذرد تا سیارات منظومه شمسی با پشت سرگذاشتن خورشید مرده از میان کهکشان پا به فرار بگذارند و دیگر اثری از این منظومه باقی نخواهد ماند. اخترشناسان و فیزیکدانان دست‌کم صد‌ها سال است که تلاش کرده‌اند تا از سرنوشت غایی منظومه شمسی سر در بیاورند.

"جان زینک" اخترشناس دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس و "کنستانتین باتیجین" از کلتک و "فِرِد آدامز" اخترشناس دانشگاه میشیگان در مقاله‌ی جدید خود نوشتند: «درک پایداری دینامیکی بلندمدتِ منظومه شمسی یکی از قدیمی‌ترین معما‌های اخترفیزیک را تشکیل می‌دهد و سابقه‌ی آن به خود نیوتن باز می‌گردد، چون نیوتن حدس می‌زد برهم‌کنش‌های دوجانبه میان سیارات سرانجام باید دینامیک مداری آن‌ها را ناپایدار کند.».

اما موضوع از آنچه فکر می‌کنید پیچیده‌تر است. هرچه تعداد اشیای موجود در یک سیستم دینامیکی که با هم برهم‌کنش دارند بیشتر باشد، پیچیدگی آن سیستم دینامیکی بیشتر خواهد شد و پیش‌بینی موقعیت اشیا در آن دشوارتر می‌شود. این چالش را «مسئله‌ی چندجسمی» می‌نامند.

به خاطر پیچیدگی سیستم دینامیکی، پیش‌بینی قطعی مدار سیارات منظومه شمسی در بازۀ زمانی معین تقریباً غیرممکن است. اگر این بازه‌ی زمانی بیش از ۵ تا ۱۰ میلیون سال باشد، عدم قطعیت بسیار بزرگی در محاسبات ظاهر خواهد شد. اما اگر بتوانیم از سرنوشت منظومه شمسی سر در آوریم، آنگاه شاید بتوانیم از چگونگی تکوین کیهان در مقیاسی بسیار فراتر از سن کنونی آن که ۱۳.۸ میلیارد سال است، آگاه شویم.

در سال ۱۹۹۹، اخترشناسان پیش‌بینی کردند که منظومه شمسی به آرامی و در طی بازه‌ای حداقل یک میلیارد میلیارد ساله (۱۰۱۸ سال یا یک کوینتیلیون سال) متلاشی خواهد شد. آن‌ها محاسبه کردند که چقدر طول می‌کشد تا تشدید‌های مداری مشتری و زحل بتوانند اورانوس را از مدارش خارج کنند؛ بنابراین بر طبق نتایج این گروه، منظومه شمسی زودتر از آنچه فکر می‌کردیم، متلاشی خواهد شد.

نخست خورشید تحت تأثیر قرار خواهد گرفت. حدود ۵ میلیارد سال بعد، خورشید در هنگام مرگش متورم می‌شود و به غول سرخ بدل می‌شود و آنگاه عطارد، ناهید و زمین را می‌بلعد. سپس خورشید تقریباً نیمی از جرم‌اش را به شکل باد خورشیدی در فضا رها می‌کند. جرم کوتوله‌ی سفیدی که از خورشید باقی می‌ماند تنها ۵۴ درصد جرم خورشید کنونی است.

این کاهش جرم منجر به افول کشش گرانشی خورشید روی سیارات باقی‌مانده نظیر مریخ و غول‌های گازی و یخی نظیر مشتری، زحل، اورانوس و نپتون می‌شود. دوماً، هنگامی که منظومه شمسی در مداری حول مرکز کهکشان می‌گردد، تقریباً هر ۲۳ میلیون سال یکبار سایر ستارگان چنان به منظومه شمسی نزدیک می‌شوند که می‌توانند مدار سیارات را مختل کنند.

پژوهشگران در مقاله‌ی خود عنوان کردند: «با لحاظ کردن کاهش جرم خورشید و متورم شدن مدار سیارات بیرونی، تأثیر این مهمان‌های ناخوانده بیشتر خواهد شد. اگر زمان کافی در اختیار باشد، برخی از این ستارگان می‌توانند چنان به منظومه شمسی نزدیک شوند که سیارات باقی‌مانده را بربایند یا مدار آن‌ها را ناپایدار کنند.»

گروه پژوهشی با لحاظ کردن این تأثیرات اضافی در محاسبات‌شان، ۱۰ شبیه‌سازی چندجسمی را با استفاده از کامپیوتر پرقدرت Hoffman ۲ Cluster برای سیّارات بیرونی اجرا کردند (مریخ برای کاهش هزینه‌ها در محاسبات لحاظ نشد، چون تأثیر آن قابل چشم‌پوشی بود). این شبیه‌سازی‌ها در دو مرحله انجام شدند: یک مرحله تا پایان کاهش جرم خورشید و مرحله‌ی دیگر در بازۀ زمانی پس از آن.

با وجود اینکه انجام ۱۰ شبیه‌سازی نمی‌تواند جامعه‌ی آماری خوبی ارائه دهد، اما پژوهشگران متوجه شدند که در هر شبیه‌سازی سناریوی یکسانی اتفاق می‌افتد. هنگامی که خورشید سرانجام به کوتوله‌ی سفید تکوین می‌یابد، مدار سیارات بیرونی بزرگ‌تر می‌شود، اما سیارات همچنان در مدار خود پایدار باقی می‌مانند. با وجود این، مشتری و زحل در تشدید پایدار مداری ۵ به ۲ قفل می‌شوند - هر پنج مرتبه‌ای که مشتری حول خورشید می‌گردد، زحل فقط دوبار حول خورشید می‌گردد (این تشدید مداری اجتناب‌ناپذیر بار‌ها مطرح شده است، به خصوص از سوی شخص آیزاک نیوتن).

تورم مدار سیارات به همراه اثراتی که تشدید‌های مداری سیارات از خود برجای می‌گذارند، سیستم را در برابر اغتشاشات حاصل از گذر نزدیک ستارگان آسیب‌پذیرتر می‌کند. پس از گذشت ۳۰ میلیارد سال، اغتشاشاتی از این دست مدار‌های پایدار را آشوبناک می‌کنند و درنتیجه سیارت به آسانی از چنگ گرانش ستارۀ میزبان خود می‌گریزند. همه‌ی سیارت منظومه شمسی به استثناء یک سیاره از مدار خود خارج می‌شوند و مانند «سیارات سرگردان» (Rouge Planets) آزادانه در کهکشان جولان می‌دهند.

آخرین سیاره‌ی باقی‌مانده ۵۰ میلیارد سال دیگر حول خورشید می‌گردد، اما سرنوشت آن محتوم است. سرانجام، این سیاره نیز تحت تأثیر گرانش ستارگان عبوری از مدار خود به بیرون پرتاب خواهد شد. در نهایت، ۱۰۰ میلیارد سال پس از آنکه خورشید به کوتوله‌ی سفید بدل شد، دیگر چیزی از منظومه شمسی باقی نخواهد ماند.

مقیاس زمانی این سناریو بسیار کوتاه‌تر از مقیاسی است که در سال ۱۹۹۹ برای سرنوشت نهایی منظومه شمسی مطرح شد؛ و پژوهشگران به دقت این موضوع را خاطر نشان کرده‌اند که احتمال دارد رصد‌های فعلی از محیط محلی کهکشان و تخمین‌های مربوط به ستارگان عبوری هر دو در آینده دستخوش تغییر شوند؛ بنابراین این سناریو به هیچ وجه غایی نیست و ممکن در آینده تغییر کند.

حتی اگر تخمین‌های مربوط به نابودی منظومه شمسی دوباره دستخوش تغییر شوند، باز هم چنین رویدادی میلیارد‌ها سال دیگر به وقوع خواهد پیوست. احتمال اینکه انسان‌ها میلیارد‌ها سال دوام بیاورند تا شاهد چنین رویدادی باشند بسیار ناچیز خواهد بود. پس نگران نباشید و خوب بخوابید! جزئیات بیشتر این پژوهش در The Astronomical Journal منتشر شده است.