在遙遠的未來，恆星的飛掠將徹底摧毀太陽系。
能量消耗和瓦解
下次當你和一羣書呆子待在一起並且想成為聚會的焦點時，可以在交談中使用這個短語，當他們疑惑的看着你時，你只需説這就是太陽系最終的宿命。
然後調整你的領帶，輕抿一口苦艾酒。
隨着你的解釋引發的一系列後續問題，你可以深入解釋為太陽自身和銀河系將會是罪魁禍首，你還可以談及一項新研究。
研究名為“巨大不平等和外太陽系的動力解體”。其主要負責人是喬恩辛克（JonZink），畢業於加州大學洛杉磯分校天文和天體物理系，該論文被髮表在《天文期刊》上。
人類一直都在思考關於太陽系的最終宿命，在論文的引言中，作者寫道：“對太陽系動態穩定度的理解成為天體物理學最古老的追求之一，追溯到牛頓自身，他曾經推斷出行星之間的相互作用將最終導致天體系統的動盪，”但因為當時微擾理論並不存在，所以連牛頓自己也無法解釋清楚。
兩百年前，牛頓曾想過星體之間的相互作用是否將最終導致系統的不穩定，但是牛頓領帶着身美酒在手了嗎？歷史學家也無法確定。
《艾薩克牛頓肖像》（1642—1727）作者為戈弗雷科雷爾
牛頓至少有一部分是正確的，但是決定一個像太陽系一樣複雜的系統的未來並不是一件容易的事情，尤其是對一個需要花費數十億年的時間去呈現的事件進行科學預測。
在這項新研究中，作者開展了一系列所謂的n體模擬，這是天文學和天體物理學中的常用工具。N體模擬是對相互作用粒子的動態系統的模擬，即使在這個情況下，粒子就是行星和太陽。
在幾十億年內，太陽系的關鍵——太陽——將會發生劇烈的變化。在太陽中發生的氫原子核聚變將會逐漸減少，這也就意味着太陽將會逐漸度過它的主序時期，並進入下一階段。它將會膨脹成一顆紅巨星，並將吞噬水星、金星甚至地球。(火星能否存活尚不確定，但由於它的質量很輕，它的存活與否並不會對大型帶外行星產生太大影響。)
藝術家對類太陽恆星和紅巨星的結構的印象（非按比例）。圖源：ESO
你可能會問：“一旦地球消失，誰還會去關心接下來會發生什麼？為什麼要為這些模擬的結果而費心呢？”好吧，或許人類在那時已經移居到太陽系的更遠處了呢。但不管我們那時有沒有這樣做，我們仍需知道太陽系的命運。
當然，隨着太陽膨脹成紅巨星，它也會開始失去質量。事實上,它可能會在接下來的70億年左右的時間裏失去其一半的質量。質量的損失將會是極具破壞性的，因為這將會使太陽系的行星和其他星體的軌道變得固定。
太陽的膨脹很可能將意味着帶內巖質行星的完結。一同完結的，還有人類，或是其遙遠的，無法辨認的，在木衞二的海洋裏或是其他地方堅守生命的後代。
隨着太陽的演化，它將成為一顆紅巨星，並逐步增加它的體積，直到它吞噬了所有帶內行星。圖源：RoenKelly
如果沒有太陽的質量所產生的引力來維繫軌道，太陽系的帶外行星將會變得不受控制，就像個在苦艾酒派對中呆了五天的貴族一樣。它們的軌道行為將會變得既無法預測也不穩定，有可能會飄到更遠的太空中去。
目前為止的這些都不是新知識。作者説到：“由於太陽將損失其將近一半的質量，巨行星的軌道將會擴張。”然而，Zink和他的同事想要了解這之後將會發生什麼。根據他們的研究，一些行星將會有另一段相對穩定的時期。
這一絕熱過程維持着行星運行軌道週期比，但行星之間的相互作用力與平均運動共振幅度的增加，使得木星和土星獲得了一個5:2的穩定共振位形。
但是這些有着複雜特性且逐漸被拉伸的軌道，使得均衡狀態無法維繫。這種缺乏太陽質量錨定效應的新位形很容易受到如作者在文章裏提到的“來自恆星飛越時相互作用的擾動”。在他們的模擬實驗中，這一點是我們難以想象出來的已經是白矮星的太陽。
因此，在大約30個公轉週期內，恆星的接近會使得行星受到擾動並使行星向着5:2共振下的無序子域運行，這會引發大範圍的波動，並最終在10個公轉週期後導致除一顆行星外的所有行星被迅速彈出軌道。
這張圖展示了作者們10次模擬（每種顏色代表一次模擬）中每個外圍行星從太陽系中被彈出噴出的畫面（圖片來源：Zinketal.）。2020年，哪一個星球能抵抗這樣的排斥力？很可能是我們太陽系中最大的行星——木星。相關研究顯示，在沒有任何伴星繞行的情況下，木星將繼續它下一輪的50個公轉週期。只有當一顆恆星飛越最後捕捉到它時，木星才會被移除。
“沒有了其他行星的情況下，倖存的行星便缺乏獲得正能量的直接機制。僅存的能量交換來源是與飛越過的恆星之間的相互作用”，作者在論文中寫道。他們計算得到一顆恆星大約每2000萬年才飛越一次。
作為最後一顆行星，木星的軌道離心率將會變得越來越高。“結果是，與波動開始前的行星軌道相比，這顆後不穩定氣體巨星的預計彈出時間大約縮減了二分之一。因此孤獨終老的木星更容易被任何經過的恆星彈射。
木星的最新圖像是由NASA/ESA哈勃太空望遠鏡於2020年8月25日拍攝的，當時該行星距離地球6.53億公里。如果這項新學説是正確的，木星則可能是太陽系中最後一顆行星。（圖片來源：NASA, ESA, A. Simon (戈達德太空飛行中心) 和M. H. Wong (加利福尼亞大學伯克利分校) 以及OPAL小組）。如果你想象的是一次飛越事件，恰好在合適的條件下將木星彈射出，那恐怕這一想法是不太正確的。因為它更像是被“千刀萬剮”了。
Zink和他的合著者寫道：“由於很少發生飛越相遇事件（每2300萬年才會有一次發生在10000 au大小的球體內），並且在這其中發生的大多數相互作用對其它行星產生的動力學影響較小，因此彈射過程從原則上可以穩定進行……”
或者，這一説法也許是錯的。“另一方面，在充足的時間內，一次極其近距離的相遇也可能會自主地釋放最後一顆行星。因此，移除這最後一顆行星的潛在機制其實是這兩個過程之間的較量。”
這項研究所得出的數據表明，隨着時間的推移，多次的恆星飛越會導致偏心率和半長軸的緩慢上升，最後一次飛越事件會將太陽系中的最後一顆行星彈出。（圖片來源：Zink 等人, 2020年）。
這很難模擬，因為這一切都將在數十億年後發生。作者提出了一個適時的問題：“換句話説，最後的行星被彈出究竟是由於一次重大的事件還是許多小的能量交換而導致的？”
不過，作者也提供了一些説明。其中一個問題是他們只進行了十次模擬實驗。他們承認自己的研究並不能提供可靠的統計數據，但是每個模擬都產生了相似的結果這一事實仍具有重要的意義。他們寫道：“在所有我們進行的10次模擬中，這四顆氣態巨型行星將在1012年之內，即太陽質量損耗結束之後，被彈射出太陽系。”
另一個需要注意的是那些飛行中的恆星。宇宙中大約有一半的恆星以雙星的形式存在，他們在模擬恆星飛行時，只考慮單個恆星而排除了雙星的情況。實際上他們仍然考慮了這個問題並承認雙星近地飛行比單星近地飛行更具破壞性。“通過排除這些雙星飛過的情況，我們對未來太陽系的壽命做出了保守的估計。同時意味着，考慮雙星近地飛行的情況，將進一步縮短太陽系的壽命。”在論文的一開始，作者就建議謹慎地看待他們的研究結果。“不幸的是，”他們寫道，“即使是最精確的n-體模擬也只能對太陽系的演化做出有限的預測。”由於行星軌道的無序性，很難在足夠長的時間尺度上進行確定性預測。”
當然，銀河系本身也會在這極長的時間尺度上發生巨大的變化。這將如何影響太陽系的未來
當太陽系在銀河系中相對運轉時，未來也會發生相應的變化。“在本研究考慮的時間尺度中，太陽系會在銀河系內進行徑向移動，從而進入未知數量的恆星區域，這些區域內恆星的運行速度也不盡相同。”考慮這些因素，意味着很難建立起精確的預測模型。太陽系向外還是向內遷移，沒人可以確定，也沒人知道這是否意味着遇到更多或更少的恆星。但向內的遭遇幾率可能會有向外的三倍。預測銀河系也會在幾十億年後與仙女座星系碰撞或合併，當然這過程很難在單個太陽系級別研究上進行模擬。
“這些變化將影響恆星相遇的幾率和速度，考慮這些變化建立相應的模型依靠目前的技術還難以實現。”
仙女座星系和銀河系是銀河系中最大的兩個星系，目前它們都在向着彼此的方向前進。然而我們不應該杞人憂天，這一切我們難以在地球上看到。畢竟如果曾經存在過的所有物種有99.9%已經滅絕的説法是真的，我們也難以逃脱這一規律。
關於太陽系命運的問題仍然很吸引人，因為地球的這些行星夥伴終將分散開來，在太空漂流形成流浪行星。如果有其他星球上的智慧種發現了它們，也無從得知它們的起源，更不會想到曾經有個星球上的原始人想過它們的最終命運。
作者：EVAN GOUGH
FY：Astronomical volunteer team
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