最新的科学研究表明,地球在太阳最终膨胀并可能吞噬它时,成功逃脱的几率可能比以往的预测要高。

研究者们运用了更新的恒星与行星相互作用模型,发现当太阳逐渐膨胀时,其将地球拉向内部的潮汐引力效应,比早期模型所估计的要弱。这意味着,在太阳衰老并向太空释放其外层物质的过程中,地球将有更充裕的时间逐渐向外移动,甚至有可能完全避开被太阳吞噬的命运。

然而,这项研究并不保证地球一定能够幸存。研究团队指出,这项工作将核心的不确定性从“太阳膨胀时的潮汐力强度”转移到了另一个尚未被充分理解的问题上——即太阳在其生命晚期究竟会损失多少质量。

该研究的主要作者,来自比利时鲁汶大学天文研究所的 Mats Esseldeurs 教授表示,当前最大的疑问已经不再是潮汐力的计算,而是太阳未来会损失多少质量。虽然对类似太阳的红巨星的观测结果似乎支持地球能够幸存,但在得出明确结论之前,还需要更多的观测数据。

像太阳这样的恒星,在耗尽核心的氢燃料并膨胀成巨大的红巨星后,会引发一种宇宙尺度的“拉锯战”。一方面,不断增强的潮汐引力会将行星向恒星拉近;另一方面,恒星持续抛射物质导致自身质量减轻,又会将行星轨道向外推移。最终,这两种力量的相互作用将决定附近行星的命运,是被吞没还是得以幸存。

这种“推拉效应”主要体现在两个阶段。随着太阳的膨胀,潮汐引力如同一个缓慢的刹车,持续消耗地球的轨道能量,使其逐渐靠近太阳。与此同时,垂死的太阳会通过强大的恒星风不断向外喷射大量气体,最终可能损失一半的质量。据美国国家航空航天局(NASA)的解释,随着太阳质量的减少,其引力束缚也会随之减弱,从而推动幸存的行星向更远的轨道迁移,其轨道半径甚至可能扩大到现在的两倍。

Esseldeurs 教授解释说,地球的最终命运将取决于这两种效应之间极其微妙的平衡。如果潮汐作用占据主导,地球将被太阳吞没;反之,如果恒星质量损失占据主导,地球则会迁移到更远的轨道上。

研究团队认为,以往不同研究得出不同结论的原因,主要是由于对这两种竞争机制的处理方式存在差异。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,这些模型往往会高估太阳对行星的向内拉拽作用。

此次研究摒弃了这些旧的计算公式,而是基于老年恒星内部结构和动力学变化的理解,构建了一个更新的潮汐力计算模型。研究团队表示,新模型能够更精确地同时模拟潮汐摩擦和恒星风的变化,并结合了太阳在红巨星阶段可能发生的各种质量损失情况进行了测试。

研究结果显示,即使采用了新的、潮汐作用更弱的模型,水星和金星仍然无法跟上太阳膨胀的速度,最终仍将被吞没。而地球和火星则能够安全地度过太阳的两个红巨星阶段。最终,地球将在太阳演化后留下的白矮星残骸周围,运行在一个更大的轨道上。

然而,研究人员也强调,目前还远未到可以下定论的时候。由于天文学家们仍然无法精确观测类似太阳的恒星在生命晚期损失质量的速度,因此“地球的最终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 的实际质量损失数据。由于该恒星的质量与未来太阳的质量较为接近,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景下,地球向外迁移的速度恰好足以避免被太阳吞噬,使得“幸存”的可能性略大于“毁灭”。

尽管如此,对于人类而言,这项发现更多的是学术上的慰藉,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,其亮度和温度将不断升高,大约在 10 亿年后,地球上的海洋将被完全蒸发,整个星球将变得不适宜居住,而这一切的发生时间远早于太阳膨胀成红巨星。

即使届时人类很可能已经不复存在,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然具有重要意义。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的积累,这一理论框架还将得到进一步完善。

研究人员在论文中写道:“这将使我们能够开展关于演化恒星周围行星轨道演化的统计研究,并帮助我们更精确地约束地球—太阳系统未来的演化过程。”

这项研究已于今年 6 月发表在《Astronomy & Astrophysics》(天文学与天体物理学)期刊上。