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(2023-12-23 10:28:35)
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当太阳吞噬地球时将发生什么的新线索
最近的一颗老年的外星行星系统的观测正在帮助回答这个问题：当太阳死亡时对我们的星球将发生什么？
随我们的太阳年老，它将膨胀成一颗如此大它可以吞噬（并摧毁）地球的恒星。Courtesy of MIT
December 20, 2023
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地球的命运靠抛一个硬币。
威斯康星大学麦迪逊分校的天体物理学家梅琳达·苏亚雷斯-富尔塔多说，50亿年后我们的太阳将膨胀成一颗红巨星。地球是否幸存是一个“开放的问题”。当然，地球可能被太阳吞噬并摧毁。但在某些场景中，地球逃脱并被进一步推入太阳系。
现在，一个附近的行星系统已经为我们星球的宇宙之后提供了线索。在大约57光年之外，四颗行星环绕一颗年龄是太阳两倍的100亿岁老的恒星并且已经处于它的生命的晚期阶段。加州大学河滨分校（University of California， Riverside）专门研究行星宜居性的天体物理学家斯蒂芬·凯恩（Stephen Kane）最近建模了当这颗恒星在十亿年后变成红巨星时对老龄系统的行星可能发生的。他发现了大多数内行星将被吞没，但已知最外层的其中有一个与金星相似轨道的行星可能幸存。
这颗恒星的晚期年龄使来建模它的膨胀更容易，并为我们自己的行星系统的未来提供一个更准确的预测。加州理工学院的天体物理学家乔纳森·津克（Jonathon Zink）说，“这是一篇非常有趣的论文，如果我们能在恒星演化的各个阶段发现[更多]系统，我们也许能一起拼凑将要发生的”。
脆皮的世界
当一颗行星被吞没时死亡能是顺利的。2022年，加州大学圣克鲁兹分校的恒星天体物理学家里卡多·亚尔扎（Ricardo Yarza）仿真了当一颗红巨星吞噬一颗行星时发生的。他发现了如果这颗行星一开始离恒星足够近，它的轨道迅速的衰变。恒星大气层中的气体创造一个对行星的拖曳，亚尔扎说，“行星保持越来越深坠入恒星，在几百年内，大多数行星将被摧毁”。
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麻省理工学院的天文学家季莎磊德说，直到最近为止，这颗注定要灭亡的行星生命的最后时刻“从未被直接的观察到”。但在 2020 年，德的团队看到了 12000 光年外的一颗恒星暂时的变得更亮几百倍。闪光太暗不可能来自与另一颗恒星合并。德和他的同事在5月份报告说，但这对已经被一顿行星大小的餐是刚好的强度。.
研究小组推测了随这颗100亿岁老的恒星开始膨胀成一颗红巨星一颗比木星大几倍的行星已经被捉住。德说，“这是我们太阳系的未来”。
我们的演变的恒星
当像我们的太阳这样的主序星------也称为一颗G型恒星或黄矮星------达到它的生命的尽头时，它耗尽它的核中核聚变所需的氢气。随这颗恒星转向其他燃料来源并丧失质量它的核变得更热，它的大气层膨胀数百万年。最终，我们的太阳将增长到它现在大小的200倍以上。
那个膨胀的太阳将消耗水星和可能的在长得如此之大它接近地球轨道之前金星------一个被称为一个天文单位或AU的距离。但它可以甚至进一步扩张。意大利卡塔尼亚天体物理天文台的天文学家安东尼诺·兰扎（Antonino Lanza）说，“在某些模型中，它能吞噬火星”。他说，主要的不确定性在于太阳随它年老将失去多少质量，它脱落的越多，它的最终半径就越小。他说，“这鲜为人知”。
目前，我们的最佳估计提示太阳将增长到有点在0.85到1.5个天文单位之间。但随着恒星失去质量，更弱的引力拉力将增加地球的轨道，这意味着我们的星球可能会逃脱吞噬。
Merrill Sherman/Quanta Magazine
为看到地球的未来，天文学家转向一个充满有外星行星系统的水晶球。他们的目标是来发现很快就会膨胀（或刚刚膨胀）成红巨星的类似恒星。
这就是为什么附近的一颗被认为即将到达它的阳光明媚的生命结束的黄矮星北冕星座罗（Rho Coronae Borealis）引起了凯恩注意的。它的四颗已知行星中有三颗靠近恒星在金星围绕我们的太阳的路径内环绕，最外层的行星，一年持续282天，轨道与金星相似。
凯恩上个月发表的分析表明这颗正在生长的恒星将吞噬这三颗内行星。这些世界的最内层被认为是岩石的，质量几乎是地球的四倍，将在几百年内蒸发。凯恩说“等离子体过热行星并造成它基本上分解，甚至在地表的岩石将融化掉，下一个在外的世界是木星质量的气态巨行星，它是如此之大以至于它会向内螺旋并被恒星的引力撕裂开而不是蒸发。第三颗行星，一个更小的海王星质量世界，也将可能被吞没和蒸发”。
为更多地了解年老的恒星如何影响轨道行星，斯蒂芬·凯恩（Stephen Kane）研究了附近的一颗恒星，它的年龄是我们的太阳的两倍。Stan Lim
但最外层的行星-----也与海王星的质量差不多------可能幸存。随恒星膨胀，它将暂时吞噬行星几千年。在这段时间里，极端温度会烘烤行星的表面，但行星本身应该幸存，因为恒星的大气层在这个距离上不是很密集的。然后，这颗恒星将再次收缩和膨胀，再次吞噬这颗行星数千年。如果这颗行星能够像一个雄猫的老鼠一样被玩弄幸存，那么它可能会随恒星最后一次收缩从大气层中浮现。凯恩说“因此它有一个刚好在最后逃脱的机会”。
例如，凯恩关于这颗行星的机会以及它们对我们自己的世界可能意味的是乐观的。他说，“我怀疑地球将向外移动，它会幸存”。
伟大逃逸
密歇根大学的系外行星科学家玛丽·安妮·林巴赫（Mary Anne Limbach）说，在过去的二十年里，科学家们已经发现了少数几颗环绕白矮星的系外行星。这些行星幸存了它们的恒星的红巨星阶段，尽管尚不清楚到底如何幸存的。一些行星------往往是更大的气态巨行星------可能离它们的恒星太远不能被吞噬，而另一些世界可能随着恒星喘息和吹胀被向外推。（天文学家也已经看到一些行星在被污染的白矮星形成中没有那么幸运的证据，它们是与富含诸如镁和铁元素的行星相关的）。詹姆斯·韦伯太空望远镜正在进行的观测被预计将折腾出数十颗环绕白矮星的系外行星。
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林巴赫说，尽管它们可能看起来不寻常，但这些行星系统仍然是可以居住的，她领导一些詹姆斯·韦伯太空望远镜的白矮星观测。她说，“围绕一颗白矮星有一个在那里对演化的太阳系更多观测的地方，以及更多像凯恩这样的建模可以提供更深入探究我们自己的命运。就目前而言，我们星球的死亡离确定性是一个掷骰子。人类可能早已离开地球表面，但50亿年后任何朝我们方向看一眼的人都可能会看到我们的星球在我们的太阳垂死的呼吸中冲浪掉------或者，也许在一个短暂的闪光中消失”。
量子杂志正在进行一系列调查，参加我们的
https://www.quantamagazine.org/new-clues-for-what-will-happen-when-the-sun-eats-the-earth-20231220/
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