För 70 000 år sedan passerade ett par bruna dvärgar, kända som Scholzs stjärna, som ligger precis på kärnan av vätefusion i deras kärnor, genom solsystemets Oort-moln. Till skillnad från stjärnorna i denna illustration var de inte synliga för det mänskliga ögat.
Vi är vana att tänka på vårt solsystem som en stabil, fridfull plats. Naturligtvis lär vi oss då och då att planeter och andra himmelkroppar sparkade någon komet eller asteroid, men för det mesta förblir allt konstant. Till och med en sällsynt interstellär besökare bär inte mycket risk, åtminstone inte för integriteten i en värld som vår. Men hela vårt solsystem kretsar genom galaxen, vilket innebär att det har hundratals miljarder chanser för nära samspel med en annan stjärna. Hur ofta händer detta faktiskt och vilka är de potentiella konsekvenserna av detta? Vår läsare ställer en fråga:
Möjligheterna sträcker sig från rutinmässiga incidenter där flera föremål i Oort-molnet går ur vägen till katastrofala kollisioner med en planet eller dess utkast från systemet. Låt oss se vad som faktiskt händer.
En täthetskarta över Vintergatan och den omgivande himlen, som tydligt visar Vintergatan, de stora och små magelliska molnen, och om du tittar noga, NGC 104 till vänster om Lilla molnet, NGC 6205 precis ovanför och till vänster om den galaktiska kärnan och NGC 7078 precis nedanför. Totalt innehåller Vintergatan cirka 200 miljarder stjärnor.
Vår bästa uppskattning är att Vintergatan innehåller 200 till 400 miljarder stjärnor. Och även om stjärnor kommer i mycket olika storlekar och massor, är de flesta av dem (3 av 4) röda dvärgar: från 8% till 40% av solens massa. Storleken på dessa stjärnor är mindre än solen: i genomsnitt cirka 25% av solens diameter. Vi vet också ungefär storleken på Vintergatan: det är en skiva som är cirka 2 000 ljusår tjock och 100 000 ljusår i diameter, med en central utbuktning med en radie på 5 000-8 000 ljusår.
Slutligen, relativt solen, rör sig en typisk stjärna med en hastighet av 20 km / s: cirka 1/10 av den hastighet med vilken solen (och alla stjärnor) går i Vintergatan.
Även om solen rör sig i mjölkvägets plan på ett avstånd av 25 000 till 27 000 ljusår från centrum, är riktningarna för banorna i solsystemets planeter inte i linje med galaxens plan.
Detta är statistiken för stjärnorna i vår Galaxy. Det finns många detaljer, nyanser och knep som vi kommer att ignorera - till exempel förändring i densitet beroende på om vi är i spiralarmen eller inte; det faktum att fler stjärnor ligger närmare mitten än närmare kanten (och vår sol är halvvägs till kanten); lutningen av solsystemets banor i förhållande till den galaktiska skivan; små förändringar, beroende på om vi befinner oss mitt i det galaktiska planet eller inte … Men vi kan ignorera dem, eftersom vi bara kan använda beräkningen av ovanstående mängder för att beräkna hur ofta stjärnorna i galaxen kommer inom ett visst avstånd till vår sol, och därför hur ofta nära möten eller olika sammanstötningar kan förväntas.
Kampanjvideo:
Avståndet mellan solen och många av de närliggande stjärnorna är exakta, men varje stjärna - även den största av dem - skulle vara mindre än en miljondel av en pixel i diameter till skala.
Vi beräknar detta värde mycket enkelt - vi beräknar stjärnornas täthet, tvärsnittet av intresse för oss (bestäms av hur nära du vill att stjärnan ska komma till vår), och hur snabbt stjärnorna rör sig relativt varandra och sedan multiplicerar vi allt detta till få antalet kollisioner per tidsenhet. Denna metod för att räkna antalet kollisioner är lämplig för allt från partikelfysik till kondensatmaterialfysik (för experter är detta i huvudsak Drude-modellen), och gäller lika bra för astrofysik. Om vi antar att det finns 200 miljarder stjärnor i Vintergatan, att stjärnorna är jämnt fördelade över skivan (ignorerar utbuktningen), och att stjärnorna rör sig relativt varandra med en hastighet av 20 km / s, får vi genom att plotta beroendet av antalet interaktioner på avståndet till solen följande:
En graf som visar hur ofta stjärnorna i Vintergatan kommer att passera ett visst avstånd från solen. Grafen är logaritmisk på båda axlarna, y-axeln är avståndet och x-axeln - typisk förväntan på denna händelse i år.
Han säger att man i genomsnitt för hela universums historia kan förvänta sig att det närmaste avståndet till vilket en annan stjärna närmar sig solen kommer att vara 500 AU, eller ungefär tio gånger längre än avståndet från solen till Pluto. Han föreslår också att en stjärna en gång per miljard år kan förväntas närma sig oss på ett avstånd av 1500 AU, som ligger nära kanten av det spridda Kuiper-bältet. Och oftare, ungefär en gång var 300 000 år, kommer en stjärna att gå omkring ett ljusår bort från oss.
Den logaritmiska representationen av solsystemet, som sträcker sig till de närmaste stjärnorna, visar hur långt Kuiper-bältet och Oort-molnen sträcker sig.
Detta är definitivt bra för den långsiktiga stabiliteten för planeterna i vårt solsystem. Av detta följer att över 4,5 miljarder års existens av vårt solsystem är chansen att en stjärna närmar sig någon av våra planeter på ett avstånd lika med avståndet från solen till Pluto cirka 1 av 10 000; chansen att en stjärna kommer att närma sig solen på ett avstånd som är lika med avståndet från solen till jorden (vilket i hög grad skulle störa dess bana och leda till utkastning från systemet) är mindre än 1 i 1 000 000 000. Detta innebär att sannolikheten för att gå förbi oss en annan stjärna från galaxen, som kan orsaka oss allvarliga besvär, är oerhört låg. Vi kommer inte att förlora i rymdlotteriet - det är mycket osannolikt att eftersom ingenting har hänt ännu något kommer att hända inom överskådlig framtid.
Banor av inre och yttre planeter som följer Keplers lagar. Chansen att stjärnan kommer att passera på lite avstånd från oss, och även på ett avstånd som är jämförbart med avståndet till Pluto, är extremt små.
Men fallen med en stjärnas passage genom Oort-molnet (som ligger 1,9 ljusår från solen), som ett resultat av vilket kretsarna för ett stort antal iskroppar kränkts, under denna tid borde ha samlats cirka 40 000. Med en sådan passage av en stjärna genom solsystemet händer många intressanta saker., eftersom två faktorer konvergerar här:
Oort molnobjekt är mycket svagt anslutna till solsystemet, så även en mycket liten gravitationspress kan förändra deras bana betydligt.
Stjärnor är mycket massiva, så även om en stjärna reser på ett avstånd från ett föremål lika med avståndet från det till solen, kan det sparka det hårt nog för att dess bana ska förändras.
Av detta följer att varje gång vi kommer nära en förbipasserande stjärna ökar risken att vi, till exempel, flera miljoner år efter det, kan kollidera med ett objekt från Oort-molnet.
Kuiper-bältet innehåller det största antalet objekt i solsystemet, men det längre och svagare Oort-molnet innehåller inte bara fler föremål - det är också mer mottagligt för störningar från en förbipasserande massa, till exempel en annan stjärna. Alla molnobjekt från Kuiper-bältet och Oort rör sig i extremt låga hastigheter relativt solen.
Med andra ord kommer vi inte att se resultatet av en förbipasserande stjärnas påverkan på iskalla kometliknande kroppar, som eventuellt kommer att falla i solsystemet, förrän cirka 20 på varandra följande stjärnor har passerat tillräckligt nära våra! Detta är ett problem, eftersom det senaste stjärnsystemet, Scholzs stjärna (som gick för 70 000 år sedan) redan är 20 ljusår bort. Emellertid kan en optimistisk slutsats dras av denna analys: ju bättre vår karta över stjärnor och deras rörelser, belägna 500 ljusår från oss, desto bättre kan vi förutsäga var och när de okontrollerade föremålen i Oort-molnet kommer att dyka upp. Och om vi är bekymrade över att skydda planeten från föremål som kastas in i vårt system genom att passera stjärnor, är förvärvet av sådan kunskap det uppenbara nästa steg.
WISEPC J045853.90 + 643451.9, den gröna pricken är den första ultracold brown dvärgen upptäckt av Wide-Field Infrared Survey Explorer, eller WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer). Denna stjärna ligger 20 ljusår från oss. För att studera hela himlen och hitta alla stjärnorna som kunde passera nära solen och ge stormar till Oort-molnet skulle det ta en titt på 500 ljusår.
Detta kommer att kräva att bygga vidvinkel teleskop som kan se svaga stjärnor på stora avstånd. WISE-uppdraget blev prototypen på en sådan teknik, men avståndet till vilket det kan se de svagaste stjärnorna, det vill säga stjärnorna av den vanligaste typen, begränsas starkt av dess storlek och observationstid. Ett infrarött rymdteleskop som observerar hela himlen kan markera våra omgivningar, berätta om vad som kan komma till oss, hur lång tid det tar, från vilka riktningar och vilka stjärnor som har orsakat störningar bland objekten i Oort-molnet. Gravitationsinteraktioner uppstår ständigt, även om de stora avstånden mellan stjärnorna i rymden; Oort-molnet är enormt, och vi har mycket lång tid för att objekt därifrån flyger förbi oss och på något sätt påverkar oss. Allt kommer att hända på tillräckligt längevad du kan föreställa dig.
Alexander Kolesnik