Спросите Итана: что будет, когда через Солнечную систему пройдёт звезда?

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/03/31/ask-ethan-what-happens-when-stars-pass-through-our-solar-system/#60034e7d457f
  • Перевод

70 000 лет назад пара коричневых карликов, известных, как звезда Шольца, расположенных как раз на пороге зажигания водородного синтеза в ядрах, прошла через облако Оорта Солнечной системы. В отличие от звезды на этой иллюстрации, они не были видны человеческому глазу.

Мы привыкли считать свою Солнечную систему стабильным, спокойным местом. Конечно, время от времени мы узнаём о том, что планеты и другие небесные тела пнули какую-нибудь комету или астероид, но по большей части, всё остаётся постоянным. Даже редкий межзвёздный посетитель не несёт особого риска, по крайней мере, не для целостности такого мира, как наш. Но вся наша Солнечная система движется по орбите через Галактику, а это значит, что у неё есть сотни миллиардов шансов на близкое взаимодействие с другой звездой. Насколько часто это реально происходит и каковы потенциальные последствия этого? Наш читатель задаёт вопрос:
Насколько плохие последствия будут, если звезда пройдёт рядом с Солнцем? Насколько большой и как близко она должна пройти, чтобы представлять серьёзную опасность? Насколько вероятно такое событие?
Возможности разнятся от рутинных происшествий, в которых несколько объектов облака Оорта сойдут со своего пути, до катастрофических – столкновения с планетой или её выбросом из системы. Давайте посмотрим, что произойдёт на самом деле.


Карта плотности Млечного Пути и окружающего неба, на которой ясно видно Млечный Путь, Большое и Малое Магеллановы Облака, и, если присмотреться, NGC 104 слева от Малого Облака, NGC 6205 чуть выше и левее галактического ядра, и NGC 7078 чуть ниже. В сумме в Млечном Пути содержится порядка 200 миллиардов звёзд

По нашим наилучшим оценкам, в Млечном Пути содержится от 200 до 400 млрд звёзд. И хотя звёзды бывает очень разных размеров и масс, большая их часть (3 из каждых 4) относятся к красным карликам: от 8% до 40% массы Солнца. Размер этих звёзд меньше солнечного: в среднем, порядка 25% диаметра Солнца. А ещё мы примерно знаем размер Млечного пути: это диск порядка 2000 световых лет толщиной и 100 000 световых лет в диаметре, с центральным балджем радиусом порядка 5000-8000 световых лет.

Наконец, относительно Солнца типичная звезда движется со скоростью в 20 км/с: порядка 1/10 скорости, с которой Солнце (и все звёзды) движутся по орбите в Млечном Пути.


Хотя Солнце движется в плоскости Млечного Пути на расстоянии в 25 000 – 27 000 световых лет от центра, направления орбит планет Солнечной Системы не выровнены с плоскостью галактики.

Такова статистика по звёздам в нашей Галактике. Существует множество деталей, нюансов и подвохов, которые мы проигнорируем – таких, как изменение плотности в зависимости от того, находимся ли мы в спиральном рукаве или нет; тот факт, что ближе к центру располагается больше звёзд, чем ближе к краю (а наше Солнце находится на полпути к краю); наклон орбит Солнечной Системы по отношению к галактическому диску; небольшие изменения, зависящие от того, находимся ли мы в середине галактической плоскости, или нет… Но мы можем проигнорировать их потому, что только использование перечисленных выше величин позволяет нам подсчитать, как часто звёзды Галактики подходят на определённое расстояние к нашему Солнцу, и, следовательно, как часто можно ожидать близких встреч или различных столкновений.


Расстояния между Солнцем и многими ближайшими звёздами приведены точно, но каждая звезда – даже крупнейшие из них – в масштабе занимала бы меньше чем одну миллионную долю пикселя в диаметре.

Подсчитываем мы эту величину очень просто – мы считаем плотность звёзд, интересующее нас поперечное сечение (определяемое тем, насколько близко вы хотите, чтобы звезда подошла к нашей), и скорость, с которой звёзды движутся относительно друг друга, а затем перемножаем всё это, чтобы получить количество столкновений в единицу времени. Этот метод подсчёта количества столкновений подходит для всего, от физики частиц до физики конденсированного состояния (для экспертов – это, по сути, модель Друде), и точно так же применима к астрофизике. Если мы предположим, что в Млечном Пути 200 млрд звёзд, что звёзды равномерно распределены по диску (проигнорировав балдж), и что относительно друг друга звёзды движутся со скоростью 20 км/с, то, построив график зависимости количества взаимодействий от расстояния до Солнца, получим следующее:


График, показывающий, как часто звёзды Млечного Пути будут проходить на определённом расстоянии от Солнца. График логарифмический по обеим осям, по оси y отложено расстояние, а по оси x — типичное ожидание этого события в годах.

Он говорит о том, что в среднем, за всю историю Вселенной можно ожидать, что ближайшее расстояние, на которое подойдёт к Солнцу другая звезда, будет составлять 500 а.е., или примерно в десять раз дальше, чем расстояние от Солнца до Плутона. Он также говорит о том, что раз в миллиард лет можно ожидать, что звезда подойдёт к нам на расстояние в 1500 а.е., что близко к краю рассеянного пояса Койпера. И более часто, примерно раз в 300 000 лет, звезда будет проходить на расстоянии порядка светового года от нас.


Логарифмическое представление Солнечной системы, простирающееся до ближайших звёзд, показывает, насколько далеко распространяются пояс Койпера и облака Оорта.

Это определённо хорошо для долгосрочной стабильности планет в нашей Солнечной системе. Из этого следует, что за 4,5 млрд лет существования нашей Солнечной системы шансы на то, что звезда подойдёт к любой из наших планет на расстояние, равное расстоянию от Солнца до Плутона, равны примерно 1 к 10 000; шансы на то, что звезда подойдёт к Солнцу на расстояние, равное расстоянию от Солнца до Земли (что очень сильно нарушило бы орбиту и привело бы к выбросу из системы) меньше, чем 1 к 1 000 000 000. Это значит, что вероятность прохода мимо нас иной звезды из галактики, которая сможет причинить нам серьёзные неудобства, ужасно низка. В космическую лотерею мы не проиграем – очень маловероятно что, раз уж пока ничего не случилось, что-то случится в обозримом будущем.


Орбиты внутренних и внешних планет, подчиняющиеся законам Кеплера. Шансы на то, что звезда пройдёт на каком-то небольшом расстоянии от нас, и даже на расстоянии, сравнимом с расстоянием до Плутона, чрезвычайно малы.

Но случаев прохода звезды через облако Оорта (расположенное в 1,9 световых годах от Солнца), в результате чего были нарушены орбиты огромного количества ледяных тел, за это время должно было накопиться порядка 40 000. При таком проходе звезды через Солнечную систему происходит много интересного, поскольку тут сходятся два фактора:

  1. Объекты облака Оорта очень слабо связаны с Солнечной системой, поэтому даже совсем небольшой гравитационный толчок может значительно изменить их орбиту.
  2. Звёзды очень массивны, поэтому даже если звезда пройдёт на расстоянии от объекта, равном расстоянию от него до Солнца, она сможет пнуть его достаточно сильно для того, чтобы его орбита изменилась.

Из этого следует, что каждый раз, когда мы близко встречаемся с проходящей звездой, увеличиваются риски того, что в течение, допустим, нескольких миллионов лет после этого мы можем столкнуться с объектом из облака Оорта.


В поясе Койпера находится величайшее количество объектов из всех, содержащихся в Солнечной системе, но облако Оорта, расположенное дальше и более тусклое, содержит не только больше объектов – оно ещё и больше подвержено возмущениям от проходящей мимо массы, такой, как другая звезда. Все объекты пояса Койпера и облака Оорта двигаются с чрезвычайно малыми скоростями относительно Солнца.

Иначе говоря, мы не увидим результатов воздействия проходящей звезды на ледяные кометоподобные тела, которые, возможно, попадут внутрь Солнечной системы, до тех пор, пока ещё порядка 20 очередных звёзд не пройдут достаточно близко от нашей! А это проблема, поскольку последняя звёздная система, звезда Шольца (прошедшая мимо 70 000 лет назад) уже находится в 20 световых годах от нас. Однако, из этого анализа можно сделать и оптимистичный вывод: чем лучше будет наша карта звёзд и их движения, располагающихся от нас в 500 световых годах, тем лучше мы сможем предсказать, где и когда появятся неконтролируемые объекты облака Оорта. И если нас волнует защита планеты от объектов, закидываемых внутрь нашей системы проходящими мимо звёздами, то приобретение таких знаний являются очевидным следующим шагом.


WISEPC J045853.90+643451.9, зелёная точка – первый сверххолодный коричневый карлик, открытый космическим телескопом Wide-Field Infrared Survey Explorer, или WISE (Широкоугольный инфракрасный обзорный исследователь). Эта звезда расположена в 20 световых годах от нас. Чтобы изучить всё небо и найти все звёзды, которые могли проходить поблизости от Солнца и принести штормы в облако Оорта, потребуется заглянуть на 500 световых лет.

А для этого понадобится построить широкоугольные телескопы, способные видеть тусклые звёзды на огромных расстояниях. Миссия WISE стала прототипом такой техники, но расстояние, на которых она способна видеть самые тусклые звёзды, то есть, звёзды наиболее распространённого типа, сильно ограничено её размером и временем наблюдения. Инфракрасный космический телескоп, обозревающий весь небосвод, мог бы разметить наше окружение, рассказать о том, что может прийти к нам, за какое время, с каких направлений, и какие звёзды вызвали возмущения среди объектов облака Оорта. Гравитационные взаимодействия происходят постоянно, даже несмотря на огромные расстояния между звёздами в пространстве; облако Оорта огромно, и у нас есть очень много времени на то, чтобы объекты оттуда пролетали мимо нас и как-то на нас влияли. За достаточно большое время произойдёт всё, что вы можете себе представить.
Поделиться публикацией

Похожие публикации

Комментарии 34
    0

    Надо понимать, что облако Оорта пока все-таки гипотетическая область.

      +1

      Как пыльным мешком по башке. Как вода на Марсе. Окей, крепимся и держим удар.

        0
        Да, непосредственных наблюдений еще не было, все существующие свидетельства существования облака Оорта только косвенные. Но это пока единственная модель, которая хорошо объясняет всю совокупность наблюдаемых фактов и согласуется с результатами численного моделирования.
        0
        Какой-то очень упрощенный расчет. Он с одной стороны, он предполагает что звезды хаотично движутся по всему объему, а с другой, действительно не учитывает наше расположение в Млечном Пути, траекторию движения и др. (может и учитывает на самом деле, но об этом не сказано). Представляется, что в зависимости от этих параметров, вероятности могут отличаться на порядки (например для звезд вблизи галактического центра нахождение соседней звезды в радиусе светового года практически стопроцентно).
          0
          Тут кажется считают в окрестностях Солнца плотность звезд. Оценки по поводу некой «скорости движения звезд» мне кажутся мягко говоря натянутыми, но может их взяли не с потолка, а из настоящего распределения относительных скоростей окружающих звезд.
            0
            Может быть, но об этом не говорится, а выше приводятся размеры всей галактики и общее кол-во звезд в ней. По скоростям — та же звезда Шольца движется от нас со скоростью порядка 80 км/с. Но как средняя оценка 20 км/с вполне может быть достоверной.
          0
          Если звезда попадет в Облако Оорта, либо пройдет по касательной к облаку, разве это не означает, что Солнце и звезда начнут притягивать друг друга?
            0
            Начнут, и даже, в какой-то мере повлияют на траектории друг друга (и всего остального поблизости). Но, тут уже надо знать не только массы, но и направления и скорости движения.

            Не обязательно, что проход рядом приведет к образованию двойной звездной системы, или столкновению.
              0
              Если не ошибаюсь, для образования двойной системы из ранее гравитационно не связанных тел необходимо наличие третьего тела. Если его нет, два тела просто пролетят мимо друг друга, изменив первоначальные орбиты.
                0
                Для образования системы нужен не очень большой момент импульса. Если он слишком большой — разлетятся по гиперболе звезды. А если большой, но не слишком — возникнет орбита эллиптическая с большим перигелием.
            +1
            Дико читать такую фразу от, казалось бы, образованного в теории вероятностей человека:

            В космическую лотерею мы не проиграем – очень маловероятно что, раз уж пока ничего не случилось, что-то случится в обозримом будущем.

            <sarcasm>Наоборот, если долго не было столкновения, то его стоит ждать со всё возрастающей вероятностью.</sarcasm>
              +1
              Если подбрасывая монету, 50 раз выпадет орел, то это не значит, что на 51й раз вероятность выпадения решки увеличится. Она будет также 50 на 50. Разве не тот же тут закон работает? У звезд как у монет нет памяти…
                0
                Так я именно об этом.
                0
                Так это же следствие теоремы Байеса, почему дико?
                  0
                  Теорема Байса тут не причём.
                    0
                    Как раз причем. Одно из следствий теоремы в том что при условии что мы не можем посчитать исходную вероятность теоретическими методами, то при большом количестве испытаний мы можем ее прогнозировать с помощью анализа испытаний, т.е. получая каждый раз данные мы уточняем результат. Как итог «если долго не было столкновения» то с каждым годом без столкновений вероятность того что их не будет увеличивается.
                      0
                      Это да, конечно. Но в данном случае подразумевается, что всё можно рассчитать.
                        0
                        Как я понял эта фраза как раз и была связана с тем, что все условия очень трудно рассчитать, то исходя из многолетней истории мы можем сделать такой вывод. Могу ошибаться, так как не могу заглянуть в голову автора, так что это лишь моя интерпретация.
                0
                А ещё мы примерно знаем размер Млечного пути: это диск порядка 2000 световых лет толщиной и 100 000 световых лет в диаметре

                Забавно, прямо только что на Реддите прочитал что в диаметре уже не 100к а 200к.
                  0
                  Там какие-то далекие скопления даже на расстоянии 100 кпк приписывали к нашей Галактике (причем весьма давно).
                    +1

                    Это в имперской системе мер.

                    0
                    Я «ненастоящий астроном», но по-моему у проходящей мимо звезды могут быть и свои планеты (в том числе свой газовый гигант), и свой пояс астероидов, свой пояс Койпера и, в конце концов, своё облако Оорта. Думаю, дальше можно не продолжать — если у вас есть фантазия, общую картину взаимного проникновения систем вы уже представили.
                      0
                      Имхо, опасность в таком случае представляют только газовые гиганты. Облака Оорта пройдут друг через друга и не заметят.
                        0
                        Проблема в том, что художники рисуют облако Оорта в неправильном масштабе. Не стоит полагать что там много тел. Т.е. тел на самом деле очень много, но рассредоточенных на колоссальном объеме. И расстояния между этими телами сопоставимы с расстояниями между планетами солнечной системы (точных данных нет ни у кого, но оценку порядков провести можно). По этой причине взаимное прохождение «облак Оорта» разных систем, скорее всего, пройдет без реального взаимодействия.
                        Аналогичный случай со слиянием галактик. Несмотря на то что плотность звезд в центре галактики «высокая», вероятность прямого столкновения ничтожна. А, учитывая, что мы находимся в рукаве — она становится невероятно маленькой величиной.
                          0
                          Автор статьи видит опасность в изменении орбит каждого тела в облаке (да и как может быть иначе — была одна звезда в системе, а стало две). Я же как бы намекаю, что опасность может быть раза в два выше, поскольку не исключено появление второго облака.

                          Столкновение галактик, кстати — очень хороший пример (сам собирался его привести, но сократил). Да, столкновения звёзд при этом очень редки. Но зато насколько кардинально меняется форма галактик! Облака пластичны. Даже если бы они существовали независимо, всё равно — проходя друг сквозь друга, они бы полностью поменяли форму. Т.е. орбиты каждой пылинки поменяются.

                          А нам пока будет достаточно всего одной такой пылинки. Тут закон больших чисел начинает работать. Хоть одна да наверняка прилетит в такой ситуации, как пролетающая мимо звёздная система.

                          Впрочем, я надеюсь, что через тысчонку-другую лет земляне перестанут вздрагивать всей планетой от каждого пролетающего рядом камня. «Космическая ПРО», колонии на Марсе и далее, и наконец межзвёздная экспансия — хорошие лекарства от таких детских страхов. Эвакуация, потом прилетаем обратно и чистим завалы, как японцы после землетрясения. Это если отстреляться не смогли, если слишком плотная ковровая бомбардировка была.
                            0
                            При изменении орбит в облаке Оорта нам может прилететь что-то новое :)
                            Однако надо понимать, что если это, паче чаяний, произойдет завтра (резкое изменение траектории на 90 градусов для выстрела прямо в землю), то с большой вероятностью оно попадет под гравитацию внешних планет системы, и, либо, собьется с пути, либо выйдет на околосолнечную орбиту, постепенно снижаясь до столкновения с землей. Т.е. от этого дня пройдут десятилетия если не столетия. А прогресс не стоит на месте и шансы самоуничтожиться у нас в сотни раз больше нежели пострадать от такого объекта.

                            При этом мы вообще отбрасываем понимание того что скорости большинства объектов в облаке Оорта крайне низкие (быстрым там неоткуда взяться) и гравитация на них будет действовать постепенно (а это значит что «сорвать» объект с орбиты под углом 90 градусов вообще редкая фантастика).

                            Итого: вероятность события встречи во внутренней солнечной системе объекта из облака Оорта сама по себе крайне мала, и даже если взаимодействие с другой системой увеличит ее на 1-2 порядка останется такой-же, пренебрежимо малой, величиной в сравнении с кучей других угроз цивилизации.
                              0
                              Если посмотреть какую-нибудь картинку, нагугленную по терму «столкновение галактик», то видно, что очень даже значительное количество звёзд меняют свои орбиты «на 90 градусов». И, как я уже говорил, начинает работать закон больших чисел — что-то где-то будет перехвачено, пролетит мимо… но хоть один да попадёт. Боюсь, вероятность низка, только когда орбиты очищены от мусора за миллионы лет. И возрастёт она не на 1-2 порядка, а гораздо больше.

                              Кстати, внешние планеты расположены в одной плоскости. А облако Оорта рисуется как очень толстый бублик, почти шар.

                              И кстати, плоскости вращения двух планетных систем вряд ли будут совпадать. Так что на перехват я бы ставки не делал.

                              Насчёт «других угроз» — при любой вероятности согласен. Меня вот угроза Роскомнадзора для разумной жизни на одной седьмой части суши гораздо больше метеоритной атаки волнует. Как-то актуальнее — на злобу дня.
                                0
                                Мне вот что интересно. Если Солнечную систему выкинет из Млечного Пути, например, при столкновении с Андромедой, что поменяется для «нас»? Наблюдая за анимированной моделью этого столкновения, размышляю о судьбах звёзд, которые разлетаются как пыль прочь.

                                Однако, по-моему, ничего для Солнца и Земли измениться не должно. Нахождение нас именно внутри Галактики никак не влияет на земные процессы, на жизнь и прочее. Наоборот, в Галактике угрожают взрывы сверхновых. Если же нас выкинет наружу, мы потеряем только звёздное небо над головой.
                                  0
                                  Да ваще пофиг. И так живём гдето на краю не то что Галактики, а на краю рукава (Ориона или Геркулеса, всё время забываю).
                                    0
                                    Кажется Солнцу «повезло» так, что оно родилось в 1 рукаве и весьма вероятно погибнет в другом (просто от старости). Но это если брать только 2 главных.
                                    0
                                    Мне кажется более вероятным, что нас не выкинет из галактики, а наоборот — какая-то звезда подлетит рядом и они образуют двойную систему.
                                    Хотя, наверное такое невозможно. Если обе звезды летели со скоростью скажем 220 км/с и в произвольном направлении, то они скорее всего разлетятся на бесконечность.
                                    Чтобы не разлететься — им нужно иметь такую скорость на расстоянии около r такого, что
                                    mu*v^2/2 < G*m1m2/r.
                                    Значит если взять, что там скорость около «220 корней двух» (против около 30 у Земли), а приведенная масса около половины солнечной (одинаковые звезды), то выходит, что на расстоянии 1.86/100 а.е. могли бы разминуться.
                                    Правда это выходит 2.78 миллионов км при диаметре Солнца 1.392. В такой шуточной идее выходит «зазор» где-то 220 км.
                                    Вывод из моей гипотезы делаю — для захвата звезд в двойную систему от столкновения таких больших галактик они должны прилично терять энергию и момент импульса от трения звездных систем.
                                      0
                                      Ещё и направление вектора движения нужно учесть.
                                      0
                                      Вероятность быть выкинутым в одиночку, а не в дружной компании из тысяч соседних звёзд — только при очень близком проходе другой звезды, здесь планетам сильно не повезёт (но вероятность низка)
                                      Ну а если в компании — то сформируется внегалактическое звёздное скопление которое когда-нибудь куда-то да прилетит…
                                      –2
                                      Вы не понимаете! Вот прилетит «левая» звезда, только соберётся в Солнечную систему вторгнуться, и тут опа — Рос Ком Надзор! Заблокируют — мало не покажется. И вариантов кроме «развернуться и лететь обратно» у звезды не будет. Жаров круче Уиллиса!

                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                            Самое читаемое