70 000 lat temu para brązowych karłów znanych jako gwiazda Scholza, znajdująca się tuż na wierzchołku fuzji wodoru w ich jądrach, przeszła przez obłok Oorta w Układzie Słonecznym. W przeciwieństwie do gwiazd na tej ilustracji nie były widoczne dla ludzkiego oka.
Jesteśmy przyzwyczajeni do myślenia o naszym Układzie Słonecznym jako stabilnym, spokojnym miejscu. Oczywiście od czasu do czasu dowiadujemy się, że planety i inne ciała niebieskie kopnęły jakąś kometę lub asteroidę, ale w większości przypadków wszystko pozostaje niezmienne. Nawet rzadki międzygwiezdny gość nie ponosi dużego ryzyka, przynajmniej nie dla integralności świata takiego jak nasz. Ale cały nasz układ słoneczny krąży wokół galaktyki, co oznacza, że ma setki miliardów szans na bliską interakcję z inną gwiazdą. Jak często to się faktycznie dzieje i jakie są tego potencjalne konsekwencje? Nasz czytelnik zadaje pytanie:
Szanse sięgają od rutynowych incydentów, w których kilka obiektów w chmurze Oort schodzi z drogi, po katastrofalne kolizje z planetą lub jej wyrzucenie z systemu. Zobaczmy, co się właściwie stanie.
Mapa gęstości Drogi Mlecznej i otaczającego ją nieba, która wyraźnie pokazuje Drogę Mleczną, Duże i Małe Obłoki Magellana, a jeśli przyjrzysz się uważnie, NGC 104 na lewo od Małego Obłoku, NGC 6205 tuż powyżej i na lewo od jądra galaktycznego oraz NGC 7078 tuż poniżej. W sumie Droga Mleczna zawiera około 200 miliardów gwiazd.
Według naszych najlepszych szacunków Droga Mleczna zawiera od 200 do 400 miliardów gwiazd. I chociaż gwiazdy mają bardzo różne rozmiary i masy, większość z nich (3 na 4) to czerwone karły: od 8% do 40% masy Słońca. Rozmiar tych gwiazd jest mniejszy od Słońca: średnio około 25% średnicy Słońca. Z grubsza znamy również rozmiary Drogi Mlecznej: jest to dysk o grubości około 2000 lat świetlnych i średnicy 100 000 lat świetlnych, z centralnym wybrzuszeniem o promieniu 5000-8000 lat świetlnych.
Wreszcie, w stosunku do Słońca, typowa gwiazda porusza się z prędkością 20 km / s: około 1/10 prędkości, z jaką Słońce (i wszystkie gwiazdy) krążą wokół Drogi Mlecznej.
Chociaż Słońce porusza się w płaszczyźnie Drogi Mlecznej w odległości od 25 000 do 27 000 lat świetlnych od centrum, kierunki orbit planet Układu Słonecznego nie pokrywają się z płaszczyzną galaktyki.
To są statystyki dotyczące gwiazd w naszej Galaktyce. Jest wiele szczegółów, niuansów i sztuczek, które zignorujemy - na przykład zmiana gęstości w zależności od tego, czy jesteśmy w ramieniu spiralnym, czy nie; fakt, że więcej gwiazd znajduje się bliżej centrum niż bliżej krawędzi (a nasze Słońce jest w połowie drogi do krawędzi); nachylenie orbit Układu Słonecznego w stosunku do dysku galaktycznego; małe zmiany, w zależności od tego, czy znajdujemy się w środku płaszczyzny galaktyki, czy nie … Ale możemy je zignorować, ponieważ tylko użycie powyższych wielkości pozwala obliczyć, jak często gwiazdy Galaktyki zbliżają się do naszego Słońca, a zatem jak często można spodziewać się bliskich spotkań lub różnych starć.
Film promocyjny:
Odległości między Słońcem a wieloma pobliskimi gwiazdami są dokładne, ale każda gwiazda - nawet największa z nich - miałaby mniej niż jedną milionową piksela w skali.
Obliczamy tę wartość w bardzo prosty sposób - obliczamy gęstość gwiazd, interesujący nas przekrój poprzeczny (określany na podstawie tego, jak blisko chcesz, aby gwiazda zbliżyła się do naszej) oraz prędkość, z jaką gwiazdy poruszają się względem siebie, a następnie mnożymy to wszystko do uzyskać liczbę kolizji na jednostkę czasu. Ta metoda liczenia liczby zderzeń jest odpowiednia dla wszystkiego, od fizyki cząstek elementarnych po fizykę materii skondensowanej (dla ekspertów jest to zasadniczo model Drudego) i równie dobrze ma zastosowanie do astrofizyki. Jeśli założymy, że w Drodze Mlecznej jest 200 miliardów gwiazd, że gwiazdy są równomiernie rozmieszczone na dysku (pomijając wybrzuszenie) i że gwiazdy poruszają się względem siebie z prędkością 20 km / s, to wykreślając zależność liczby interakcji od odległości do Słońca, otrzymamy następujący:
Wykres pokazujący, jak często gwiazdy w Drodze Mlecznej będą przechodzić pewną odległość od Słońca. Wykres jest logarytmiczny na obu osiach, oś Y to odległość, a oś X - typowe oczekiwanie na to wydarzenie w latach.
Mówi, że średnio w całej historii Wszechświata można się spodziewać, że najbliższa odległość, na jaką inna gwiazda zbliża się do Słońca, będzie wynosić 500 jednostek astronomicznych, czyli około dziesięć razy więcej niż odległość od Słońca do Plutona. Sugeruje również, że raz na miliard lat można się spodziewać, że gwiazda zbliży się do nas na odległość 1500 AU, czyli blisko krawędzi rozproszonego pasa Kuipera. I częściej, mniej więcej raz na 300 000 lat, gwiazda przejdzie od nas w odległości rzędu roku świetlnego.
Logarytmiczna reprezentacja Układu Słonecznego, rozciągająca się do najbliższych gwiazd, pokazuje, jak daleko rozciągają się pas Kuipera i obłoki Oorta.
Jest to zdecydowanie dobre dla długoterminowej stabilności planet w naszym Układzie Słonecznym. Wynika z tego, że w ciągu 4,5 miliarda lat istnienia naszego Układu Słonecznego prawdopodobieństwo, że gwiazda zbliży się do którejkolwiek z naszych planet w odległości równej odległości od Słońca do Plutona, wynosi około 1 na 10 000; prawdopodobieństwo, że gwiazda zbliży się do Słońca na odległość równą odległości od Słońca do Ziemi (co znacznie zakłóci orbitę i doprowadzi do wyrzucenia z układu) jest mniejsze niż 1 na 1 000 000 000. Oznacza to, że prawdopodobieństwo przejścia obok nam kolejna gwiazda z galaktyki, która mogłaby nam spowodować poważne niedogodności, jest strasznie niska. W kosmicznej loterii nie przegramy - jest bardzo mało prawdopodobne, że skoro nic się jeszcze nie wydarzyło, w dającej się przewidzieć przyszłości coś się wydarzy.
Orbity planet wewnętrznych i zewnętrznych podlegające prawom Keplera. Szanse na to, że gwiazda przejdzie w niewielkiej odległości od nas, a nawet w odległości porównywalnej z odległością do Plutona, są niezwykle małe.
Ale przypadki przejścia gwiazdy przez obłok Oorta (znajdującego się 1,9 lat świetlnych od Słońca), w wyniku którego orbity ogromnej liczby ciał lodowych zostały zakłócone, w tym czasie powinno się zgromadzić około 40 000. Przy takim przejściu gwiazdy przez Układ Słoneczny dzieje się wiele interesujących rzeczy., ponieważ zbiegają się tutaj dwa czynniki:
Obiekty chmur Oorta są bardzo słabo połączone z Układem Słonecznym, więc nawet bardzo mały nacisk grawitacyjny może znacząco zmienić ich orbitę.
Gwiazdy są bardzo masywne, więc nawet jeśli gwiazda przemieszcza się w odległości równej odległości od obiektu do Słońca, może kopnąć ją na tyle mocno, aby zmienić jej orbitę.
Wynika z tego, że za każdym razem, gdy zbliżamy się do mijającej gwiazdy, zwiększa się ryzyko, że przez, powiedzmy, kilka milionów lat później możemy zderzyć się z obiektem z obłoku Oorta.
W pasie Kuipera znajduje się największa liczba obiektów w Układzie Słonecznym, ale dalszy i słabszy obłok Oorta zawiera nie tylko więcej obiektów - jest też bardziej podatny na zakłócenia powodowane przez przelatującą masę, np. Inną gwiazdę. Wszystkie obiekty w Pasie Kuipera i chmurach Oorta poruszają się z ekstremalnie niskimi prędkościami względem Słońca.
Innymi słowy, nie zobaczymy skutków uderzenia przelatującej gwiazdy na lodowe ciała przypominające komety, które prawdopodobnie wpadną do Układu Słonecznego, dopóki około 20 kolejnych gwiazd nie przejdzie dostatecznie blisko naszej! To jest problem, ponieważ ostatni system gwiezdny, gwiazda Scholza (która minęła 70 000 lat temu) jest już 20 lat świetlnych stąd. Z analizy tej można jednak wyciągnąć optymistyczny wniosek: im lepsza jest nasza mapa gwiazd i ich ruchów, znajdująca się 500 lat świetlnych od nas, tym lepiej możemy przewidzieć, gdzie i kiedy pojawią się niekontrolowane obiekty chmury Oorta. A jeśli zależy nam na ochronie planety przed obiektami wrzucanymi do naszego układu przez mijające gwiazdy, to zdobycie takiej wiedzy jest oczywistym następnym krokiem.
WISEPC J045853.90 + 643451.9, zielona kropka jest pierwszym ultrazimnym brązowym karłem odkrytym przez Wide-Field Infrared Survey Explorer lub WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer). Ta gwiazda znajduje się 20 lat świetlnych od nas. Aby zbadać całe niebo i znaleźć wszystkie gwiazdy, które mogłyby przejść w pobliżu Słońca i sprowadzić burze do Obłoku Oorta, trzeba by spojrzeć na 500 lat świetlnych.
Będzie to wymagało budowy teleskopów szerokokątnych, zdolnych do widzenia słabych gwiazd z dużych odległości. Misja WISE stała się prototypem takiej techniki, ale odległość, z jakiej jest w stanie zobaczyć najsłabsze gwiazdy, czyli gwiazdy najpowszechniejszego typu, jest znacznie ograniczona przez jej rozmiar i czas obserwacji. Kosmiczny teleskop na podczerwień, który obserwuje całe niebo, mógłby oznaczyć nasze otoczenie, powiedzieć nam, co może do nas dotrzeć, jak długo to potrwa, z jakich kierunków i jakie gwiazdy spowodowały zakłócenia wśród obiektów chmury Oorta. Oddziaływania grawitacyjne zachodzą stale, nawet pomimo ogromnych odległości między gwiazdami w przestrzeni; Chmura Oorta jest ogromna i mamy bardzo dużo czasu, aby obiekty stamtąd przeleciały obok nas i jakoś na nas wpłynęły. Wszystko wydarzy się w wystarczająco długim czasieco możesz sobie wyobrazić.
Alexander Kolesnik
