在遥远的未来，恒星的飞掠将彻底摧毁太阳系。
能量消耗和瓦解
下次当你和一群书呆子待在一起并且想成为聚会的焦点时，可以在交谈中使用这个短语，当他们疑惑的看着你时，你只需说这就是太阳系最终的宿命。
然后调整你的领带，轻抿一口苦艾酒。
随着你的解释引发的一系列后续问题，你可以深入解释为太阳自身和银河系将会是罪魁祸首，你还可以谈及一项新研究。
研究名为“巨大不平等和外太阳系的动力解体”。其主要负责人是乔恩辛克（Jon Zink），毕业于加州大学洛杉矶分校天文和天体物理系，该论文被发表在《天文期刊》上。
人类一直都在思考关于太阳系的最终宿命，在论文的引言中，作者写道：“对太阳系动态稳定度的理解成为天体物理学最古老的追求之一，追溯到牛顿自身，他曾经推断出行星之间的相互作用将最终导致天体系统的动荡，”但因为当时微扰理论并不存在，所以连牛顿自己也无法解释清楚。
两百年前，牛顿曾想过星体之间的相互作用是否将最终导致系统的不稳定，但是牛顿领带着身美酒在手了吗？历史学家也无法确定。
《艾萨克牛顿肖像》（1642—1727）作者为戈弗雷科雷尔
牛顿至少有一部分是正确的，但是决定一个像太阳系一样复杂的系统的未来并不是一件容易的事情，尤其是对一个需要花费数十亿年的时间去呈现的事件进行科学预测。
在这项新研究中，作者开展了一系列所谓的n体模拟，这是天文学和天体物理学中的常用工具。N体模拟是对相互作用粒子的动态系统的模拟，即使在这个情况下，粒子就是行星和太阳。
在几十亿年内，太阳系的关键——太阳——将会发生剧烈的变化。在太阳中发生的氢原子核聚变将会逐渐减少，这也就意味着太阳将会逐渐度过它的主序时期，并进入下一阶段。它将会膨胀成一颗红巨星，并将吞噬水星、金星甚至地球。(火星能否存活尚不确定，但由于它的质量很轻，它的存活与否并不会对大型带外行星产生太大影响。)
艺术家对类太阳恒星和红巨星的结构的印象（非按比例）。图源：ESO
你可能会问：“一旦地球消失，谁还会去关心接下来会发生什么？为什么要为这些模拟的结果而费心呢？”好吧，或许人类在那时已经移居到太阳系的更远处了呢。但不管我们那时有没有这样做，我们仍需知道太阳系的命运。
当然，随着太阳膨胀成红巨星，它也会开始失去质量。事实上,它可能会在接下来的70亿年左右的时间里失去其一半的质量。质量的损失将会是极具破坏性的，因为这将会使太阳系的行星和其他星体的轨道变得固定。
太阳的膨胀很可能将意味着带内岩质行星的完结。一同完结的，还有人类，或是其遥远的，无法辨认的，在木卫二的海洋里或是其他地方坚守生命的后代。
随着太阳的演化，它将成为一颗红巨星，并逐步增加它的体积，直到它吞噬了所有带内行星。图源：Roen Kelly
如果没有太阳的质量所产生的引力来维系轨道，太阳系的带外行星将会变得不受控制，就像个在苦艾酒派对中呆了五天的贵族一样。它们的轨道行为将会变得既无法预测也不稳定，有可能会飘到更远的太空中去。
目前为止的这些都不是新知识。作者说道：“由于太阳将损失其将近一半的质量，巨行星的轨道将会扩张。”然而，Zink和他的同事想要了解这之后将会发生什么。根据他们的研究，一些行星将会有另一段相对稳定的时期。
这一绝热过程维持着行星运行轨道周期比，但行星之间的相互作用力与平均运动共振幅度的增加，使得木星和土星获得了一个5:2的稳定共振位形。
但是这些有着复杂特性且逐渐被拉伸的轨道，使得均衡状态无法维系。这种缺乏太阳质量锚定效应的新位形很容易受到如作者在文章里提到的“来自恒星飞越时相互作用的扰动”。在他们的模拟实验中，这一点是我们难以想象出来的已经是白矮星的太阳。
因此，在大约30个公转周期内，恒星的接近会使得行星受到扰动并使行星向着5:2共振下的无序子域运行，这会引发大范围的波动，并最终在10个公转周期后导致除一颗行星外的所有行星被迅速弹出轨道。
这张图展示了作者们10次模拟（每种颜色代表一次模拟）中每个外围行星从太阳系中被弹出喷出的画面（图片来源：Zink et al.）。2020年，哪一个星球能抵抗这样的排斥力？很可能是我们太阳系中最大的行星——木星。相关研究显示，在没有任何伴星绕行的情况下，木星将继续它下一轮的50个公转周期。只有当一颗恒星飞越最后捕捉到它时，木星才会被移除。
“没有了其他行星的情况下，幸存的行星便缺乏获得正能量的直接机制。仅存的能量交换来源是与飞越过的恒星之间的相互作用”，作者在论文中写道。他们计算得到一颗恒星大约每2000万年才飞越一次。
作为最后一颗行星，木星的轨道离心率将会变得越来越高。“结果是，与波动开始前的行星轨道相比，这颗后不稳定气体巨星的预计弹出时间大约缩减了二分之一。因此孤独终老的木星更容易被任何经过的恒星弹射。
木星的最新图像是由NASA/ESA哈勃太空望远镜于2020年8月25日拍摄的，当时该行星距离地球6.53亿公里。如果这项新学说是正确的，木星则可能是太阳系中最后一颗行星。（图片来源：NASA, ESA, A. Simon (戈达德太空飞行中心) 和M. H. Wong (加利福尼亚大学伯克利分校) 以及OPAL小组）。如果你想象的是一次飞越事件，恰好在合适的条件下将木星弹射出，那恐怕这一想法是不太正确的。因为它更像是被“千刀万剐”了。
Zink和他的合著者写道：“由于很少发生飞越相遇事件（每2300万年才会有一次发生在10000 au大小的球体内），并且在这其中发生的大多数相互作用对其它行星产生的动力学影响较小，因此弹射过程从原则上可以稳定进行……”
或者，这一说法也许是错的。“另一方面，在充足的时间内，一次极其近距离的相遇也可能会自主地释放最后一颗行星。因此，移除这最后一颗行星的潜在机制其实是这两个过程之间的较量。”
这项研究所得出的数据表明，随着时间的推移，多次的恒星飞越会导致偏心率和半长轴的缓慢上升，最后一次飞越事件会将太阳系中的最后一颗行星弹出。（图片来源：Zink 等人, 2020年）。
这很难模拟，因为这一切都将在数十亿年后发生。作者提出了一个适时的问题：“换句话说，最后的行星被弹出究竟是由于一次重大的事件还是许多小的能量交换而导致的？”
不过，作者也提供了一些说明。其中一个问题是他们只进行了十次模拟实验。他们承认自己的研究并不能提供可靠的统计数据，但是每个模拟都产生了相似的结果这一事实仍具有重要的意义。他们写道：“在所有我们进行的10次模拟中，这四颗气态巨型行星将在1012年之内，即太阳质量损耗结束之后，被弹射出太阳系。”
另一个需要注意的是那些飞行中的恒星。宇宙中大约有一半的恒星以双星的形式存在，他们在模拟恒星飞行时，只考虑单个恒星而排除了双星的情况。实际上他们仍然考虑了这个问题并承认双星近地飞行比单星近地飞行更具破坏性。“通过排除这些双星飞过的情况，我们对未来太阳系的寿命做出了保守的估计。同时意味着，考虑双星近地飞行的情况，将进一步缩短太阳系的寿命。” 在论文的一开始，作者就建议谨慎地看待他们的研究结果。“不幸的是，”他们写道，“即使是最精确的n-体模拟也只能对太阳系的演化做出有限的预测。” 由于行星轨道的无序性，很难在足够长的时间尺度上进行确定性预测。”
当然，银河系本身也会在这极长的时间尺度上发生巨大的变化。这将如何影响太阳系的未来?
当太阳系在银河系中相对运转时，未来也会发生相应的变化。“在本研究考虑的时间尺度中，太阳系会在银河系内进行径向移动，从而进入未知数量的恒星区域，这些区域内恒星的运行速度也不尽相同。”考虑这些因素，意味着很难建立起精确的预测模型。太阳系向外还是向内迁移，没人可以确定，也没人知道这是否意味着遇到更多或更少的恒星。但向内的遭遇几率可能会有向外的三倍。预测银河系也会在几十亿年后与仙女座星系碰撞或合并，当然这过程很难在单个太阳系级别研究上进行模拟。
“这些变化将影响恒星相遇的几率和速度，考虑这些变化建立相应的模型依靠目前的技术还难以实现。”
仙女座星系和银河系是银河系中最大的两个星系，目前它们都在向着彼此的方向前进。然而我们不应该杞人忧天，这一切我们难以在地球上看到。毕竟如果曾经存在过的所有物种有99.9%已经灭绝的说法是真的，我们也难以逃脱这一规律。
关于太阳系命运的问题仍然很吸引人，因为地球的这些行星伙伴终将分散开来，在太空漂流形成流浪行星。如果有其他星球上的智慧种发现了它们，也无从得知它们的起源，更不会想到曾经有个星球上的原始人想过它们的最终命运。
作者：EVAN GOUGH
FY：Astronomical volunteer team
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