咱们的太阳系正在缓缓地走向兴起。在接上去的几十亿年里，将出现一系列可怜的事情，从庞大的变动到真正的喜剧。之后，咱们的太阳系将会消灭：一切的行星都将隐没不见，太阳将变成一颗孤独的白矮星。

笔者将疏导大家一步步了解太阳系的未来。由于地球是咱们的家园，因此笔者将引见一个影响地球生命的关键事情。以下是典型性的未来：

1.地球的陆地将沸腾。

2.岩质行星的轨道或许会变得不稳固，造成行星之间出现碰撞。

3.太阳将变成红巨星，吞噬岩质行星。

4.偶然通过的恒星会引发残余行星之间的不稳固静止。

5.偶然通过的恒星会带走最后一颗行星。

除了第2个事情出现的概率相对较小之外，这些事情简直都会出现。但是，这些事情最终实现须要大概 1000 亿年的时期。

地球上液态水（和生命）的终结

太阳正在缓慢地升温。它如今的亮度比刚刚构成时提高了约30%。当太阳内核中的氢转化为氦时，其平均分子量会参与，从而提高内核的温度和核聚变反响的速率，这使得太阳的能量输入缓慢参与。

太阳的演变：白色曲线代表太阳亮度

人类所知的生命外形都须要液态水。为了内行星外表维持液态水，流入的能量和流出的能量之间必定坚持平衡，以维持适当的温度范畴。

能量平衡不时在自我调理，假设地球大气中的温室气体含量参与（正如当下），气体的温室效应就会发生新的能量平衡，而这会使地表温度升高。

地球有一个内置的恒温器：碳酸盐-硅酸盐循环，它可以调理大气中的二氧化碳含量，从而维持稳固的气象。可怜的是，它的作用时期大概为一百万年，这对人类来说速度太慢，不可协助咱们处置目前的环球变暖疑问。

热毯：温室效应使咱们的大气层像一个毯子，缓慢缩小流向太空的热量，温室气体越多，毯子越厚

行星升温的另一种方式是参与输入的能量，太阳亮度的缓慢增强就属于这种状况。只管地球气象会因节令、大气成分扭转（即人为温室气体的变动或火山尘埃的变动）和米兰科维奇周期而出现短期变动，但由于太阳亮度的参与，地球外表正在缓慢地升温。

等到某一时辰，地球大气层将不可再维持稳固的能量平衡，温室效应的升温将进入失控阶段。在失控的温室中，会出现正反应循环：地球外表变得越来越热，造成更多的水蒸发到大气中，水作为一种强温室气体，会增强温室效应，从而进一步使地球外表升温。

一旦温室效应失控，地球外表的升温将造成陆地齐全蒸发。这会让地球越来越热，直抵到达一个新的平衡：炙热的地表和被困在大气中的水共存（此时的水很或许处于 "超临界 "形态，即液态和气态不分）。地球外表会有更多的水蒸气，但不会有液态的陆地。

另一种思索方式是 "宜居带"——恒星周围的轨道区域，在这个区域内，行星只需有适当的大气层，就能坚持液态水。当行星大气层与恒星的距离小于宜居带的内边缘，行星的大气层会出现温室效应失控现象。目前，太阳宜居带的内边缘约为地球与太阳距离的95%。

宜居带：太阳宜居带以后的位置，内边缘位于日地距离的约95%处

随着太阳越来越亮，宜居带的内边缘正在缓慢向外移动。咱们很难确定宜居带的内边缘终究何时会越过地球轨道，但预计大概在 10 亿年之后。

从那时起，地球上就不会再有液态水了。不再有液态水就象征着不再有生命，至少是咱们所知方式的生命。

岩石行星轨道的凌乱不稳固性

行星的轨道是凌乱的。从数学意义上讲，这象征着咱们不可预测它们在悠远未来（大概 1 千万年到 1 亿年之后）确实切位置。

在畅想未来时，很容易构想出最坏的状况。鉴于岩质行星的轨道是凌乱的，咱们不可知道它们的未来。咱们能否应该假定它们的轨道将永远坚持稳固？或许，咱们应该做最坏的计划，假定事情会以某种方式出较大过错？

计算机可以协助咱们找到一个概率性的答案，咱们可以应用代码来模拟行星轨道，模拟太阳系许多或许的未来。每一次性模拟都从行星以后的精细的不同位置开局，而后预测到未来。咱们对行星位置的了解相当准确，但也存在毫米到米级的不确定性，而这些不确定性会被混沌加大。

一些模拟发现，假设水星与木星出现 "常年共振"，水星的轨道会极度伸长，或许说公允。共振会造成两颗行星的轨道对齐，在这种状况下，行星的潮汐线——衔接太阳和最接近位置的直线——开局一同前冲，并在数千年内坚持对齐。这使得水星的轨道极速地拉长：

一旦水星的轨道被拉伸到与金星的轨道相交，将会出现各种凌乱的碰撞。水星或许由于过于接近太阳而被吞噬，或是与金星相撞。兴许迄今为止看到的最戏剧性（也是最凄惨）的结果是，水星有或许最终扰乱其余岩质行星的轨道，以致于引发地球和火星之间的碰撞，就像你在这张图片中看到的那样：

出现这种状况的或许性有多大？地球真的会在 30 亿年后与火星相撞吗？2009 年启动的迄今为止的钻研标明，水星进入与木星的常年共振，并在未来 50 亿年内形成破坏的概率约为 1%。即使水星进入共振，与地球出现碰撞的或许性也很小。水星更有或许间接坠入太阳或与金星相撞。

换句话说，岩质行星的轨道有99%的或许性会像钟表一样继续围绕太阳运转，至少在太阳自身开局出现变动之前是这样......

太阳将退化成红巨星，

吞噬外部行星，成为白矮星

大概50亿年后，作为太阳核聚变反响燃料的氢将耗尽，太阳将继续在不时收缩的外壳中熔化氢，这将使太阳收缩成一颗红巨星。

太阳的生命：红巨星比类日恒星温度低，但是由于庞大的体积，它们十分明亮

猎户座明亮的参宿四就是红巨星的一个很好的例子。在大概5亿年的时期里，太阳都将是一颗红巨星，它的亮度参与，使宜居带向外移动，将木星和土星涵括在内。在这一阶段，巨行星的大型卫星或许具有在其外表构成液态水的条件。许多卫星的外部都有少量的水，包含一些在冰壳下有液态陆地的卫星（最驰名的是木卫二）。太阳系最大的卫星——木卫三的品质约为地球40分之一倍，但普通以为该星球有大概一半是水，即木卫三的水储量大大超越地球。由于按品质计算，咱们的星球每1000个水分子中只要1个是水。在大概 70 亿年后，木卫三将成为一颗陆地卫星。

行星的轨道会随着太阳的变动而变动。当太阳变成红巨星时，内行星将被吞噬。远离太阳的行星会随着太阳品质（构成了太阳风）的缩小而扩展到更宽的轨道上。随着太阳引力的削弱，行星的轨道会人造变宽，随着时期的增长而舒开展来。

红巨星十分庞大，太阳要收缩约100倍能力成为红巨星，并将加长到地球目前的轨道那么远。咱们的星球正处于红巨星半径边缘，咱们不知道在此时期地球是会被太阳吞噬，还是会逃到一个更大的轨道上。

与此同时，太阳的内核会收缩，直到温度和压力的升高使氦聚变。在这个环节中会有几次闪光，而后太阳就会像 "行星状星云"（与行星有关——这只是一个沿用至今的老名字）一样，"哧"地一声脱去外层，这之后太阳剩下的就是它的内核了。内核是一颗小白矮星，什么也不会做，只会缓缓冷却，直到永远。

白矮星的品质简直与太阳相当，但只要地球大小。这使它们具有极强的外表引力，任何比氢或氦重的物质都会在几天到几个月内从它们的大气层中沉降到恒星自身——这在天文学上只是一眨眼的功夫。

当咱们观察白矮星时，它们中的很大一局部仿佛都被 "污染"了：它们的外层不是纯正的氢或氦光谱，而是被岩石（有时是富冰）物质污染了。由于这些岩石物质应该很快就会积淀下去，所以它们是最近才与白矮星出现碰撞的。

白矮星或许遭来到自十分接近的碎片盘物质流的缓慢污染。这些碎片来自小天体，它们在轨道移动时期被行星的引力弹射。由于白矮星是一个很小的指标，小天体不会撞向恒星，而是被恒星的引力撕裂，旋转成岩石盘，在十分接近白矮星的轨道上被磨成尘埃。

大概 70 亿年后，太阳将变成白矮星。地球要么被红巨星太阳淹没，要么被彻底烤熟。在悠远的观测者眼里，惟一能暗示一个淡蓝色的小球曾经围绕着这颗白矮星运转的，将是几条共同的光谱线——那是一个早已沦亡的行星系溅出的血迹。

一颗通过的恒星

引发行星间的静止不稳固性

太阳变成白矮星后，它的行星系统会比如今大简直一倍。当然，这不是指行星的数量，而是指幸存行星轨道的大小。太阳将失去约40%的品质，其中大局部将在变成构成白矮星的环节中的漂亮行星星云。行星的轨道将相应地扩展约85%。海王星的轨道将从30天文单位增长到大概55天文单位，标记着行星的外缘。

自此，到永久应该善报多磨吧？行星们将围绕着白矮星运转在近乎圆形的轨道上，而太阳系凌乱的外部将被淹没。

如今只要一种物品或许危及太阳系：其余恒星。

恒星只要在它们还是婴儿的时刻，才在大局部时期接近彼此。在它们的降生星团中，恒星经常会相对接近地擦肩而过（详细数量取决于降生星团的大小和密度）。有时，恒星擦身而过的距离十分近，以致于它们的引力会影响到每颗恒星周围的轨道。例如，一颗通过的恒星会破坏另一颗恒星行星构成星盘最外层的稳固。在某些状况下，一颗擦身而过的恒星甚至会偷走一颗轨道十分远的行星。

有一种模型以为，柯伊伯带中十分悠远的天体的轨道是在太阳系历史的早期构成的，过后有一颗恒星距离太阳只要几百到一千个天文单位的距离（不过，这是一个有争议的模型），像太阳这样的恒星，在降生星团中与其余恒星的最近距离普通都是这样。这次相遇甚至或许是太阳教训过的最近一次性相遇，至少从它降生到变成白矮星这段时期是这样。

一旦它们降生的星团流失，恒星普通都会彼此远离，这只是由于宇宙真的很大。思索到太阳左近恒星的密度以及它们的移动速度，咱们可以计算出一颗恒星在太阳必定距离内通过的典型时期。平均来说，每2千万年左右，太阳周围1万个天文单位内就会有一颗恒星通过；每十亿年，太阳周围 1000 个天文单位内就会有一颗恒星通过；每一千亿年，太阳周围 100 个天文单位内就会有一颗恒星通过。

让笔者来引见一下Jon Zink，Konstantin Batygin和Fred Adams在2020年启动的一项钻研，这项钻研增进了咱们对太阳系悠远未来的了解。他们对太阳系一万亿年的轨道演变启动了10次模拟，从如今开局，随着太阳变成红巨星，再变成白矮星，不时到悠远的未来。宇宙大爆炸只要 140 亿年的历史，因此Zink及其共事的模拟时期大概是目前宇宙年龄的 70 倍。每个模拟都代表了太阳系或许的未来。在这种状况下，未来的不同重要体如今接近太阳的恒星和行星的擦过上。

只要当一颗恒星在十分近的距离（最大行星轨道大小的三到五倍）内通过期，行星系统才会遭到剧烈的影响。海王星位于 30 个天文单位的位置，一颗恒星须要在大概 100 个天文单位的范畴内通过，能力对如今的太阳系发生剧烈影响。但是，海王星在白矮星太阳周围 55 个天文单位的位置，一颗恒星在大概 200 个天文单位的范畴内通过，就会对行星（如海王星）发生剧烈的影响。即使是在 500 个天文单位的范畴内飞过，也会给海王星带来显著的引力。

在Zink和他的共事的模拟中，大概 300 亿年内，有一颗恒星从几百个天文单位的范畴内通过，引发了不稳固静止。这种不稳固性比太阳系历史早期出现的不稳固要剧烈得多，由于它将包含木星和土星之间的引力散射。天体物理学家以为，相比于巨行星相对陡峭的轨道扩展，这个环节更像是巨型系内行星系统中经常出现的静止学不稳固现象（这经常会捣毁它们的岩石行星）。

这种静止不稳固性将把一切残余的行星抛射进来，只要一颗除外。行星之间的引力磕碰会给每颗行星（除了一颗）带来足够的轨道能量，从而被发射到星际空间，成为自在沉没的行星。在Zink的大少数模拟中，木星是最后一颗矗立不倒的行星，它将在一个与巨型系内行星相似的拉伸轨道上存活上去。

从此，太阳系将只由白矮星太阳和木星组成。这从某种角渡过去说是成立的，由于假设咱们用如今的技术去左近的类太阳恒星探测太阳系，木星依然是目前惟一能被探测到的太阳系行星。

一颗恒星的近距离穿梭

带走太阳的最后一颗行星

就像每根绳子都有一个断裂点一样，只需有另一颗恒星接近，任何行星都或许从恒星上剥离。

在这个阶段，木星这颗太阳系中最后一颗矗立不倒的行星，它将处于一个开阔且被拉伸的轨道上。

恒星的远距离飞越会微微将木星推向更远的中央，但实践上，近距离相遇的影响才是最重要的。Zink的模拟须要等候大概1000亿年，才会有一颗恒星在大概200个天文单位的范畴内飞过。这颗恒星为木星提供了所需的引力能量，让木星逃离白矮星太阳，再也不会回来。(在Zink的模拟中，最后一颗行星的弹射时期范畴从大概 400 亿年到 3000 多亿年不等）

因此，太阳系生命的最后阶段将会是这样的：

当一切都完结后，太阳原有的八颗行星中仍有五六颗完整无缺，只是不在围绕太阳运转的轨道上。这些行星将作为自在浮游行星或 "漂泊"行星生活上去（其余两三颗行星将在红巨星阶段被吞噬）。当然，这些行星并不孤独：随着许多其余恒星的行星隐没在星际空间，自在沉没行星的数量也会不时参与。

这标记着太阳系的终结：一切都完结了。宿愿你们青睐这几十亿年里它的故事。

翻译：刘海牧

校正：木川 王茸

审阅：牧夫校正组

美编：李鸣晨

后盾：胡永葳

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编辑：花卷