若流浪恒星闯入太阳系

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作者：贺柏翔

校对：牧夫天文校对组

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责任编辑：王启儒

在过去几十亿年中，太阳系渐渐演变为一种稳定而可预测的状态。太阳坐落在太阳系的中央，八大行星围绕其日夜周转，年复一年。但偶尔，一些事件可以破坏这样的稳定关系。

设想一下，一颗恒星离超大质量黑洞很近，并在黑洞的引力作用下被抛出原有系统。被“驱逐”的恒星会作为一颗流浪恒星（rogue star），在宇宙中游荡。我们进一步假设：如果一颗流浪恒星进入太阳系，又将会发生些什么事情呢？（虽然是小概率事件）。

位于船底座的海山二星（宇宙最亮的恒星之一），即是一颗流浪恒星

Image credit: NASA/ESA

近日，一篇发表在《皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）的论文对流浪恒星进入距离太阳100天文单位以内的情况进行了模拟，该研究由法国波尔多天体物理实验室与法国国家科学研究中心共同完成。

流浪恒星（又称星际恒星或超高速恒星）中的大多数离太阳系很远。如著名的流浪恒星仙后座王良二（Kappa cassiopeae），距离太阳系足足4000光年，意味着我们之间永远不会与之发生交集。

高速运行王良二引发的弓形激波

Image credit: NASA/JPL-Caltech

其他的报道，如范德比尔特大学（Vanderbilt University）的天文学家们在2012年共发现675颗流浪恒星，均系与银河系的超大质量黑洞纠缠后被抛出的。幸运的是，这些流浪恒星的轨道均远离太阳系。

研究人员解释说：从统计学出发，在空旷的宇宙中，流浪恒星影响其他恒星系系统的情况极为罕见。以银河系及附近空间为例，约1000亿年会发生一次（流浪恒星进入恒星系100天文单位内距离），尽管几率很低，但还是有发生的可能。

研究团队为此共进行了约12000次模拟，试图分析流浪恒星入侵太阳系造成的潜在结局。该模拟从多个角度进行考量，主要变量为流浪恒星的质量、移速与运行轨迹。

科学家推测流浪恒星HE0437-5439经银河系中心黑洞被抛出的路径

Image credit: NASA

结果可能出人意料，如果一颗恒星在距离太阳100天文单位的内经过，那么太阳系所有8颗行星都有很大的可能存活（概率＞95%）。同时，研究也认真分析行星的潜在毁灭情况，列举如下：

水星与太阳相撞(概率2.54%)。

火星与太阳相撞(概率1.21%)。

金星撞击另一颗行星(概率1.17%)。

天王星被抛出(概率1.06%)。

海王星被抛出(概率0.81%)。

水星撞击另一颗行星(概率0.80%)。

地球撞击另一个行星(概率0.48%)。

土星被抛出(概率0.32%)。

火星撞击另一颗行星(概率0.27%)。

地球与太阳相撞(概率0.24%)。

图像显示了研究的模拟结果。每个点代表一次模拟运行，点的颜色代表幸存行星的梳理。点的大小与流浪恒星的质量成正比。

Image credit：Raymond et al. 2023

水星最为“脆弱”，其与太阳相撞的概率最高。其他结果包括地球与金星相撞，冰巨星天王星和海王星的喷射，只有地球和木星幸存，或者只有木星幸存，甚则一次模拟中，八颗行星都被抛出太阳系，研究人员称之为“末日情景”。

尽管幸存概率超过95%，但这并非表明个体行星的生存环境不会受到流浪恒星的影响，其运行轨道通常会因流浪恒星的引力扰动而被打乱。在有些严重的情况中，行星甚至可以被引力牵引到奥尔特云（Oort Cloud），距离太阳约50000～100000个天文单位的不毛之地。奥尔特云的外边缘标志着太阳系结构的边缘，也即太阳引力影响的边缘。

2022年的明星彗星 C/2022E3 (ZTF) 发源自奥尔特云

Image credit：Rolando Ligustri

最后谈谈我们赖以生存的地球。研究人员提出了一系列潜在结局：包括月球撞击地球，地球与另一颗行星相撞，地球被放逐到奥尔特云，地球被流浪恒星捕获等等。

研究人员认为，除了不受扰动或轻微扰动的安全结局外，地球被流浪恒星捕获尚存一线生机，其他情况的长期存活则不被看好。当然，上述情形在统计学上的概率都极低。

『天文湿刻』 牧夫出品

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蛾眉相的土卫二

Image credit：Reddit

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