Vor 70.000 Jahren passierte ein Paar brauner Zwerge, die als Scholz-Stern bekannt sind und sich direkt an der Schwelle der Wasserstofffusion in ihren Kernen befinden, die Oort-Wolke des Sonnensystems. Im Gegensatz zu den Sternen in dieser Abbildung waren sie für das menschliche Auge nicht sichtbar.
Wir sind es gewohnt, unser Sonnensystem als einen stabilen, friedlichen Ort zu betrachten. Natürlich erfahren wir von Zeit zu Zeit, dass Planeten und andere Himmelskörper einen Kometen oder Asteroiden getreten haben, aber größtenteils bleibt alles konstant. Selbst ein seltener interstellarer Besucher birgt kein großes Risiko, zumindest nicht für die Integrität einer Welt wie unserer. Aber unser gesamtes Sonnensystem umkreist die Galaxie, was bedeutet, dass es Hunderte von Milliarden Chancen für eine enge Interaktion mit einem anderen Stern hat. Wie oft passiert das tatsächlich und was sind die möglichen Folgen davon? Unser Leser stellt eine Frage:
Die Möglichkeiten reichen von routinemäßigen Vorfällen, bei denen mehrere Objekte in der Oort-Wolke aus dem Weg gehen, bis hin zu katastrophalen Kollisionen mit einem Planeten oder dessen Auswurf aus dem System. Mal sehen, was tatsächlich passiert.
Eine Dichtekarte der Milchstraße und des umgebenden Himmels, die die Milchstraße, die großen und kleinen Magellanschen Wolken deutlich zeigt, und wenn Sie genau hinschauen, NGC 104 links von der kleinen Wolke, NGC 6205 direkt über und links vom galaktischen Kern und NGC 7078 direkt darunter. Insgesamt enthält die Milchstraße etwa 200 Milliarden Sterne.
Unsere beste Schätzung ist, dass die Milchstraße 200 bis 400 Milliarden Sterne enthält. Und obwohl Sterne in sehr unterschiedlichen Größen und Massen vorkommen, sind die meisten von ihnen (3 von 4) rote Zwerge: 8% bis 40% der Sonnenmasse. Die Größe dieser Sterne ist kleiner als die Sonne: durchschnittlich etwa 25% des Sonnendurchmessers. Wir kennen auch ungefähr die Größe der Milchstraße: Es ist eine Scheibe mit einer Dicke von etwa 2.000 Lichtjahren und einem Durchmesser von 100.000 Lichtjahren mit einer zentralen Ausbuchtung mit einem Radius von 5.000 bis 8.000 Lichtjahren.
Schließlich bewegt sich ein typischer Stern relativ zur Sonne mit einer Geschwindigkeit von 20 km / s: etwa 1/10 der Geschwindigkeit, mit der die Sonne (und alle Sterne) in der Milchstraße umkreist.
Obwohl sich die Sonne in der Ebene der Milchstraße in einer Entfernung von 25.000 bis 27.000 Lichtjahren vom Zentrum bewegt, sind die Richtungen der Umlaufbahnen der Planeten des Sonnensystems nicht mit der Ebene der Galaxie ausgerichtet.
Dies ist die Statistik für die Sterne in unserer Galaxie. Es gibt viele Details, Nuancen und Tricks, die wir ignorieren werden - wie die Änderung der Dichte, je nachdem, ob wir uns im Spiralarm befinden oder nicht; die Tatsache, dass sich mehr Sterne näher am Zentrum als näher am Rand befinden (und unsere Sonne auf halbem Weg zum Rand ist); die Neigung der Umlaufbahnen des Sonnensystems in Bezug auf die galaktische Scheibe; kleine Änderungen, abhängig davon, ob wir uns in der Mitte der galaktischen Ebene befinden oder nicht … Aber wir können sie ignorieren, da wir nur mit den oben genannten Größen berechnen können, wie oft die Sterne der Galaxie in einem bestimmten Abstand zu unserer Sonne kommen und daher Wie oft sind enge Begegnungen oder verschiedene Zusammenstöße zu erwarten?
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Die Entfernungen zwischen der Sonne und vielen der nahe gelegenen Sterne sind genau, aber jeder Stern - selbst der größte von ihnen - würde einen Durchmesser von weniger als einem Millionstel Pixel haben.
Wir berechnen diesen Wert sehr einfach - wir berechnen die Dichte der Sterne, den für uns interessanten Querschnitt (bestimmt davon, wie nahe der Stern unserem kommen soll) und die Geschwindigkeit, mit der sich die Sterne relativ zueinander bewegen, und multiplizieren dies alles mit Ermitteln Sie die Anzahl der Kollisionen pro Zeiteinheit. Diese Methode zur Zählung der Anzahl der Kollisionen eignet sich für alles von der Teilchenphysik bis zur Physik der kondensierten Materie (für Experten ist dies im Wesentlichen das Drude-Modell) und gilt ebenso für die Astrophysik. Wenn wir annehmen, dass es in der Milchstraße 200 Milliarden Sterne gibt, dass die Sterne gleichmäßig über die Scheibe verteilt sind (ohne die Ausbuchtung) und dass sich die Sterne mit einer Geschwindigkeit von 20 km / s relativ zueinander bewegen, erhalten wir durch Auftragen der Abhängigkeit der Anzahl der Wechselwirkungen von der Entfernung zur Sonne Folgendes:
Eine Grafik, die zeigt, wie oft die Sterne in der Milchstraße eine bestimmte Entfernung von der Sonne passieren. Der Graph ist auf beiden Achsen logarithmisch, die y-Achse ist der Abstand und die x-Achse - typische Erwartung dieses Ereignisses in Jahren.
Er sagt, dass man im Durchschnitt über die gesamte Geschichte des Universums erwarten kann, dass die nächste Entfernung, zu der sich ein anderer Stern der Sonne nähert, 500 AE beträgt oder etwa zehnmal weiter als die Entfernung von der Sonne zu Pluto. Er schlägt auch vor, dass einmal pro Milliarde Jahre ein Stern in einer Entfernung von 1500 AE nahe dem Rand des verstreuten Kuipergürtels auf uns zukommen dürfte. Und öfter, ungefähr alle 300.000 Jahre, wird ein Stern in einer Entfernung in der Größenordnung eines Lichtjahres von uns vorbeiziehen.
Die logarithmische Darstellung des Sonnensystems, die sich bis zu den nächsten Sternen erstreckt, zeigt, wie weit sich der Kuipergürtel und die Oort-Wolken erstrecken.
Dies ist definitiv gut für die Langzeitstabilität der Planeten in unserem Sonnensystem. Daraus folgt, dass in über 4,5 Milliarden Jahren unseres Sonnensystems die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Stern einem unserer Planeten in einer Entfernung nähert, die der Entfernung von der Sonne zu Pluto entspricht, etwa 1 zu 10.000 beträgt. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Stern der Sonne in einer Entfernung nähert, die der Entfernung von der Sonne zur Erde entspricht (was seine Umlaufbahn stark stören und zum Auswurf aus dem System führen würde), beträgt weniger als 1 zu 1.000.000.000. Dies bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit des Vorbeifahrens besteht Ein weiterer Stern aus der Galaxie, der uns ernsthafte Unannehmlichkeiten bereiten kann, ist furchtbar niedrig. Wir werden die Weltraumlotterie nicht verlieren - es ist sehr unwahrscheinlich, dass in absehbarer Zukunft etwas passieren wird, da noch nichts passiert ist.
Umlaufbahnen innerer und äußerer Planeten, die Keplers Gesetzen folgen. Die Chancen, dass der Stern in geringer Entfernung von uns und sogar in einer Entfernung vorbeikommt, die mit der Entfernung zu Pluto vergleichbar ist, sind äußerst gering.
Aber die Fälle des Durchgangs eines Sterns durch die Oort-Wolke (1,9 Lichtjahre von der Sonne entfernt), durch die die Umlaufbahnen einer großen Anzahl von Eiskörpern gestört wurden, hätten sich in dieser Zeit etwa 40.000 ansammeln müssen. Mit einem solchen Durchgang eines Sterns durch das Sonnensystem passieren viele interessante Dinge., da hier zwei Faktoren zusammenlaufen:
Oort-Wolkenobjekte sind sehr schwach mit dem Sonnensystem verbunden, so dass selbst ein sehr kleiner Gravitationsschub ihre Umlaufbahn erheblich verändern kann.
Sterne sind sehr massereich. Selbst wenn sich ein Stern in einer Entfernung von einem Objekt bewegt, die der Entfernung von ihm zur Sonne entspricht, kann er ihn so hart treten, dass sich seine Umlaufbahn ändert.
Daraus folgt, dass jedes Mal, wenn wir uns einem vorbeiziehenden Stern nähern, das Risiko steigt, dass wir beispielsweise einige Millionen Jahre später mit einem Objekt aus der Oort-Wolke kollidieren.
Der Kuipergürtel enthält die größte Anzahl von Objekten im Sonnensystem, aber die weiter entfernte Oort-Wolke enthält nicht nur mehr Objekte, sondern ist auch anfälliger für Störungen durch eine vorbeiziehende Masse wie einen anderen Stern. Alle Objekte des Kuipergürtels und der Oort-Wolke bewegen sich relativ zur Sonne mit extrem geringer Geschwindigkeit.
Mit anderen Worten, wir werden die Ergebnisse des Aufpralls eines vorbeiziehenden Sterns auf eisige kometenähnliche Körper, die möglicherweise in das Sonnensystem fallen, erst sehen, wenn ungefähr 20 aufeinanderfolgende Sterne nahe genug an unseren vorbeigekommen sind! Dies ist ein Problem, da das letzte Sternensystem, Scholz 'Stern (der vor 70.000 Jahren vergangen ist), bereits 20 Lichtjahre entfernt ist. Aus dieser Analyse kann jedoch eine optimistische Schlussfolgerung gezogen werden: Je besser unsere Karte der Sterne und ihrer Bewegungen, die 500 Lichtjahre von uns entfernt ist, desto besser können wir vorhersagen, wo und wann die unkontrollierten Objekte der Oort-Wolke erscheinen werden. Und wenn wir uns Sorgen machen, den Planeten vor Objekten zu schützen, die durch vorbeiziehende Sterne in unser System geworfen werden, dann ist der Erwerb dieses Wissens der naheliegende nächste Schritt.
WISEPC J045853.90 + 643451.9, der grüne Punkt ist der erste ultrakalte braune Zwerg, der vom Wide-Field Infrared Survey Explorer oder WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) entdeckt wurde. Dieser Stern befindet sich 20 Lichtjahre von uns entfernt. Um den gesamten Himmel zu studieren und alle Sterne zu finden, die in der Nähe der Sonne vorbeiziehen und Stürme in die Oort-Wolke bringen könnten, werden 500 Lichtjahre betrachtet.
Dazu müssen Weitwinkelteleskope gebaut werden, mit denen schwache Sterne aus großer Entfernung gesehen werden können. Die WISE-Mission wurde zum Prototyp einer solchen Technik, aber die Entfernung, in der sie die schwächsten Sterne, dh die Sterne des häufigsten Typs, sehen kann, ist durch ihre Größe und Beobachtungszeit stark begrenzt. Ein Infrarot-Weltraumteleskop, das den gesamten Himmel beobachtet, könnte unsere Umgebung markieren und uns mitteilen, was zu uns kommen kann, wie lange es dauert, aus welchen Richtungen und welche Sterne Störungen unter den Objekten der Oort-Wolke verursacht haben. Gravitationswechselwirkungen treten trotz der großen Entfernungen zwischen den Sternen im Weltraum ständig auf; Die Oort-Wolke ist riesig und wir haben eine sehr lange Zeit, bis Objekte von dort an uns vorbei fliegen und uns irgendwie beeinflussen. Alles wird lange genug passierenwas du dir vorstellen kannst.
Alexander Kolesnik
