科學家如何預測太陽系還剩多久？

太陽系示意圖，包含太陽與各大行星

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科學家並不是用單一的倒數計時器來預測太陽系的未來。他們會問幾個彼此相關的問題：太陽還能穩定多久、當它變成紅巨星時會發生什麼事、地球能否存活，以及當太陽變成白矮星之後，剩下的行星是否還會繼續繞行。

第一個時鐘就是太陽本身。NASA（美國國家航空暨太空總署）把太陽形容成一顆 45 億歲的黃矮星，由核心的核融合供能。因為科學家掌握太陽的質量、亮度、組成與核融合物理，他們可以把太陽拿來跟恆星演化模型、以及處於不同生命階段的其他恆星互相比對。

這些模型指出，太陽的一生才剛過不到一半。NASA 的太陽資料頁指出，太陽大約還會再持續 50 億年，才會變成白矮星。ESA（歐洲太空總署）描述了一條類似的路徑，指出太陽會在大約 100 到 110 億歲時變成紅巨星，也就是距離現在大約 50 到 60 億年之後。

紅巨星階段是最戲劇性的部分。當太陽核心的氫逐漸耗盡，核心會收縮並升溫，外層則會向外膨脹。National Geographic（國家地理）解釋，太陽在接下來的 50 億年間，會從黃矮星逐漸膨脹成紅巨星，吞沒水星與金星。NASA 的系外行星指南指出，水星與金星預期會被吞沒，而地球的確切命運則比較不明朗。

即使地球僥倖沒有被吞沒，也不會保持宜居。一顆膨脹、老化的太陽，會把遠比現在更多的能量傾洩到內太陽系。NASA 的指南講得很直白：屆時地球不再適合居住，倖存的行星則要面對膨脹太陽帶來的強烈輻射。

之後，太陽並不會像超新星那樣爆炸。它的質量不夠大。NASA 的白矮星說明指出，類太陽的恆星會拋掉外層物質，留下一個行星狀星雲，最後以白矮星收場。在這個末期階段，太陽可能會流失掉大約一半的質量，因此倖存的外行星軌道可能會向外擴張，而不是瞬間消失。

這也是為什麼「太陽系的終點」到底是什麼，取決於你指的是哪一種。如果你指的是我們現在認識的太陽系——擁有穩定的太陽與熟悉的內行星——答案是大約 50 億年。如果你指的是任何殘餘的行星、小行星與冰質天體仍然繞著太陽的白矮星殘骸運行的狀態，那麼系統可以用一種更冷、樣貌改變的形式，繼續存在更久。

科學家也會用電腦模擬來測試各行星的軌道。太陽系在極長時間尺度上是混沌的，意思是今天極小的差異，會在數千萬或數億年之後放大成巨大的差異。Institute for Advanced Study（普林斯頓高等研究院）解釋，研究者會發動許多略有差異的模擬太陽系，研究的是統計結果，而不是唯一保證會發生的未來。

值得安心的是，目前的太陽系配置，在太陽走到晚年、開始變化之前，很可能都是穩定的。一組著名的 2,501 次模擬發現，其中大約 1% 的情況下，水星的軌道被拉長到足以與金星或太陽相撞。其中一個高離心率的案例走得更遠，讓內側岩石行星在距離現在大約 33.4 億年後失穩，並可能出現涉及水星、火星、金星與地球的碰撞。換句話說，這場行星之舞並非完全可預測，但主要威脅仍然來自太陽本身的老化。

參考資料

  1. Our Sun: Facts – NASA Science（我們的太陽：資料－NASA Science）
  2. Chapter 6: Aging Into Gianthood – NASA Science（第 6 章：老化成為巨星－NASA Science）
  3. The Sun’s future – European Space Agency（太陽的未來－歐洲太空總署）
  4. White Dwarfs – NASA Imagine the Universe（白矮星－NASA Imagine the Universe）
  5. Sun – National Geographic Education（太陽－國家地理教育）
  6. What Happens to the Planets When the Sun Becomes a Red Giant and White Dwarf? – National Radio Astronomy Observatory（當太陽變成紅巨星與白矮星時，行星會發生什麼事？－美國國家電波天文台）
  7. Is the Solar System Stable? – Institute for Advanced Study（太陽系穩定嗎？－普林斯頓高等研究院）
  8. Existence of collisional trajectories of Mercury, Mars and Venus with the Earth – PubMed（水星、火星與金星與地球發生碰撞軌跡的可能性－PubMed）

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