Enligt moderna koncept började bildandet av solsystemet för cirka 4,6 miljarder år sedan med gravitationskollapsen av en liten del av ett gigantiskt interstellärt molekylärt moln . Det mesta hamnade i kollapsens gravitationscentrum, följt av bildandet av en stjärna - Solen. Ämnet som inte föll in i mitten bildade en protoplanetarisk skiva som roterade runt den , från vilken planeterna , deras satelliter , asteroider och andra små kroppar i solsystemet sedan bildades .
Gas- och stoftmolnet, i vilket solen och stjärnorna närmast den bildades, uppstod troligen som ett resultat av explosionen av en supernova med en massa på cirka 30 solmassor, varefter tunga och radioaktiva grundämnen kom in i rymden . 2012 föreslog astronomer att denna supernova skulle döpas till Coatlicue efter den aztekiska gudinnan [1] .
Hypotesen om bildandet av solsystemet från ett gas- och stoftmoln - nebuloshypotesen - föreslogs ursprungligen på 1700-talet av Emmanuel Swedenborg , Immanuel Kant och Pierre-Simon Laplace . I framtiden ägde dess utveckling rum med deltagande av många vetenskapliga discipliner, inklusive astronomi , fysik , geologi och planetologi . Med tillkomsten av rymdåldern på 1950-talet, samt upptäckten av planeter utanför solsystemet ( exoplaneter ) på 1990-talet, har denna modell genomgått flera tester och förbättringar för att förklara nya data och observationer.
Enligt den för närvarande accepterade hypotesen började bildandet av solsystemet för cirka 4,6 miljarder år sedan med gravitationskollapsen av en liten del av ett gigantiskt interstellärt gas- och stoftmoln . I allmänna termer kan denna process beskrivas enligt följande:
Förr trodde man att alla planeter bildades ungefär i de banor där de är nu, men i slutet av 1900-talet och början av 2000-talet förändrades denna synvinkel radikalt. Man tror nu att vid gryningen av dess existens såg solsystemet helt annorlunda ut än vad det ser ut nu [2] . Enligt moderna begrepp var det yttre solsystemet mycket mer kompakt i storlek än det är nu, Kuiperbältet låg mycket närmare solen, och i det inre solsystemet, förutom de himlakroppar som har överlevt till denna dag, det fanns andra föremål som inte var mindre i storlek än Merkurius .
I slutet av planetepoken var det inre solsystemet bebott av 50–100 protoplaneter som sträckte sig i storlek från mån till mars [3] [4] . Ytterligare tillväxt i himlakropparnas storlek berodde på kollisioner och sammanslagning av dessa protoplaneter med varandra. Så, till exempel, som ett resultat av en av kollisionerna, förlorade Merkurius större delen av sin mantel [5] , medan som ett resultat av en annan, den sk. jättekollision (möjligen med den hypotetiska planeten Theia ), jordens satellit Måne föddes . Denna fas av kollisioner fortsatte i cirka 100 miljoner år tills de 4 massiva himlakroppar som är kända idag lämnades i omloppsbana [6] . Det finns också en hypotes om mycket kortare bildningsperioder för de terrestra planeterna [7] .
Ett av de olösta problemen med denna modell är det faktum att den inte kan förklara hur de initiala banorna för protoplanetära objekt, som var tvungna att ha en hög excentricitet för att kollidera med varandra, som ett resultat skulle kunna ge upphov till stabila och nära cirkulära banor för de återstående fyra planeterna [3] . Enligt en av hypoteserna bildades dessa planeter vid en tidpunkt då det interplanetära rymden fortfarande innehöll en betydande mängd gas- och dammmaterial, vilket på grund av friktion minskade planeternas energi och gjorde deras banor jämnare [4] . Men samma gas borde ha förhindrat förekomsten av en stor förlängning i protoplaneternas initiala banor [6] .
En annan hypotes antyder att korrigeringen av banorna för de inre planeterna inte skedde på grund av interaktion med gas, utan på grund av interaktion med de återstående mindre kropparna i systemet. När stora kroppar passerade genom ett moln av små föremål, drogs de senare, på grund av gravitationspåverkan, in i regioner med högre densitet och skapade sålunda "gravitationsryggar" längs de stora planeternas väg. Den ökande gravitationspåverkan från dessa "ryggar", enligt denna hypotes, fick planeterna att sakta ner och gå in i en mer rundad bana [8] .
Den yttre gränsen för det inre solsystemet ligger mellan 2 och 4 AU. e. från solen och representerar asteroidbältet . Hypoteser om existensen av en planet mellan Mars och Jupiter (till exempel den hypotetiska planeten Phaeton ) lades fram, men bekräftades till slut inte , som i de tidiga stadierna av bildandet av solsystemet kollapsade så att asteroiderna som bildade bältet blev dess fragment. Enligt moderna åsikter fanns det ingen enskild protoplanet - källan till asteroider. Till en början innehöll asteroidbältet tillräckligt med materia för att bilda 2–3 planeter i jordstorlek. Detta område innehöll ett stort antal planetesimaler , som höll ihop och bildade allt större föremål. Som ett resultat av dessa sammanslagningar bildades omkring 20–30 protoplaneter med storlekar från mån till mars i asteroidbältet [9] . Men från den tid då planeten Jupiter bildades i relativ närhet till bältet , tog utvecklingen av denna region en annan väg [3] . Kraftfulla orbitala resonanser med Jupiter och Saturnus, såväl som gravitationsinteraktioner med mer massiva protoplaneter i detta område, förstörde redan bildade planetesimaler. När planetesimalerna kom in i resonansområdet när de passerade i närheten av en gigantisk planet fick planetesimalerna ytterligare acceleration, kraschade in i närliggande himlakroppar och krossades, istället för att smälta samman [10] .
När Jupiter migrerade till mitten av systemet , blev de resulterande störningarna mer och mer uttalade [11] . Som ett resultat av dessa resonanser ändrade planetesimalerna excentriciteten och lutningen i sina banor och kastades till och med ut ur asteroidbältet [9] [12] . Vissa av de massiva protoplaneterna kastades också ut ur asteroidbältet av Jupiter, medan andra protoplaneter troligen migrerade in i det inre solsystemet, där de spelade den sista rollen i att öka massan av de få kvarvarande jordlevande planeterna [9] [13] [ 14] . Under denna period av utarmning gjorde inflytandet från de jättelika planeterna och de massiva protoplaneterna att asteroidbältet "tunnades" till endast 1 % av jordens massa, vilket huvudsakligen var små planetesimaler [12] . Detta värde är dock 10–20 gånger större än det nuvarande värdet av massan av asteroidbältet, som nu är 1/2000 av jordens massa [15] . Man tror att den andra utarmningsperioden, som förde asteroidbältets massa till dess nuvarande värden, började när Jupiter och Saturnus gick in i en 2:1 orbital resonans .
Det är troligt att perioden med jättekollisioner i det inre solsystemets historia spelade en viktig roll för att få jordens vattenförsörjning (~6⋅10 21 kg). Faktum är att vatten är ett alltför flyktigt ämne för att förekomma naturligt under bildningen av jorden. Troligtvis fördes den till jorden från de yttre, kallare delarna av solsystemet [16] . Kanske var det protoplaneterna och planetesimalerna som kastades ut av Jupiter utanför asteroidbältet som förde vatten till jorden [13] . Andra kandidater för rollen som de huvudsakliga leverantörerna av vatten är också kometerna i det huvudsakliga asteroidbältet, som upptäcktes 2006 [16] [17] , medan kometer från Kuiperbältet och från andra avlägsna regioner förmodligen inte förde mer än 6 % av vatten till jorden [18] [19] .
Enligt nebuloshypotesen är de två yttre planeterna i solsystemet på "fel" plats. Uranus och Neptunus , solsystemets "isjättar", är belägna i en region där den minskade tätheten av nebulosans material och långa omloppsperioder gjorde bildandet av sådana planeter till en mycket osannolik händelse. Man tror att dessa två planeter ursprungligen bildades i omloppsbanor nära Jupiter och Saturnus, där det fanns mycket mer byggnadsmaterial, och först efter hundratals miljoner år migrerade till sina moderna positioner [20] .
Planetarisk migration kan förklara existensen och egenskaperna hos solsystemets yttre regioner [21] . Bortom Neptunus innehåller solsystemet Kuiperbältet , den spridda skivan och Oorts moln , som är öppna hopar av små isiga kroppar som ger upphov till de flesta av de kometer som observeras i solsystemet [22] . Kuiperbältet ligger för närvarande på ett avstånd av 30–55 AU. e. från solen börjar den spridda skivan vid 100 AU. e. från solen, och Oorts moln är 50 000 a.u. e. från den centrala armaturen. Men tidigare var Kuiperbältet mycket tätare och närmare solen. Dess yttre kant var ungefär 30 AU. e. från solen, medan dess inre kant var belägen direkt bakom banorna för Uranus och Neptunus, som i sin tur också var närmare solen (cirka 15–20 AU) och dessutom var Uranus längre från solen än Neptunus [21] .
Efter bildandet av solsystemet fortsatte banorna för alla gigantiska planeter att långsamt förändras under påverkan av interaktioner med ett stort antal återstående planetesimaler. Efter 500-600 miljoner år (för 4 miljarder år sedan) gick Jupiter och Saturnus in i en 2:1 orbital resonans; Saturnus gjorde ett varv runt solen på exakt den tid som Jupiter gjorde 2 varv [21] . Denna resonans skapade ett gravitationstryck på de yttre planeterna, vilket fick Neptunus att fly Uranus omloppsbana och krascha in i det antika Kuiperbältet. Av samma anledning började planeterna kasta de isiga planetesimalerna som omger dem in i det inre av solsystemet, medan de själva började röra sig utåt. Denna process fortsatte på ett liknande sätt: under påverkan av resonans kastades planetesimaler in i systemets inre av varje efterföljande planet som de mötte på sin väg, och planeternas banor flyttade sig längre bort [21] . Denna process fortsatte tills planetesimalerna kom in i Jupiters direkta inflytandezon, varefter denna planets enorma gravitation skickade dem in i mycket elliptiska banor eller till och med kastade ut dem ur solsystemet. Detta arbete i sin tur flyttade Jupiters bana inåt något [~ 1] . Objekt som kastades ut av Jupiter i högt elliptiska banor bildade Oorts moln, och kroppar som kastades ut genom att migrera Neptunus bildade det moderna Kuiperbältet och den spridda skivan [21] . Detta scenario förklarar varför den spridda skivan och Kuiperbältet har en låg massa. Några av de utstötta föremålen, inklusive Pluto, kom så småningom in i gravitationsresonans med Neptunus omloppsbana [23] . Gradvis friktion med den spridda skivan gjorde Neptunus och Uranus banor jämna igen [21] [24] .
Det finns också en hypotes om den femte gasjätten , som genomgick en radikal migration och trängdes ut under bildandet av solsystemets moderna utseende till dess avlägsna utkanter (som blev den hypotetiska planeten Tyukhe eller en annan " Planet X ") eller även bortom det (att bli en föräldralös planet ). Enligt modellen av astronomen David Nesvorny från Southwestern Research Institute i Boulder (Colorado, USA), för 4 miljarder år sedan, knuffade den femte jätteplaneten, genom sin gravitationskraft, Neptunus ut ur sin dåvarande omloppsbana nära Jupiter och Saturnus, till en ny plats i själva periferin av solsystemet, bortom Uranus. Under denna Neptunus-odyssé kastades mindre planeter ut ur sina banor av gravitationskrafter, som sedan utgjorde kärnan i det nuvarande Kuiperbältet . Den femte jätteplaneten själv, enligt Nesvorna-modellen, kastades ut från solsystemet för alltid [25] .
Hypotesen om närvaron av en massiv planet bortom Neptunus omloppsbana lades fram av Konstantin Batygin och Michael Brown den 20 januari 2016, baserat på en analys av banorna för sex trans-neptuniska objekt . Dess uppskattade massa, som användes i beräkningarna, var ungefär 10 jordmassor, och rotationen runt solen tog förmodligen från 10 000 till 20 000 jordår [2] .
I början av mars 2016 föreslog en grupp forskare från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics och University of Michigan , baserat på Monte Carlo-simuleringar , att om Jupiter kastade planet nio in i en långsträckt bana i ganska tidiga stadier av planetarisk migration, då 4,5 miljarder år av existens och Under utvecklingen av solsystemet fanns det en 10-15 % sannolikhet att den nionde planeten skulle flyga ut ur solsystemet när den passerade en annan stjärna på nära avstånd från solen. Detta betyder att i planetsystemets hela historia närmade sig den nionde planeten inte tillräckligt nära massiva föremål [26] .
Man tror att, till skillnad från de yttre planeterna, de inre kropparna i systemet inte genomgick några betydande migrationer, eftersom deras banor efter en period av jättekollisioner förblev stabila [6] .
Gravitationsupplösningen av det gamla asteroidbältet startade troligen den kraftiga bombardementsperioden för cirka 4 miljarder år sedan, 500-600 miljoner år efter bildandet av solsystemet. Denna period varade flera hundra miljoner år, och dess konsekvenser är fortfarande synliga på ytan av geologiskt inaktiva kroppar i solsystemet, som Månen eller Merkurius, i form av många nedslagskratrar. Och de äldsta bevisen på liv på jorden går tillbaka till 3,8 miljarder år sedan, nästan omedelbart efter slutet av den sena tunga bombardementsperioden.
Jättekollisioner är en normal (om än sällsynt på sistone) del av solsystemets utveckling. Bevis på detta är kometens Shoemaker-Levys kollision med Jupiter 1994, fallet av en himlakropp på Jupiter 2009 och en meteoritkrater i Arizona. Detta tyder på att ackretionsprocessen i solsystemet ännu inte är avslutad och därför utgör en fara för livet på jorden.
Naturliga satelliter bildades runt de flesta av planeterna i solsystemet, såväl som många andra kroppar. Det finns tre huvudmekanismer för deras bildande:
Jupiter och Saturnus har många satelliter, som Io , Europa , Ganymedes och Titan , som troligen har bildats av skivor runt dessa jätteplaneter på samma sätt som dessa planeter själva bildades av en skiva runt den unga solen. Detta indikeras av deras stora storlek och närhet till planeten. Dessa egenskaper är omöjliga för satelliter som förvärvats genom fångst, och planeternas gasformiga struktur omöjliggör hypotesen om bildandet av månar genom kollision av en planet med en annan kropp.
Astronomer uppskattar att solsystemet inte kommer att genomgå extrema förändringar förrän solen tar slut på vätebränsle. Denna milstolpe kommer att markera början av solens övergång från huvudsekvensen i Hertzsprung-Russell-diagrammet till den röda jättefasen . Men även i fasen av huvudsekvensen av en stjärna fortsätter solsystemet att utvecklas.
Solsystemet är ett kaotiskt system [27] där planeternas banor är oförutsägbara under en mycket lång tidsperiod. Ett exempel på denna oförutsägbarhet är Neptunus - Pluto- systemet , som är i en 3:2 orbital resonans . Trots att resonansen i sig kommer att förbli stabil är det omöjligt att med någon approximation förutsäga Plutos position i dess omloppsbana under mer än 10–20 miljoner år ( Lyapunov-tid ) [28] . Ett annat exempel är lutningen av jordens rotationsaxel , som på grund av friktion i jordens mantel orsakad av tidvatteninteraktioner med månen inte kan beräknas från någon punkt mellan 1,5 och 4,5 miljarder år i framtiden [29] .
De yttre planeternas banor är kaotiska på stora tidsskalor: deras Lyapunov-tid är 2–230 miljoner år [30] . Detta betyder inte bara att planetens position i omloppsbana från denna punkt i framtiden inte kan bestämmas med någon approximation, utan själva banorna kan förändras på extrema sätt. Systemets kaos kan yttra sig starkast i en förändring av banans excentricitet , där planeternas banor blir mer eller mindre elliptiska [31] .
Solsystemet är stabilt i den meningen att ingen planet kan kollidera med en annan eller kastas ut ur systemet under de närmaste miljarderna åren [30] . Men bortom denna tidsram, till exempel, inom 5 miljarder år, kan excentriciteten hos Mars omloppsbana växa till ett värde av 0,2, vilket kommer att leda till skärningspunkten mellan Mars och jordens banor, och därmed till en verklig hot om en kollision. Under samma tidsperiod kan excentriciteten i Merkurius bana öka ännu mer, och därefter kan en nära passage nära Venus kasta ut Merkurius ur solsystemet [27] , eller sätta den på kollisionskurs med Venus själv eller med jorden [ 32] .
Utvecklingen av månsystem av planeter bestäms av tidvatteninteraktioner mellan systemets kroppar. På grund av skillnaden i gravitationskraften som verkar på planeten från sidan av satelliten, i dess olika regioner (mer avlägsna regioner attraheras svagare, medan närmare är starkare), förändras planetens form - det verkar vara något sträckt i satellitens riktning. Om riktningen för satellitens rotation runt planeten sammanfaller med planetens rotationsriktning, och samtidigt roterar planeten snabbare än satelliten, så kommer denna "tidvattenkulle" av planeten hela tiden att "springa iväg" framåt i förhållande till till satelliten. I denna situation kommer vinkelmomentet för planetens rotation att överföras till satelliten. Detta kommer att leda till att satelliten kommer att ta emot energi och gradvis röra sig bort från planeten, medan planeten kommer att förlora energi och rotera allt långsammare.
Jorden och månen är ett exempel på en sådan konfiguration. Månens rotation är tidvattenfixerad med avseende på jorden: perioden för månens rotation runt jorden (för närvarande cirka 29 dagar) sammanfaller med perioden för månens rotation runt sin axel, och därför vänds månen alltid till Jorden vid samma sida. Månen rör sig gradvis bort från jorden, medan jordens rotation gradvis saktar ner. Om 50 miljarder år, om de överlever solens expansion, kommer jorden och månen att bli tidvattenlåsta till varandra. De kommer att gå in i den så kallade spin-omloppsresonansen, där månen kommer att kretsa runt jorden på 47 dagar, rotationsperioden för båda kropparna runt sin axel kommer att vara densamma och var och en av himlakropparna kommer alltid att vara synliga endast från ena sidan för sin partner [33] [34] .
Andra exempel på denna konfiguration är systemen för Jupiters galileiska satelliter [35] , såväl som de flesta av Saturnus stora satelliter [36] .
Ett annat scenario väntar system där satelliten rör sig runt planeten snabbare än den roterar runt sig själv, eller där satelliten rör sig i motsatt riktning av planetens rotation. I sådana fall släpar planetens tidvattendeformation ständigt efter satellitens position. Detta vänder riktningen för överföring av rörelsemängd mellan kroppar, vilket i sin tur kommer att leda till en acceleration av planetens rotation och en minskning av satellitens omloppsbana. Med tiden kommer satelliten att spiralera mot planeten tills den någon gång antingen faller till ytan eller in i planetens atmosfär, eller slits isär av tidvattenkrafter, vilket ger upphov till en planetarisk ring . Ett sådant öde väntar Mars Phobos satellit (om 30-50 miljoner år) [37] , satelliten Neptunus Triton (om 3,6 miljarder år) [38] , Jupiters Metis och Adrastea [39] , och åtminstone 16 små månar av Uranus och Neptunus. Uranus satellit Desdemona kan till och med kollidera med en närliggande måne [40] .
Och slutligen, i den tredje typen av konfiguration, är planeten och satelliten tidvattenfixerade i förhållande till varandra. I det här fallet är "tidvattenkullen" alltid placerad exakt under satelliten, det finns ingen överföring av vinkelmoment, och som ett resultat ändras inte omloppsperioden. Ett exempel på en sådan konfiguration är Pluto och Charon [41] .
Före Cassini-Huygens- expeditionen 2004 trodde man att Saturnus ringar var mycket yngre än solsystemet, och att de inte skulle hålla i mer än 300 miljoner år. Det antogs att gravitationsinteraktioner med Saturnus månar gradvis skulle flytta ytterkanten av ringarna närmare planeten, medan Saturnus gravitation och bombarderande meteoriter skulle avsluta jobbet, och helt rensa utrymmet runt Saturnus [42] . Data från Cassini-uppdraget tvingade dock forskare att ompröva denna synvinkel. Observationer har registrerat isblock av material upp till 10 km i diameter, som är i en ständig process av krossning och reformering, vilket ständigt förnyar ringarna. Dessa ringar är mycket mer massiva än de hos andra gasjättar. Det är denna stora massa som tros ha bevarat ringarna i 4,5 miljarder år sedan Saturnus bildades, och som sannolikt kommer att behålla dem under de kommande miljarderna åren [43] .
I en avlägsen framtid kommer de största förändringarna i solsystemet att vara förknippade med en förändring i solens tillstånd på grund av dess åldrande. När solen förbränner sina reserver av vätebränsle kommer den att bli varmare och som ett resultat kommer den att förbruka vätereserverna allt snabbare. Som ett resultat ökar solens ljusstyrka med 10 % vart 1,1 miljarder år [44] . Efter 1 miljard år, på grund av en ökning av solstrålningen, kommer solsystemets cirkumstellära beboeliga zon att förskjutas bortom gränserna för den moderna jordens omloppsbana. Jordens yta kommer gradvis att värmas upp så mycket att närvaron av vatten i flytande tillstånd blir omöjlig på den. Avdunstning av haven kommer att skapa en växthuseffekt , vilket kommer att leda till en ännu mer intensiv uppvärmning av jorden. I detta skede av jordens existens kommer existensen av liv på jordens yta att bli omöjlig [45] [46] . Det verkar dock troligt att under denna period kommer yttemperaturen på Mars gradvis att öka . Vatten och koldioxid fruset i planetens tarmar kommer att börja släppas ut i atmosfären, och detta kommer att leda till skapandet av en växthuseffekt, vilket ytterligare ökar hastigheten för uppvärmning av ytan. Som ett resultat kommer Mars-atmosfären att nå förhållanden som liknar jordens, och därmed kan Mars mycket väl bli en potentiell tillflyktsort för liv i framtiden [47] .
Om cirka 3,5 miljarder år från nu kommer förhållandena på jordens yta att likna de på planeten Venus idag : haven kommer till stor del att förångas, och allt liv kommer gradvis att dö ut [44] .
Om cirka 7,7 miljarder år kommer solens kärna att bli så varm att den kommer att starta processen att bränna väte i det omgivande skalet [45] . Detta kommer att medföra en kraftig expansion av stjärnans yttre skikt, och därmed kommer solen att gå in i en ny fas av sin utveckling och förvandlas till en röd jätte [48] . I denna fas kommer solens radie att vara 1,2 AU. e., vilket är 256 gånger dess nuvarande radie. En multipel ökning av stjärnans yta kommer att leda till en minskning av yttemperaturen (cirka 2600 K) och en ökning av ljusstyrkan (2700 gånger det nuvarande värdet). Ytmassorna av gaser kommer att försvinna ganska snabbt på grund av solvindens inverkan, vilket resulterar i att cirka 33 % av dess massa kommer att föras bort i det omgivande rummet [45] [49] . Det är troligt att under denna period kommer Saturnus måne Titan att nå förhållanden som är acceptabla för livsuppehållande [50] [51] .
När den expanderar kommer solen att helt uppsluka planeterna Merkurius och troligen Venus [52] . Jordens öde är för närvarande inte väl förstått. Trots det faktum att solens radie kommer att omfatta den moderna jordens omloppsbana, kommer stjärnans massaförlust och, som ett resultat, en minskning av attraktionskraften att leda till att planetbanor förflyttas till större avstånd [45] . Det är möjligt att detta kommer att tillåta jorden och Venus att flytta till en högre omloppsbana, vilket undviker absorption av moderstjärnan [49] , dock visar studier 2008 att jorden med största sannolikhet fortfarande kommer att absorberas av solen på grund av tidvatteninteraktioner med sitt yttre skal [45] .
Den gradvisa förbränningen av väte i områdena runt solkärnan kommer att leda till en ökning av dess massa tills den når ett värde på 45 % av stjärnans massa. Vid denna tidpunkt kommer dess densitet och temperatur att bli så hög att en heliumblixt kommer att inträffa och processen med termonukleär fusion av helium till kol kommer att börja . Under denna fas kommer solen att minska i storlek från de tidigare 250 till 11 radierna. Dess ljusstyrka kommer att sjunka från 3000 till 54 gånger nivån på den moderna solen, och yttemperaturen kommer att öka till 4770 K. Helium-till-kol-fusionsfasen kommer att ha en stabil karaktär, men kommer att vara bara cirka 100 miljoner år. Gradvis, som i väteförbränningsfasen, kommer heliumreserver från regionerna som omger kärnan att fångas i reaktionen, vilket kommer att leda till att stjärnan expanderar på nytt, och den kommer igen att bli en röd jätte. Denna fas kommer att överföra solen till den asymptotiska jättegrenen av Hertzsprung-Russell-diagrammet . I detta skede kommer solens ljusstyrka att öka med en faktor 2090 jämfört med den nuvarande, och yttemperaturen kommer att sjunka till 3500 K [45] . Denna fas av solens existens kommer att pågå i cirka 30 miljoner år. I framtiden kommer solvinden (spridning av partiklar från stjärnskalet) att börja öka, och de återstående yttre lagren av solen kommer att kastas ut i yttre rymden i form av kraftfulla strålar av stjärnmateria. Det utstötade materialet bildar en halo som kallas en planetarisk nebulosa , som kommer att bestå av förbränningsprodukterna från de sista faserna - helium och kol. Denna materia kommer att delta i berikningen av det interstellära rymden med tunga element som är nödvändiga för bildandet av kosmiska kroppar av nästa generationer [53] .
Processen att kasta ut de yttre lagren av solen är ett relativt tyst fenomen jämfört med till exempel en supernovaexplosion . Det representerar en betydande ökning av solvindens styrka, inte tillräckligt för att förstöra närliggande planeter. Men en stjärnas massiva förlust av massa kommer att få planeterna att flytta ut ur sina banor, vilket gör att solsystemet hamnar i kaos. Vissa av planeterna kan kollidera med varandra, vissa kan lämna solsystemet, vissa kan stanna kvar på avstånd [54] . Om cirka 75 000 år kommer bara en liten central kärna att finnas kvar av en röd jätte - en vit dvärg , ett litet men mycket tätt rymdobjekt. Resten av massan kommer att vara cirka 50 % av vad solen har idag, och dess densitet kommer att nå två miljoner ton per kubikcentimeter [55] . Storleken på denna stjärna kommer att vara jämförbar med storleken på jorden. Inledningsvis kan denna vita dvärg ha en ljusstyrka på 100 gånger solens moderna ljusstyrka. Det kommer att bestå helt av degenererat kol och syre , men kommer aldrig att kunna nå temperaturer som är tillräckliga för att påbörja syntesen av dessa grundämnen. Således kommer den vita dvärgsolen gradvis att svalna och bli svagare och kallare [56] .
När solen dör kommer dess gravitationsinflytande på de kroppar som cirkulerar runt (planeter, kometer, asteroider) att försvagas på grund av att stjärnan tappar massa. Under denna period kommer den slutliga konfigurationen av objekten i solsystemet att nås. Banorna för alla överlevande planeter kommer att flyttas till större avstånd: Merkurius kommer att upphöra att existera [57] , om Venus, Jorden och Mars fortfarande existerar, kommer deras banor att ligga ungefär 1,4 AU. e. ( 210 000 000 km ), 1,9 a. e. ( 280 000 000 km ) och 2,8 a. e. ( 420 000 000 km ). Dessa och alla återstående planeter kommer att vara kalla, mörka världar utan någon form av liv [49] . De kommer att fortsätta att kretsa kring sin döda stjärna, och deras hastighet kommer att försvagas avsevärt på grund av det ökade avståndet från solen och minskningen av gravitationskraften. 2 miljarder år senare, när solen svalnar till 6000-8000 K, kommer kol och syre i solens kärna att stelna, 90% av kärnans massa kommer att anta en kristallin struktur [58] . I slutändan, efter många fler miljarder år som vit dvärg, kommer solen helt att sluta sända ut synligt ljus, radiovågor och infraröd strålning till det omgivande rymden och förvandlas till en svart dvärg [59] . Hela solens historia från dess födelse till död kommer att ta ungefär 12,4 miljarder år [55] .
Solsystemet rör sig genom Vintergatans galax i en cirkulär bana på ett avstånd av cirka 30 000 ljusår från det galaktiska centrumet med en hastighet av 220 km/s. Rotationsperioden runt galaxens centrum, det så kallade galaktiska året , är cirka 220-250 miljoner år för solsystemet. Sedan början av dess bildande har solsystemet gjort minst 20 varv runt galaxens centrum [60] .
Många forskare tror att solsystemets passage genom galaxen påverkar frekvensen av massutrotningar av djurvärlden i det förflutna. Enligt en av hypoteserna förändrar solens vertikala svängningar i sin omloppsbana runt det galaktiska centrumet, vilket leder till den regelbundna korsningen av det galaktiska planet av solen, kraften hos inverkan av de galaktiska tidvattenkrafterna på solsystemet. När solen är utanför den galaktiska skivan är inverkan av galaktiska tidvattenkrafter mindre; när den återvänder till den galaktiska skivan - och detta händer var 20-25 miljoner år - faller den under inflytande av mycket kraftfullare tidvattenkrafter. Detta, enligt matematiska modeller, ökar frekvensen av kometer som anländer från Oorts moln till solsystemet med fyra storleksordningar och ökar därför avsevärt sannolikheten för globala katastrofer som ett resultat av att kometer faller till jorden [61] .
Men många ifrågasätter denna hypotes och hävdar att solen redan är nära det galaktiska planet, men den senaste massutrotningen var för 15 miljoner år sedan. Därför kan solsystemets vertikala position i förhållande till det galaktiska planet inte i sig förklara periodiciteten av massutdöenden på jorden, men det har föreslagits att dessa utdöenden kan vara associerade med solens passage genom galaxens spiralarmar . Spiralarmar innehåller inte bara stora kluster av molekylära moln , vars gravitation kan deformera Oorts moln, utan också ett stort antal ljusblå jättar , som lever under en relativt kort tid, och dör, exploderar i supernovor , farliga för allt liv i närheten [ 62] .
Trots det faktum att de allra flesta galaxer i universum rör sig bort från Vintergatan, närmar sig Andromedagalaxen , som är den största galaxen i den lokala gruppen , tvärtom den med en hastighet av 120 km/s [ 63] . Om 2 miljarder år kommer Vintergatan och Andromeda att kollidera, och som ett resultat av denna kollision deformeras båda galaxerna. De yttre spiralarmarna kollapsar, men "tidvattensvansar" bildas, orsakade av tidvatteninteraktion mellan galaxer. Sannolikheten för att solsystemet som ett resultat av denna händelse kommer att kastas ut från Vintergatan in i svansen är 12 %, och sannolikheten för att Andromeda ska fånga solsystemet är 3 % [63] . Efter en serie tangentiella kollisioner, vilket ökar sannolikheten för utstötning av solsystemet från Vintergatan upp till 30 % [64] , kommer deras centrala svarta hål att smälta samman till ett. Efter 7 miljarder år kommer Vintergatan och Andromeda att slutföra sin sammanslagning och förvandlas till en gigantisk elliptisk galax . Under sammanslagning av galaxer, på grund av den ökade gravitationskraften, kommer den interstellära gasen att attraheras intensivt till galaxens centrum. Om det finns tillräckligt med denna gas kan det leda till den så kallade explosionen av stjärnbildning i den nya galaxen [63] . Gasen som faller in i mitten av galaxen kommer aktivt att mata det nybildade svarta hålet och förvandla det till en aktiv galaktisk kärna . Under denna epok är det troligt att solsystemet kommer att tryckas in i den nya galaxens yttre gloria , vilket gör att det kan förbli på ett säkert avstånd från strålningen från dessa grandiosa kollisioner [63] [64] .
Det är en vanlig missuppfattning att en kollision av galaxer nästan säkert kommer att förstöra solsystemet, men det är inte helt sant. Trots det faktum att tyngdkraften hos passerande stjärnor är ganska kapabel att göra detta, är avståndet mellan enskilda stjärnor så stort att sannolikheten för en destruktiv påverkan av någon stjärna på solsystemets integritet under en galaktisk kollision är mycket liten. Med största sannolikhet kommer solsystemet att uppleva effekterna av kollisionen av galaxer som helhet, men planeternas och solens läge sinsemellan kommer att förbli ostörd [65] .
Med tiden ökar dock den totala sannolikheten för att solsystemet förstörs av tyngdkraften hos passerande stjärnor gradvis. Förutsatt att universum inte hamnar i en stor kläm eller stor tår , förutspår beräkningar att solsystemet kommer att vara fullständigt förstört av passerande stjärnor om 1 kvadriljon (1015 ) år. I den avlägsna framtiden kommer solen och planeterna att fortsätta sin resa genom galaxen, men solsystemet som helhet kommer att upphöra att existera [66] .