行星最终会脱离太阳,还是撞上太阳?

在太阳系中,地球和其他行星都在环绕太阳运动,虽然这种运动看起来年复一年都不会改变,但事实上,行星都在远离太阳而去。原因主要有两个,一个是太阳质量的减小,还有一个是行星对太阳的潮汐作用。

太阳质量的减小

在太阳引力的作用下,行星都在做近似圆周运动。由于太阳质量在不断减少,使得太阳引力不断减弱,所以行星都会逐渐远离太阳。那么,太阳质量是如何减小的?每年又会减小多少?

太阳每时每刻都在进行氢核聚变反应,每秒有426万吨的质量被转换为能量,所以太阳的质量每年会因此减少134万亿吨。此外,太阳本身的活动非常剧烈,每秒会向太空中喷发出大约150万吨的物质,从而产生太阳风,这使太阳的质量每年会因此减少47万亿吨。

总得来说,太阳每年减少的质量为181万亿吨。太阳的总质量将近2000亿亿亿吨,所以太阳每年亏损的质量占比约为9×10^-14。

例如,金星的轨道半径约为1.08亿公里,所以金星每年会因为太阳质量的减小而远离大约1厘米。地球的轨道半径约为1.5亿公里,所以地球每年会远离太阳大约1.4厘米。可以看到,这种效应是非常微弱的,我们不可能会感知到。

行星对太阳的潮汐作用

另外,由于潮汐作用,各大行星也会被推离太阳。各大行星的引力会在太阳上形成一个潮汐隆起,并且由于行星环绕太阳的公转速度都要慢于太阳的自转速度,行星的引力就会把太阳上的潮汐隆起向后拽,使得太阳的自转速度变慢,例如,地球会让太阳的自转每世纪变慢3毫秒。由于角动量守恒,太阳减少的角动量会转移到行星上,从而使行星的轨道半径增加,导致行星远离太阳。

不过,上述效应是非常有限的,各大行星不会无限远离太阳,并最终脱离太阳的引力束缚。在遥远的未来,太阳演变成白矮星之后,各大行星与太阳的距离就很难再增加(水星、金星和地球可能最终会被膨胀的太阳所吞噬)。

引力波

根据爱因斯坦的广义相对论,各大行星在环绕太阳旋转的过程中,会持续辐射出引力波,带走行星的角动量,使得行星的轨道半径反而会逐渐减小,它们会螺旋靠近太阳。据估计,经过1000万亿年之后,各大残留的行星将会撞上已经冷却为黑矮星的太阳。