Según los conceptos modernos, la formación del sistema solar comenzó hace unos 4600 millones de años con el colapso gravitatorio de una pequeña parte de una nube molecular interestelar gigante . La mayor parte de la materia terminó en el centro gravitatorio del colapso, seguido de la formación de una estrella : el Sol. La sustancia que no cayó en el centro formó un disco protoplanetario que giraba a su alrededor , a partir del cual se formaron posteriormente los planetas , sus satélites , asteroides y otros pequeños cuerpos del sistema solar .
La nube de gas y polvo, en la que se formaron el Sol y las estrellas más cercanas a él, surgió probablemente como consecuencia de la explosión de una supernova con una masa de unas 30 masas solares, tras la cual entraron en el espacio elementos pesados y radiactivos. En 2012, los astrónomos sugirieron nombrar a esta supernova Coatlicue en honor a la diosa azteca [1] .
La hipótesis de la formación del sistema solar a partir de una nube de gas y polvo, la hipótesis nebular , fue propuesta originalmente en el siglo XVIII por Emmanuel Swedenborg , Immanuel Kant y Pierre-Simon Laplace . En el futuro, su desarrollo se llevó a cabo con la participación de muchas disciplinas científicas, incluidas la astronomía , la física , la geología y la planetología . Con la llegada de la era espacial en la década de 1950, así como el descubrimiento de planetas fuera del sistema solar ( exoplanetas ) en la década de 1990, este modelo ha sido objeto de múltiples pruebas y mejoras para explicar nuevos datos y observaciones.
Según la hipótesis actualmente aceptada, la formación del sistema solar comenzó hace unos 4.600 millones de años con el colapso gravitacional de una pequeña parte de una gigantesca nube interestelar de gas y polvo . En términos generales, este proceso se puede describir de la siguiente manera:
Antes se creía que todos los planetas se formaban aproximadamente en las órbitas en las que se encuentran ahora, pero a finales del siglo XX y principios del XXI, este punto de vista cambió radicalmente. Ahora se cree que en los albores de su existencia, el sistema solar se veía completamente diferente de lo que parece ahora [2] . Según los conceptos modernos, el sistema solar exterior era mucho más compacto de lo que es ahora, el cinturón de Kuiper estaba mucho más cerca del Sol, y en el sistema solar interior, además de los cuerpos celestes que han sobrevivido hasta el día de hoy, había otros objetos no más pequeños que Mercurio .
Al final de la época planetaria, el sistema solar interior estaba habitado por 50 a 100 protoplanetas que variaban en tamaño desde lunar hasta marciano [3] [4] . El mayor crecimiento en el tamaño de los cuerpos celestes se debió a las colisiones y fusiones de estos protoplanetas entre sí. Así, por ejemplo, como consecuencia de una de las colisiones, Mercurio perdió la mayor parte de su manto [5] , mientras que como consecuencia de otra, la denominada. De la colisión gigante (posiblemente con el hipotético planeta Theia ), nació el satélite de la Tierra, la Luna . Esta fase de colisiones continuó durante unos 100 millones de años hasta que los 4 cuerpos celestes masivos conocidos hoy en día quedaron en órbita [6] . También existe una hipótesis sobre períodos mucho más cortos de formación de los planetas terrestres [7] .
Uno de los problemas no resueltos de este modelo es que no puede explicar cómo las órbitas iniciales de los objetos protoplanetarios, que debían tener una gran excentricidad para chocar entre sí, podrían dar lugar a órbitas estables y casi circulares. órbitas de los cuatro planetas restantes [3] . Según una de las hipótesis, estos planetas se formaron en un momento en que el espacio interplanetario aún contenía una cantidad significativa de material gaseoso y polvoriento, que, debido a la fricción, reducía la energía de los planetas y suavizaba sus órbitas [4] . Sin embargo, este mismo gas debería haber evitado que se produjera un gran alargamiento en las órbitas iniciales de los protoplanetas [6] .
Otra hipótesis sugiere que la corrección de las órbitas de los planetas interiores no ocurrió debido a la interacción con el gas, sino a la interacción con los cuerpos más pequeños restantes del sistema. A medida que los cuerpos grandes pasaban a través de una nube de objetos pequeños, estos últimos, debido a la influencia gravitatoria, eran atraídos hacia regiones con una mayor densidad y, por lo tanto, creaban "crestas gravitatorias" a lo largo del camino de los planetas grandes. La creciente influencia gravitatoria de estas "crestas", según esta hipótesis, hizo que los planetas se ralentizaran y entraran en una órbita más redondeada [8] .
El límite exterior del sistema solar interior se encuentra entre 2 y 4 AU. es decir, del Sol y representa el cinturón de asteroides . Hypotheses about the existence of a planet between Mars and Jupiter (for example, the hypothetical planet Phaeton ) were put forward, but in the end were not confirmed , which in the early stages of the formation of the solar system collapsed so that the asteroids that formó el cinturón se convirtió en sus fragmentos. Según los puntos de vista modernos, no había un solo protoplaneta: la fuente de los asteroides. Inicialmente, el cinturón de asteroides contenía suficiente materia para formar 2 o 3 planetas del tamaño de la Tierra. Esta área contenía una gran cantidad de planetesimales , que se pegaron entre sí, formando objetos cada vez más grandes. Como resultado de estas fusiones, se formaron en el cinturón de asteroides entre 20 y 30 protoplanetas con tamaños desde la luna hasta el marciano [9] . Sin embargo, a partir de la época en que se formó el planeta Júpiter en relativa proximidad al cinturón , la evolución de esta región tomó un camino diferente [3] . Poderosas resonancias orbitales con Júpiter y Saturno, así como interacciones gravitatorias con protoplanetas más masivos en esta área, destruyeron planetesimales ya formados. Al entrar en el área de resonancia al pasar cerca de un planeta gigante, los planetesimales recibieron una aceleración adicional, se estrellaron contra los cuerpos celestes vecinos y se aplastaron, en lugar de fusionarse sin problemas [10] .
A medida que Júpiter migró hacia el centro del sistema , las perturbaciones resultantes se hicieron cada vez más pronunciadas [11] . Como resultado de estas resonancias, los planetesimales cambiaron la excentricidad y la inclinación de sus órbitas e incluso fueron arrojados fuera del cinturón de asteroides [9] [12] . Algunos de los protoplanetas masivos también fueron expulsados del cinturón de asteroides por Júpiter, mientras que otros protoplanetas probablemente migraron al sistema solar interior, donde jugaron el papel final en el aumento de la masa de los pocos planetas terrestres restantes [9] [13] [ 14] . Durante este período de agotamiento, la influencia de los planetas gigantes y los protoplanetas masivos hizo que el cinturón de asteroides se "adelgazara" a solo el 1% de la masa de la Tierra, que era principalmente pequeños planetesimales [12] . Este valor, sin embargo, es de 10 a 20 veces mayor que el valor actual de la masa del cinturón de asteroides, que ahora es 1/2000 de la masa de la Tierra [15] . Se cree que el segundo período de agotamiento, que llevó la masa del cinturón de asteroides a sus valores actuales, comenzó cuando Júpiter y Saturno entraron en una resonancia orbital 2:1 .
Es probable que el período de colisiones gigantes en la historia del sistema solar interior jugara un papel importante en la obtención del suministro de agua de la Tierra (~6⋅10 21 kg). El hecho es que el agua es una sustancia demasiado volátil para ocurrir naturalmente durante la formación de la Tierra. Lo más probable es que fuera traído a la Tierra desde las regiones exteriores más frías del sistema solar [16] . Quizás fueron los protoplanetas y planetesimales arrojados por Júpiter fuera del cinturón de asteroides los que trajeron agua a la Tierra [13] . Otros candidatos para el papel de los principales proveedores de agua son también los cometas del cinturón principal de asteroides, descubiertos en 2006 [16] [17] , mientras que los cometas del cinturón de Kuiper y de otras regiones remotas supuestamente trajeron no más del 6% de agua a la Tierra [18] [19] .
Según la hipótesis nebular , los dos planetas exteriores del sistema solar están en la ubicación "incorrecta". Urano y Neptuno , los "gigantes de hielo" del sistema solar, están ubicados en una región donde la densidad reducida del material de la nebulosa y los largos períodos orbitales hicieron que la formación de tales planetas fuera un evento muy poco probable. Se cree que estos dos planetas se formaron originalmente en órbitas cercanas a Júpiter y Saturno, donde había mucho más material de construcción, y solo después de cientos de millones de años migraron a sus posiciones modernas [20] .
La migración planetaria es capaz de explicar la existencia y las propiedades de las regiones exteriores del sistema solar [21] . Más allá de Neptuno , el Sistema Solar contiene el Cinturón de Kuiper , el Disco Disperso y la Nube de Oort , que son cúmulos abiertos de pequeños cuerpos helados que dan lugar a la mayoría de los cometas observados en el Sistema Solar [22] . El cinturón de Kuiper se encuentra actualmente a una distancia de 30 a 55 AU. es decir, desde el Sol, el disco disperso comienza a las 100 UA. e. del Sol, y la nube de Oort es 50.000 a.u. es decir, de la luminaria central. Sin embargo, en el pasado, el Cinturón de Kuiper era mucho más denso y estaba más cerca del Sol. Su borde exterior era de aproximadamente 30 UA. es decir, del Sol, mientras que su borde interior estaba ubicado directamente detrás de las órbitas de Urano y Neptuno, que a su vez también estaban más cerca del Sol (aproximadamente 15-20 UA) y, además, Urano estaba más lejos del Sol que Neptuno. [21] .
Después de 500-600 millones de años (hace 4 mil millones de años), Júpiter y Saturno entraron en una resonancia orbital 2:1; Saturno hizo una revolución alrededor del Sol exactamente en el tiempo en que Júpiter hizo 2 revoluciones [21] . Esta resonancia creó una presión gravitacional en los planetas exteriores, lo que provocó que Neptuno escapara de la órbita de Urano y chocara contra el antiguo cinturón de Kuiper. Por la misma razón, los planetas comenzaron a arrojar los planetesimales helados que los rodeaban hacia el interior del sistema solar, mientras ellos mismos comenzaban a alejarse hacia el exterior. Este proceso continuó de manera similar: bajo la influencia de la resonancia, los planetesimales fueron arrojados al interior del sistema por cada planeta subsiguiente que encontraron en su camino, y las órbitas de los propios planetas se alejaron más [21] . Este proceso continuó hasta que los planetesimales entraron en la zona de influencia directa de Júpiter, después de lo cual la enorme gravedad de este planeta los envió a órbitas altamente elípticas o incluso los arrojó fuera del sistema solar. Este trabajo, a su vez, desplazó ligeramente la órbita de Júpiter hacia adentro [~ 1] . Los objetos expulsados por Júpiter en órbitas altamente elípticas formaron la nube de Oort, y los cuerpos expulsados por la migración de Neptuno formaron el moderno cinturón de Kuiper y el disco disperso [21] . Este escenario explica por qué el disco disperso y el cinturón de Kuiper tienen una masa baja. Algunos de los objetos expulsados, incluido Plutón, finalmente entraron en resonancia gravitacional con la órbita de Neptuno [23] . Gradualmente, la fricción con el disco disperso hizo que las órbitas de Neptuno y Urano se suavizaran nuevamente [21] [24] .
También existe una hipótesis sobre el quinto gigante gaseoso , que sufrió una migración radical y fue empujado durante la formación de la apariencia moderna del sistema solar a sus lejanas afueras (que se convirtió en el hipotético planeta Tyukhe u otro " Planeta X ") o incluso más allá (convirtiéndose en un planeta huérfano ). Según el modelo del astrónomo David Nesvorny del Southwestern Research Institute de Boulder (Colorado, EE.UU.), hace 4.000 millones de años, el quinto planeta gigante, por la fuerza de su gravedad, empujó a Neptuno fuera de su órbita de entonces cerca de Júpiter y Saturno, a un nuevo lugar en la misma periferia del sistema solar, más allá de Urano. Durante esta odisea de Neptuno, los planetas menores fueron expulsados de sus órbitas por las fuerzas gravitatorias, que luego formaron el núcleo del actual cinturón de Kuiper . El propio quinto planeta gigante, según el modelo de Nesvorna, fue expulsado del sistema solar para siempre [25] .
La hipótesis de la presencia de un planeta masivo más allá de la órbita de Neptuno fue propuesta por Konstantin Batygin y Michael Brown el 20 de enero de 2016, basándose en un análisis de las órbitas de seis objetos transneptunianos . Su masa estimada, utilizada en los cálculos, era de aproximadamente 10 masas terrestres, y la revolución alrededor del Sol probablemente tomó de 10 000 a 20 000 años terrestres [2] .
В начале марта 2016 года группа учёных из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и университета Мичигана на основе моделирования методом Монте-Карло предположила, что если Юпитер выкинул Девятую планету на вытянутую орбиту на достаточно ранних стадиях миграции планет, то за 4,5 млрд лет существования и Durante el desarrollo del sistema solar, había una probabilidad del 10-15% de que el Noveno planeta saliera volando del sistema solar al pasar junto a otra estrella a una distancia cercana del Sol. Esto significa que en toda la historia del sistema planetario, el Noveno planeta no se acercó lo suficiente a objetos masivos [26] .
Se cree que, a diferencia de los planetas exteriores, los cuerpos interiores del sistema no sufrieron migraciones significativas, ya que tras un periodo de gigantescas colisiones sus órbitas se mantuvieron estables [6] .
La ruptura gravitatoria del antiguo cinturón de asteroides probablemente inició el intenso período de bombardeo hace unos 4.000 millones de años, 500-600 millones de años después de la formación del sistema solar. Este período duró varios cientos de millones de años, y sus consecuencias aún son visibles en la superficie de cuerpos geológicamente inactivos del sistema solar, como la Luna o Mercurio, en forma de numerosos cráteres de impacto. Y la evidencia más antigua de vida en la Tierra se remonta a hace 3.800 millones de años, casi inmediatamente después del final del período del Bombardeo Intenso Tardío.
Las colisiones gigantes son una parte normal (aunque rara últimamente) de la evolución del sistema solar. Prueba de ello es la colisión del cometa Shoemaker-Levy con Júpiter en 1994, la caída de un cuerpo celeste sobre Júpiter en 2009 y el cráter de un meteorito en Arizona. Esto sugiere que el proceso de acumulación en el sistema solar aún no está completo y, por lo tanto, representa un peligro para la vida en la Tierra.
Los satélites naturales se formaron alrededor de la mayoría de los planetas del sistema solar, así como de muchos otros cuerpos. Hay tres mecanismos principales para su formación:
Júpiter y Saturno tienen muchos satélites, como Io , Europa , Ganímedes y Titán , que probablemente se formaron a partir de discos alrededor de estos planetas gigantes de la misma manera que estos mismos planetas se formaron a partir de un disco alrededor del joven Sol. Esto se indica por su gran tamaño y proximidad al planeta. Estas propiedades son imposibles para los satélites adquiridos por captura, y la estructura gaseosa de los planetas hace imposible la hipótesis de la formación de lunas por colisión de un planeta con otro cuerpo.
Los astrónomos estiman que el sistema solar no sufrirá cambios extremos hasta que el Sol se quede sin combustible de hidrógeno. Este hito marcará el comienzo de la transición del Sol desde la secuencia principal del diagrama de Hertzsprung-Russell a la fase de gigante roja . Sin embargo, incluso en la fase de la secuencia principal de una estrella, el sistema solar sigue evolucionando.
El sistema solar es un sistema caótico [27] en el que las órbitas de los planetas son impredecibles durante un período de tiempo muy largo. Un ejemplo de esta imprevisibilidad es el sistema Neptuno - Plutón , que se encuentra en una resonancia orbital de 3:2 . A pesar de que la propia resonancia permanecerá estable, es imposible predecir con alguna aproximación la posición de Plutón en su órbita durante más de 10 a 20 millones de años ( tiempo de Lyapunov ) [28] . Otro ejemplo es la inclinación del eje de rotación de la Tierra , que, debido a la fricción dentro del manto de la Tierra causada por las interacciones de las mareas con la Luna , no se puede calcular desde algún punto entre 1,5 y 4,5 mil millones de años en el futuro [29] .
Las órbitas de los planetas exteriores son caóticas en grandes escalas de tiempo: su tiempo de Lyapunov es de 2 a 230 millones de años [30] . Esto no solo significa que la posición del planeta en órbita desde este punto en el futuro no se puede determinar con ninguna aproximación, sino que las órbitas mismas pueden cambiar de manera extrema. El caos del sistema puede manifestarse más fuertemente en un cambio en la excentricidad de la órbita , en el que las órbitas de los planetas se vuelven más o menos elípticas [31] .
El sistema solar es estable en el sentido de que ningún planeta puede colisionar con otro o ser expulsado del sistema en los próximos miles de millones de años [30] . Sin embargo, más allá de este marco de tiempo, por ejemplo, dentro de 5 mil millones de años, la excentricidad de la órbita de Marte puede crecer hasta un valor de 0,2, lo que conducirá a la intersección de las órbitas de Marte y la Tierra, y por lo tanto a un verdadero amenaza de colisión. Durante el mismo período de tiempo, la excentricidad de la órbita de Mercurio puede aumentar aún más y, posteriormente, un paso cercano a Venus puede arrojar a Mercurio fuera del Sistema Solar [27] , o ponerlo en curso de colisión con Venus mismo o con Venus. la Tierra [32] .
La evolución de los sistemas lunares de planetas está determinada por las interacciones de las mareas entre los cuerpos del sistema. Debido a la diferencia en la fuerza gravitacional que actúa sobre el planeta desde el lado del satélite, en sus diferentes regiones (las regiones más distantes se atraen más débilmente, mientras que las más cercanas son más fuertes), la forma del planeta cambia, parece ser ligeramente estirado en la dirección del satélite. Si la dirección de la revolución del satélite alrededor del planeta coincide con la dirección de rotación del planeta y, al mismo tiempo, el planeta gira más rápido que el satélite, entonces este "montículo de marea" del planeta se "escapará" constantemente hacia adelante en relación al satélite. Esto conducirá al hecho de que el satélite recibirá energía y se alejará gradualmente del planeta, mientras que el planeta perderá energía y girará cada vez más lentamente.
La rotación de la Luna está fijada por las mareas con respecto a la Tierra: el período de la revolución de la Luna alrededor de la Tierra (actualmente unos 29 días) coincide con el período de la rotación de la Luna alrededor de su eje y, por lo tanto, la Luna siempre está girada hacia el Tierra por el mismo lado. La luna se está alejando gradualmente de la tierra, mientras que la rotación de la tierra se está desacelerando gradualmente. En 50.000 millones de años, si sobreviven a la expansión del Sol, la Tierra y la Luna quedarán bloqueadas entre sí por efecto de las mareas.
Otros ejemplos de esta configuración son los sistemas de los satélites galileanos de Júpiter [35] , así como la mayoría de los grandes satélites de Saturno [36] .
Un escenario diferente espera a los sistemas en los que el satélite se mueve alrededor del planeta más rápido de lo que gira alrededor de sí mismo, o en los que el satélite se mueve en la dirección opuesta a la rotación del planeta. En tales casos, la deformación de las mareas del planeta se retrasa constantemente con respecto a la posición del satélite. Esto invierte la dirección de transferencia del momento angular entre los cuerpos, lo que a su vez provocará una aceleración de la rotación del planeta y una reducción de la órbita del satélite. Con el tiempo, el satélite girará en espiral hacia el planeta hasta que en algún momento caiga a la superficie o a la atmósfera del planeta, o sea desgarrado por las fuerzas de las mareas, dando lugar así a un anillo planetario . Tal destino aguarda al satélite de Marte Fobos (en 30-50 millones de años) [37] , al satélite de Neptuno Tritón (en 3.600 millones de años) [38] , Metis y Adrastea de Júpiter [39] , y al menos 16 pequeñas lunas de Urano y Neptuno. Desdémona , el satélite de Urano, puede incluso chocar con una luna vecina [40] .
Y finalmente, en el tercer tipo de configuración, el planeta y el satélite están fijos por mareas entre sí. En este caso, el "montículo de marea" siempre se encuentra exactamente debajo del satélite, no hay transferencia de momento angular y, como resultado, el período orbital no cambia. Un ejemplo de tal configuración es Plutón y Caronte [41] .
Antes de la expedición Cassini-Huygens en 2004, se creía que los anillos de Saturno eran mucho más jóvenes que el sistema solar y que no durarían más de 300 millones de años. Se asumió que las interacciones gravitatorias con las lunas de Saturno moverían gradualmente el borde exterior de los anillos más cerca del planeta, mientras que la gravedad de Saturno y los meteoritos bombardeados terminarían el trabajo, despejando completamente el espacio alrededor de Saturno [42] . Sin embargo, los datos de la misión Cassini obligaron a los científicos a reconsiderar este punto de vista. Las observaciones han registrado bloques de hielo de material de hasta 10 km de diámetro, que se encuentran en un proceso constante de trituración y reforma, que renuevan constantemente los anillos. Estos anillos son mucho más masivos que los de otros gigantes gaseosos. Se cree que esta gran masa ha conservado los anillos durante 4500 millones de años desde que se formó Saturno, y es probable que los conserve durante los próximos mil millones de años [43] .
En un futuro lejano, los mayores cambios en el sistema solar estarán asociados a un cambio en el estado del Sol debido a su envejecimiento. A medida que el Sol quema sus reservas de combustible de hidrógeno, se calentará más y, como resultado, consumirá las reservas de hidrógeno cada vez más rápidamente. Como resultado, la luminosidad del Sol aumenta un 10% cada 1.100 millones de años [44] . Después de mil millones de años, debido a un aumento de la radiación solar, la zona habitable circunestelar del sistema solar se desplazará más allá de los límites de la órbita terrestre moderna. La superficie de la Tierra se calentará tanto que la presencia de agua en estado líquido será imposible en ella. La evaporación de los océanos creará un efecto invernadero , lo que conducirá a un calentamiento aún más intenso de la Tierra. En esta etapa de la existencia de la Tierra, la existencia de vida en la superficie de la Tierra se volverá imposible [45] [46] . Sin embargo, parece probable que durante este período, la temperatura de la superficie de Marte aumente gradualmente . El agua y el dióxido de carbono congelados en las entrañas del planeta comenzarán a liberarse a la atmósfera, y esto conducirá a la creación de un efecto invernadero, aumentando aún más la tasa de calentamiento de la superficie. Como resultado , la atmósfera de Marte alcanzará condiciones similares a las de la Tierra y, por lo tanto, Marte bien puede convertirse en un refugio potencial para la vida en el futuro [47] .
Dentro de unos 3.500 millones de años, las condiciones en la superficie de la Tierra serán similares a las del planeta Venus en la actualidad : los océanos se evaporarán en gran medida y toda la vida se extinguirá gradualmente [44] .
Aproximadamente dentro de 7.700 millones de años, el núcleo del Sol se calentará tanto que comenzará el proceso de quemar hidrógeno en la capa que lo rodea [45] . Esto supondrá una fuerte expansión de las capas exteriores de la estrella, y así el Sol entrará en una nueva fase de su evolución, convirtiéndose en una gigante roja [48] . En esta fase, el radio del Sol será de 1,2 UA. e., que es 256 veces su radio actual. Un aumento múltiple en el área de la superficie de la estrella conducirá a una disminución de la temperatura de la superficie (alrededor de 2600 K) y un aumento de la luminosidad (2700 veces el valor actual). Las masas superficiales de gases se disiparán con bastante rapidez debido a la influencia del viento solar, como resultado de lo cual alrededor del 33 % de su masa será arrastrada hacia el espacio circundante [45] [49] . Es probable que durante este período, Titán , la luna de Saturno , alcance condiciones aceptables para el soporte vital [50] [51] .
El destino de la Tierra actualmente no se comprende bien. A pesar de que el radio del Sol incluirá la órbita terrestre moderna, la pérdida de masa por parte de la estrella y, en consecuencia, una disminución de la fuerza de atracción provocará el desplazamiento de las órbitas planetarias a mayores distancias [45] . Es posible que esto permita que la Tierra y Venus se muevan a una órbita más alta, evitando la absorción por parte de la estrella madre [49] , sin embargo, los estudios realizados en 2008 muestran que lo más probable es que la Tierra siga siendo absorbida por el Sol debido a las interacciones de las mareas. con su capa exterior [45] .
La combustión gradual del hidrógeno en las regiones alrededor del núcleo solar provocará un aumento de su masa hasta alcanzar un valor del 45% de la masa de la estrella. En este punto, su densidad y temperatura serán tan altas que se producirá un destello de helio y comenzará el proceso de fusión termonuclear de helio en carbono . Durante esta fase, el Sol disminuirá de tamaño de los 250 anteriores a 11 radios. Su luminosidad caerá de 3000 a 54 veces el nivel del Sol moderno, y la temperatura de la superficie aumentará a 4770 K. La fase de fusión del helio al carbono tendrá un carácter estable, pero durará solo unos 100 millones de años. Gradualmente, como en la fase de combustión del hidrógeno, las reservas de helio de las regiones que rodean el núcleo serán capturadas en la reacción, lo que conducirá a la reexpansión de la estrella, y volverá a convertirse en una gigante roja. Esta fase trasladará al Sol a la rama gigante asintótica del diagrama de Hertzsprung-Russell . En esta etapa, la luminosidad del Sol aumentará en un factor de 2090 en comparación con el actual, y la temperatura de la superficie descenderá a 3500 K [45] . Esta fase de la existencia del Sol durará unos 30 millones de años. En el futuro, el viento solar (dispersión de partículas de la capa estelar) comenzará a aumentar, y las capas exteriores restantes del Sol serán arrojadas al espacio exterior en forma de poderosos chorros de materia estelar. La materia expulsada forma un halo llamado nebulosa planetaria , que consistirá en los productos de combustión de las últimas fases: helio y carbono. Esta materia participará en el enriquecimiento del espacio interestelar con elementos pesados necesarios para la formación de los cuerpos cósmicos de las próximas generaciones [53] .
El proceso de desprendimiento de las capas exteriores del Sol es un fenómeno relativamente silencioso en comparación con, por ejemplo, la explosión de una supernova . Representa un aumento significativo en la fuerza del viento solar, insuficiente para destruir los planetas cercanos. Sin embargo, la pérdida masiva de masa de una estrella hará que los planetas se salgan de sus órbitas, sumiendo al sistema solar en el caos. Algunos de los planetas pueden chocar entre sí, algunos pueden abandonar el sistema solar, algunos pueden permanecer a una distancia distante [54] . En unos 75.000 años, solo quedará un pequeño núcleo central de una gigante roja : una enana blanca , un objeto espacial pequeño pero muy denso. El resto de la masa será aproximadamente el 50% de la que tiene el Sol hoy, y su densidad alcanzará los dos millones de toneladas por centímetro cúbico [55] . El tamaño de esta estrella será comparable al tamaño de la Tierra. Inicialmente, esta enana blanca puede tener una luminosidad de 100 veces la luminosidad moderna del Sol. Estará compuesto enteramente de carbono y oxígeno degenerados , pero nunca podrá alcanzar temperaturas suficientes para comenzar la síntesis de estos elementos. Por lo tanto, el Sol enano blanco se enfriará gradualmente, volviéndose más tenue y más frío [56] .
A medida que el Sol muere, su influencia gravitacional sobre los cuerpos que circulan a su alrededor (planetas, cometas, asteroides) se debilitará debido a la pérdida de masa de la estrella. Durante este período se alcanzará la configuración final de los objetos del sistema solar. Las órbitas de todos los planetas supervivientes se moverán a mayores distancias: Mercurio dejará de existir [57] , si Venus, la Tierra y Marte todavía existen, sus órbitas estarán aproximadamente a 1,4 UA. E. ( 210.000.000 km ), 1.9 a. e. ( 280.000.000 km ), y 2.8 a. E. ( 420.000.000 km ). Estos y todos los planetas restantes serán mundos fríos y oscuros desprovistos de cualquier forma de vida [49] . Continuarán orbitando su estrella muerta y su velocidad se verá significativamente debilitada debido al aumento de la distancia al Sol y la disminución de la atracción gravitatoria. 2 mil millones de años más tarde, cuando el Sol se enfríe a 6000-8000 K, el carbono y el oxígeno en el núcleo del Sol se solidificarán, el 90% de la masa del núcleo adquirirá una estructura cristalina [58] . En última instancia, después de muchos más miles de millones de años como una enana blanca, el Sol dejará de emitir luz visible, ondas de radio y radiación infrarroja en el espacio circundante, convirtiéndose en una enana negra [59] . La historia completa del Sol desde su nacimiento hasta su muerte tomará aproximadamente 12.400 millones de años [55] .
El sistema solar se mueve a través de la Vía Láctea en una órbita circular a una distancia de unos 30.000 años luz del centro galáctico a una velocidad de 220 km/s. El período de revolución alrededor del centro de la galaxia, el llamado año galáctico , es de aproximadamente 220-250 millones de años para el sistema solar. Desde el comienzo de su formación, el sistema solar ha dado al menos 20 revoluciones alrededor del centro de la galaxia [60] .
Muchos científicos creen que el paso del sistema solar a través de la galaxia afecta la frecuencia de las extinciones masivas del mundo animal en el pasado. Según una de las hipótesis, las oscilaciones verticales del Sol en su órbita alrededor del centro galáctico, que conducen al cruce regular del plano galáctico por parte del Sol, cambian el poder de la influencia de las fuerzas de marea galácticas en el sistema solar. Cuando el Sol está fuera del disco galáctico, la influencia de las fuerzas de marea galácticas es menor; cuando regresa al disco galáctico, y esto sucede cada 20-25 millones de años, cae bajo la influencia de fuerzas de marea mucho más poderosas. Esto, según modelos matemáticos, aumenta la frecuencia de llegada de cometas desde la Nube de Oort al Sistema Solar en 4 órdenes de magnitud, y por lo tanto aumenta considerablemente la probabilidad de catástrofes globales como consecuencia de la caída de cometas a la Tierra [61] .
Sin embargo, muchos cuestionan esta hipótesis, argumentando que el Sol ya está cerca del plano galáctico, pero la última extinción masiva fue hace 15 millones de años. Por tanto, la posición vertical del sistema solar con respecto al plano galáctico no puede explicar por sí sola la periodicidad de las extinciones masivas en la Tierra, pero se ha sugerido que estas extinciones pueden estar asociadas al paso del Sol por los brazos espirales de la galaxia. . Los brazos espirales contienen no solo grandes cúmulos de nubes moleculares , cuya gravedad puede deformar la nube de Oort, sino también una gran cantidad de gigantes azules brillantes , que viven durante un tiempo relativamente corto y mueren, explotando en supernovas , peligrosas para toda la vida cercana . 62] .
A pesar de que la gran mayoría de las galaxias del Universo se están alejando de la Vía Láctea, la Galaxia de Andrómeda , que es la galaxia más grande del grupo local , por el contrario, se acerca a ella a una velocidad de 120 km/s [ 63] . En 2 mil millones de años, la Vía Láctea y Andrómeda chocarán, y como resultado de esta colisión, ambas galaxias se deformarán. Los brazos espirales exteriores colapsan, pero se forman "colas de marea", causadas por la interacción de mareas entre galaxias. La probabilidad de que como resultado de este evento el sistema solar sea expulsado de la Vía Láctea hacia la cola es del 12 %, y la probabilidad de que Andrómeda capture el sistema solar es del 3 % [63] . Después de una serie de colisiones tangenciales, aumentando la probabilidad de eyección del Sistema Solar desde la Vía Láctea hasta un 30% [64] , sus agujeros negros centrales se fusionarán en uno. Después de 7 mil millones de años, la Vía Láctea y Andrómeda completarán su fusión y se convertirán en una galaxia elíptica gigante . Durante la fusión de galaxias, debido al aumento de la fuerza de gravedad, el gas interestelar será intensamente atraído hacia el centro de la galaxia. Si hay suficiente de este gas, puede conducir al llamado estallido de formación estelar en la nueva galaxia [63] . El gas que cae en el centro de la galaxia alimentará activamente el agujero negro recién formado, convirtiéndolo en un núcleo galáctico activo . Durante esta época, es probable que el sistema solar sea empujado hacia el halo exterior de la nueva galaxia, lo que le permitirá permanecer a una distancia segura de la radiación de estas grandiosas colisiones [63] [64] .
Es un error común pensar que una colisión de galaxias destruirá casi con certeza el sistema solar, pero esto no es del todo cierto. A pesar de que la gravedad de las estrellas que pasan es bastante capaz de hacer esto, la distancia entre las estrellas individuales es tan grande que la probabilidad de una influencia destructiva de cualquier estrella en la integridad del sistema solar durante una colisión galáctica es muy pequeña.
Sin embargo, con el tiempo, la probabilidad total de que el sistema solar sea destruido por la gravedad de las estrellas que pasan aumenta gradualmente. Suponiendo que el universo no termine en un gran apretón o gran desgarro , los cálculos predicen que el sistema solar será completamente destruido por el paso de las estrellas en 1 cuatrillón (1015 ) de años. En ese futuro lejano , el Sol y los planetas continuarán su viaje a través de la galaxia, pero el Sistema Solar en su conjunto dejará de existir [66] .