Nykyaikaisten käsitysten mukaan aurinkokunnan muodostuminen alkoi noin 4,6 miljardia vuotta sitten jättimäisen tähtienvälisen molekyylipilven pienen osan painovoiman romahtamisesta . Suurin osa aineesta päätyi romahduksen painovoimakeskukseen, jonka jälkeen syntyi tähti - Aurinko. Aine, joka ei pudonnut keskelle, muodosti sen ympärillä pyörivän protoplanetaarisen kiekon , josta myöhemmin muodostuivat planeetat , niiden satelliitit , asteroidit ja muut aurinkokunnan pienet kappaleet .
Kaasu- ja pölypilvi, johon aurinko ja sitä lähinnä olevat tähdet muodostuivat, syntyi luultavasti noin 30 aurinkomassan omaavan supernovan räjähdyksen seurauksena, jonka jälkeen raskaita ja radioaktiivisia elementtejä tuli avaruuteen . Vuonna 2012 tähtitieteilijät ehdottivat tämän supernovan nimeämistä Coatlicueksi atsteekkien jumalattaren mukaan [1] .
Hypoteesi aurinkokunnan muodostumisesta kaasu- ja pölypilvistä - sumuhypoteesi - ehdottivat alun perin 1700-luvulla Emmanuel Swedenborg , Immanuel Kant ja Pierre-Simon Laplace . Jatkossa sen kehittämiseen osallistuivat monet tieteenalat, mukaan lukien tähtitiede , fysiikka , geologia ja planetologia . Avaruusajan tullessa 1950-luvulla sekä aurinkokunnan ulkopuolisten planeettojen ( eksoplaneettojen ) löytämisen myötä 1990-luvulla tälle mallille on tehty useita testejä ja parannuksia uusien tietojen ja havaintojen selittämiseksi.
Tällä hetkellä hyväksytyn hypoteesin mukaan aurinkokunnan muodostuminen alkoi noin 4,6 miljardia vuotta sitten jättimäisen tähtienvälisen kaasu- ja pölypilven pienen osan painovoiman romahtamisesta . Yleisesti ottaen tätä prosessia voidaan kuvata seuraavasti:
Ennen uskottiin, että kaikki planeetat muodostuivat suunnilleen niille kiertoradoille, joilla ne ovat nyt, mutta 1900-luvun lopulla ja 2000-luvun alussa tämä näkökulma muuttui radikaalisti. Nykyään uskotaan, että aurinkokunta näytti olemassaolonsa kynnyksellä täysin erilaiselta kuin miltä se näyttää nyt [2] . Nykyaikaisten käsitysten mukaan ulompi aurinkokunta oli kooltaan paljon kompaktimpi kuin nykyään, Kuiperin vyö oli paljon lähempänä Aurinkoa ja sisäisessä aurinkokunnassa tähän päivään asti säilyneiden taivaankappaleiden lisäksi mm. oli muitakin esineitä, jotka eivät olleet pienempiä kuin Merkurius .
Planetaarisen aikakauden lopussa aurinkokunnassa asui 50–100 protoplaneettaa, joiden koko vaihteli Kuusta Marsilaiseen [3] [4] . Taivaankappaleiden koon lisäkasvu johtui näiden protoplaneettojen törmäyksistä ja fuusioista keskenään. Joten esimerkiksi yhden törmäyksen seurauksena Merkurius menetti suurimman osan vaipastaan [5] , kun taas toisen, ns. jättiläinen törmäys (mahdollisesti hypoteettisen planeetan Theian kanssa ), Maan satelliitti Kuu syntyi . Tämä törmäysvaihe jatkui noin 100 miljoonaa vuotta, kunnes neljä nykyään tunnettua massiivista taivaankappaletta jätettiin kiertoradalle [6] . On olemassa myös hypoteesi maaplaneettojen paljon lyhyemmästä muodostumisjaksosta [7] .
Yksi tämän mallin ratkaisemattomista ongelmista on se, että se ei pysty selittämään, kuinka protoplanetaaristen objektien alkukiertoradat, joiden täytyi olla suuri epäkeskisyys törmätäkseen toisiinsa, saattoivat johtaa vakaaseen ja lähellä ympyrän muotoon. jäljellä olevien neljän planeetan kiertoradat [3] . Yhden hypoteesin mukaan nämä planeetat muodostuivat aikana, jolloin planeettojen välinen avaruus sisälsi vielä huomattavan määrän kaasua ja pölyä, mikä kitkan vuoksi vähensi planeettojen energiaa ja teki niiden kiertoradat tasaisemmiksi [4] . Tämän saman kaasun olisi kuitenkin pitänyt estää protoplaneettojen alkukiertoradalla suuri venymä [6] .
Toinen hypoteesi viittaa siihen, että sisäplaneettojen kiertoradan korjaus ei johtunut vuorovaikutuksesta kaasun kanssa, vaan vuorovaikutuksesta järjestelmän jäljellä olevien pienempien kappaleiden kanssa. Kun suuret kappaleet kulkivat pienten esineiden pilven läpi, jälkimmäiset vedettiin gravitaatiovaikutuksen vuoksi alueille, joilla oli suurempi tiheys ja näin muodostui "painovoimaharjanteita" suurten planeettojen reitille. Näiden "harjanteiden" lisääntyvä gravitaatiovaikutus tämän hypoteesin mukaan sai planeetat hidastumaan ja siirtymään pyöristetymmälle kiertoradalle [8] .
Sisäisen aurinkokunnan ulkoraja sijaitsee 2–4 AU:n välillä. e. Auringosta ja edustaa asteroidivyöhykettä . Esitettiin hypoteeseja Marsin ja Jupiterin välisen planeetan olemassaolosta (esimerkiksi hypoteettinen planeetta Phaeton ) , mutta niitä ei lopulta vahvistettu , mikä aurinkokunnan muodostumisen alkuvaiheessa romahti niin, että asteroidit, jotka Muodostunut vyö muuttui sen palasiksi. Nykyaikaisten näkemysten mukaan ei ollut yhtä protoplaneettaa - asteroidien lähdettä. Aluksi asteroidivyöhykkeellä oli riittävästi ainetta 2–3 Maan kokoisen planeetan muodostamiseen. Tämä alue sisälsi suuren määrän planetesimaaleja , jotka tarttuivat yhteen muodostaen yhä suurempia esineitä. Näiden fuusioiden seurauksena asteroidivyöhykkeelle muodostui noin 20–30 protoplaneettaa, joiden koko oli Kuusta Marsilaiseen [9] . Kuitenkin siitä hetkestä lähtien, kun Jupiter -planeetta muodostui suhteellisen lähelle vyötä , tämän alueen kehitys eteni eri polulla [3] . Voimakkaat kiertoradan resonanssit Jupiterin ja Saturnuksen kanssa sekä gravitaatiovuorovaikutukset massiivisempien protoplaneettojen kanssa tällä alueella tuhosivat jo muodostuneet planetesimaalit. Päästyessään resonanssialueelle ohittaessaan jättiläisplaneetan läheltä, planetesimaalit saivat lisäkiihtyvyyttä, törmäsivät viereisiin taivaankappaleisiin ja murskautuivat sulamisen sijaan [10] .
Jupiterin siirtyessä järjestelmän keskustaan syntyneet häiriöt tulivat yhä selvemmiksi [11] . Näiden resonanssien seurauksena planetesimaalit muuttivat kiertoratojensa epäkeskisyyttä ja kaltevuutta ja jopa sinkoutuivat ulos asteroidivyöhykkeeltä [9] [12] . Myös Jupiter heitti osan massiivisista protoplaneetoista ulos asteroidivyöhykkeeltä, kun taas toiset protoplaneetat todennäköisesti vaelsivat aurinkokuntaan, missä niillä oli viimeinen rooli muutamien jäljellä olevien maanpäällisten planeettojen massan kasvattamisessa [9] [13] [ 14] . Tänä ehtymisen aikana jättimäisten planeettojen ja massiivisten protoplaneettojen vaikutus sai asteroidivyöhykkeen "ohentumaan" vain 1 prosenttiin Maan massasta, joka oli pääasiassa pieniä planetesimaaleja [12] . Tämä arvo on kuitenkin 10–20 kertaa suurempi kuin nykyinen asteroidivyöhykkeen massan arvo, joka on nyt 1/2000 Maan massasta [15] . Uskotaan, että toinen ehtymisjakso, joka toi asteroidivyön massan nykyarvoonsa, alkoi Jupiterin ja Saturnuksen saapuessa kiertoradan 2:1 resonanssiin.
On todennäköistä, että jättiläisten törmäysten ajanjaksolla sisäisen aurinkokunnan historiassa oli tärkeä rooli maapallon vesivarannon saamisessa (~6⋅10 21 kg). Tosiasia on, että vesi on liian haihtuva aine esiintyäkseen luonnollisesti Maan muodostumisen aikana. Todennäköisimmin se tuotiin Maahan aurinkokunnan kylmemmiltä alueilta [16] . Ehkäpä Jupiterin asteroidivyön ulkopuolelle heittämät protoplaneetat ja planetesimaalit toivat vettä Maahan [13] . Muita ehdokkaita veden päätoimittajiksi ovat myös pääasteroidivyön komeetat , jotka löydettiin vuonna 2006 [16] [17] , kun taas Kuiperin vyöhykkeeltä ja muilta syrjäisiltä alueilta peräisin olevat komeetat toivat oletettavasti enintään 6 % vettä maahan [18] [19] .
Nebulaarisen hypoteesin mukaan aurinkokunnan kaksi ulompaa planeettaa ovat "väärässä" paikassa. Uranus ja Neptunus , aurinkokunnan "jääjättiläiset", sijaitsevat alueella, jossa sumun materiaalin vähentynyt tiheys ja pitkät kiertoratajaksot tekivät tällaisten planeettojen muodostumisesta erittäin epätodennäköisen tapahtuman. Uskotaan, että nämä kaksi planeettaa muodostuivat alun perin kiertoradoilla lähellä Jupiteria ja Saturnusta, missä oli paljon enemmän rakennusmateriaalia, ja vasta satojen miljoonien vuosien jälkeen ne muuttivat nykyaikaisiin paikkoihinsa [20] .
Planeettojen vaeltaminen pystyy selittämään aurinkokunnan ulkoalueiden olemassaolon ja ominaisuudet [21] . Neptunuksen ulkopuolella aurinkokunta sisältää Kuiperin vyöhykkeen , sironneen levyn ja Oort-pilven , jotka ovat avoimia pienten jäisten kappaleiden ryhmiä, joista syntyy suurin osa aurinkokunnassa havaituista komeetoista [22] . Kuiperin vyö sijaitsee tällä hetkellä 30–55 AU:n etäisyydellä . eli Auringosta hajallaan oleva kiekko alkaa 100 AU:sta. e. Auringosta, ja Oort-pilvi on 50 000 a.u. esim. keskivalaisimista. Aiemmin Kuiperin vyö oli kuitenkin paljon tiheämpi ja lähempänä aurinkoa. Sen ulkoreuna oli noin 30 AU. esim. auringosta, kun taas sen sisäreuna sijaitsi suoraan Uranuksen ja Neptunuksen kiertoradan takana, jotka puolestaan olivat myös lähempänä Aurinkoa (noin 15–20 AU) ja lisäksi Uranus oli kauempana Auringosta kuin Neptunus [21] .
Aurinkokunnan muodostumisen jälkeen kaikkien jättiläisplaneettojen kiertoradat jatkoivat hitaasti muuttumista vuorovaikutuksen vaikutuksesta useiden jäljellä olevien planetesimaalien kanssa. 500-600 miljoonan vuoden jälkeen (4 miljardia vuotta sitten) Jupiter ja Saturnus astuivat kiertoradalle 2:1; Saturnus teki yhden kierroksen Auringon ympäri täsmälleen samassa ajassa kuin Jupiter teki 2 kierrosta [21] . Tämä resonanssi aiheutti gravitaatiopainetta ulkoplaneetoille, jolloin Neptunus pakeni Uranuksen kiertoradalta ja törmäsi muinaiseen Kuiperin vyöhykkeeseen. Samasta syystä planeetat alkoivat heittää niitä ympäröiviä jäisiä planetesimaaleja aurinkokunnan sisäosaan, kun taas ne itse alkoivat siirtyä poispäin. Tämä prosessi jatkui samalla tavalla: resonanssin vaikutuksesta jokainen seuraava planeetta, jonka he tapasivat matkallaan, heitti järjestelmän sisäosaan planetesimaaleja, ja itse planeettojen kiertoradat siirtyivät kauemmaksi [21] . Tämä prosessi jatkui, kunnes planetesimaalit tulivat Jupiterin suoran vaikutuksen vyöhykkeelle, minkä jälkeen tämän planeetan valtava painovoima lähetti ne erittäin elliptisille kiertoradalle tai jopa heitti ne pois aurinkokunnasta. Tämä työ vuorostaan siirsi hieman Jupiterin kiertorataa sisäänpäin [~ 1] . Jupiterin erittäin elliptisille kiertoradalle sinkoamat esineet muodostivat Oort-pilven, ja vaeltavan Neptunuksen sinkoamat kappaleet muodostivat modernin Kuiper-vyön ja hajallaan olevan kiekon [21] . Tämä skenaario selittää, miksi hajallaan olevan kiekon ja Kuiperin vyön massa on pieni. Jotkut sinkoutuneista esineistä, mukaan lukien Pluto, joutuivat lopulta gravitaatioresonanssiin Neptunuksen kiertoradan kanssa [23] . Vähitellen kitka hajallaan olevan kiekon kanssa teki Neptunuksen ja Uranuksen kiertoradat jälleen tasaiseksi [21] [24] .
On myös hypoteesi viidennestä kaasujättiläisestä , joka kävi läpi radikaalin vaelluksen ja työnnettiin aurinkokunnan modernin ilmeen muodostumisen aikana sen kaukaisille laitamille (josta tuli hypoteettinen planeetta Tyukhe tai toinen " Planeetta X ") tai jopa sen jälkeen (tuleminen orpoplaneetaksi ). Boulderin (Colorado, USA) Southwestern Research Instituten tähtitieteilijä David Nesvornyn mallin mukaan neljä miljardia vuotta sitten viides jättiläisplaneetta työnsi painovoimansa avulla Neptunuksen pois silloiselta kiertoradalta lähellä Jupiteria ja Saturnusta. uuteen paikkaan aurinkokunnan reunalla, Uranuksen tuolla puolen. Tämän Neptunuksen odysseian aikana gravitaatiovoimat heittivät pienet planeetat ulos kiertoradoilta, jotka sitten muodostivat nykyisen Kuiper-vyön ytimen . Viides jättiläisplaneetta itse Nesvornan mallin mukaan sinkoutui aurinkokunnasta ikuisesti [25] .
Konstantin Batygin ja Michael Brown esittivät hypoteesin massiivisen planeetan olemassaolosta Neptunuksen kiertoradan ulkopuolella 20. tammikuuta 2016 perustuen kuuden Trans-Neptunuksen kohteen kiertoradan analyysiin . Sen arvioitu massa, jota käytettiin laskelmissa, oli noin 10 Maan massaa, ja kierros Auringon ympäri kesti oletettavasti 10 000 - 20 000 maavuotta [2] .
Maaliskuun 2016 alussa joukko tutkijoita Harvard-Smithsonian Center for Astrophysicsistä ja Michiganin yliopistosta Monte Carlo -simulaatioiden perusteella ehdotti, että jos Jupiter heitti yhdeksän planeetan pitkänomaiselle kiertoradalle planeettojen vaeltamisen melko varhaisessa vaiheessa, 4,5 miljardia vuotta olemassaolosta ja Aurinkokunnan kehityksen aikana yhdeksäs planeetta lensi pois aurinkokunnasta 10-15 %:n todennäköisyydellä ohittaessaan toisen tähden, joka oli lähellä Auringosta. Tämä tarkoittaa, että koko planeettajärjestelmän historian aikana yhdeksäs planeetta ei lähestynyt tarpeeksi lähelle massiivisia esineitä [26] .
Uskotaan, että toisin kuin ulkoplaneetat, järjestelmän sisäkappaleet eivät ole kokeneet merkittäviä siirtymiä, koska jättimäisten törmäysten jakson jälkeen niiden kiertoradat pysyivät vakaina [6] .
Muinaisen asteroidivyön painovoiman hajoaminen luultavasti aloitti raskaan pommituksen noin 4 miljardia vuotta sitten, 500-600 miljoonaa vuotta aurinkokunnan muodostumisen jälkeen. Tämä ajanjakso kesti useita satoja miljoonia vuosia, ja sen seuraukset näkyvät edelleen aurinkokunnan geologisesti inaktiivisten kappaleiden, kuten Kuun tai Merkuriuksen, pinnalla lukuisten törmäyskraatterien muodossa. Ja vanhimmat todisteet elämästä maapallolla ovat peräisin 3,8 miljardin vuoden takaa, melkein heti myöhäisen raskaan pommituksen päättymisen jälkeen.
Jättimäiset törmäykset ovat normaali (tosin harvinainen viime aikoina) osa aurinkokunnan kehitystä. Todisteita tästä ovat Shoemaker-Levyn komeetan törmäys Jupiteriin vuonna 1994, taivaankappaleen putoaminen Jupiteriin vuonna 2009 ja meteoriittikraatteri Arizonassa. Tämä viittaa siihen, että kertymisprosessi aurinkokunnassa ei ole vielä valmis, ja siksi se aiheuttaa vaaran elämälle maapallolla.
Luonnolliset satelliitit muodostuivat useimpien aurinkokunnan planeettojen sekä monien muiden kappaleiden ympärille. Niiden muodostumiseen on kolme päämekanismia:
Jupiterilla ja Saturnuksella on monia satelliitteja, kuten Io , Europa , Ganymede ja Titan , jotka luultavasti muodostuivat näiden jättiläisplaneettojen ympärillä olevista kiekoista samalla tavalla kuin nämä planeetat itse muodostuivat nuoren auringon ympärillä olevasta kiekosta. Tämän osoittaa niiden suuri koko ja läheisyys planeetalle. Nämä ominaisuudet ovat mahdottomia vangitsemalla hankituille satelliiteille, ja planeettojen kaasumainen rakenne tekee mahdottomaksi hypoteesin kuuiden muodostumisesta planeetan törmäyksessä toiseen kappaleeseen.
Tähtitieteilijät arvioivat, että aurinkokunnassa ei tapahdu äärimmäisiä muutoksia ennen kuin Auringosta loppuu vetypolttoaine. Tämä virstanpylväs merkitsee Auringon siirtymisen alkua Hertzsprung-Russell-kaavion pääsekvenssistä punaisen jättiläisen vaiheeseen . Kuitenkin jopa tähden pääsarjan vaiheessa aurinkokunta jatkaa kehittymistä.
Aurinkokunta on kaoottinen järjestelmä [27] , jossa planeettojen kiertoradat ovat arvaamattomia erittäin pitkän ajan kuluessa. Yksi esimerkki tästä arvaamattomuudesta on Neptunus - Pluto -järjestelmä , joka on kiertoradalla 3:2 . Huolimatta siitä, että itse resonanssi pysyy vakaana, on mahdotonta ennustaa millään approksimaatiolla Pluton sijaintia kiertoradalla yli 10–20 miljoonan vuoden ajan ( Ljapunovin aikaa ) [28] . Toinen esimerkki on Maan pyörimisakselin kallistus , jota ei voida laskea 1,5–4,5 miljardin vuoden kuluttua vuorovesivuorovaikutuksista Kuun kanssa aiheutuvan Maan vaipan sisäisen kitkan vuoksi [29] .
Ulkoplaneettojen kiertoradat ovat kaoottisia suurilla aikaskaaloilla: niiden Ljapunov-aika on 2–230 miljoonaa vuotta [30] . Tämä ei tarkoita ainoastaan sitä, että planeetan sijaintia kiertoradalla tästä pisteestä ei voida tulevaisuudessa määrittää millään approksimaatiolla, vaan itse kiertoradat voivat muuttua äärimmäisillä tavoilla. Järjestelmän kaaos voi ilmetä voimakkaimmin kiertoradan epäkeskisyyden muutoksena , jossa planeettojen kiertoradat muuttuvat enemmän tai vähemmän elliptisiksi [31] .
Aurinkokunta on vakaa siinä mielessä, että mikään planeetta ei voi törmätä toiseen tai sinkoutua pois järjestelmästä seuraavien muutaman miljardin vuoden aikana [30] . Kuitenkin tämän ajanjakson jälkeen, esimerkiksi 5 miljardin vuoden sisällä, Marsin kiertoradan epäkeskisyys voi kasvaa arvoon 0,2, mikä johtaa Marsin ja Maan kiertoradan leikkauspisteeseen ja siten todelliseen törmäyksen uhka. Saman ajanjakson aikana Merkuriuksen kiertoradan eksentrisyys voi kasvaa entisestään, ja sen jälkeen lähellä Venusta oleva kulkureitti voi sinkouttaa Merkuriuksen ulos aurinkokunnasta [27] tai saattaa sen törmäyskurssille itse Venuksen kanssa tai Maa [32 ] .
Planeettojen kuun järjestelmien evoluutio määräytyy järjestelmän kappaleiden välisten vuorovesivuorovaikutusten perusteella. Satelliitin puolelta, sen eri alueilla planeettaan vaikuttavan gravitaatiovoiman eron vuoksi (kauemmat alueet houkuttelevat heikommin, kun taas läheisempiä ovat voimakkaampia), planeetan muoto muuttuu - se näyttää olevan hieman venytetty satelliitin suuntaan. Jos satelliitin pyörimissuunta planeetan ympäri osuu yhteen planeetan pyörimissuunnan kanssa ja samalla planeetta pyörii nopeammin kuin satelliitti, niin tämä planeetan "vuorovesimäki" jatkuvasti "karkaa" eteenpäin suhteessa satelliitille. Tässä tilanteessa planeetan pyörimisen kulmamomentti siirtyy satelliitille. Tämä johtaa siihen, että satelliitti vastaanottaa energiaa ja siirtyy vähitellen pois planeetalta, kun taas planeetta menettää energiaa ja pyörii yhä hitaammin.
Maa ja Kuu ovat esimerkki tällaisesta kokoonpanosta. Kuun pyörimisnopeus on vuorovesikiinteä suhteessa Maahan: Kuun kierros Maan ympäri (tällä hetkellä noin 29 päivää) osuu yhteen Kuun pyörimisjakson kanssa akselinsa ympäri, ja siksi Kuu on aina käännetty Maa samalla puolella. Kuu siirtyy vähitellen pois maasta, kun taas maan pyöriminen hidastuu. 50 miljardin vuoden kuluttua, jos ne selviävät Auringon laajenemisesta, Maa ja Kuu lukittuvat vuorovesi toisiinsa. Ne tulevat niin sanottuun spin-kiertoradan resonanssiin, jossa Kuu kiertää Maan ympäri 47 päivässä, molempien kappaleiden pyörimisjakso akselinsa ympäri on sama ja jokainen taivaankappale on aina näkyvissä vain toiselta puolelta kumppanilleen [33] [34] .
Muita esimerkkejä tästä kokoonpanosta ovat Jupiterin Galilean satelliittien järjestelmät [35] sekä useimmat Saturnuksen suurista satelliiteista [36] .
Erilainen skenaario odottaa järjestelmiä, joissa satelliitti liikkuu planeetan ympäri nopeammin kuin se pyörii itsensä ympäri tai joissa satelliitti liikkuu planeetan pyörimissuuntaan nähden. Tällaisissa tapauksissa planeetan vuoroveden muodonmuutos on jatkuvasti jäljessä satelliitin sijainnista. Tämä kääntää liikemäärän siirtymissuunnan kappaleiden välillä, mikä puolestaan johtaa planeetan pyörimisen kiihtymiseen ja satelliitin kiertoradan pienenemiseen. Ajan myötä satelliitti kiertää kierrettä kohti planeettaa, kunnes jossain vaiheessa se joko putoaa planeetan pintaan tai ilmakehään tai vuorovesivoimien repeämän sen, jolloin syntyy planeettarengas . Tällainen kohtalo odottaa Mars Phoboksen satelliittia (30-50 miljoonan vuoden kuluttua) [37] , Neptunus Tritonin satelliittia (3,6 miljardin vuoden kuluttua) [38] , Jupiterin Metistä ja Adrasteaa [39] sekä vähintään 16 pienet Uranuksen ja Neptunuksen kuut. Uranuksen satelliitti Desdemona voi jopa törmätä viereiseen kuuhun [40] .
Ja lopuksi, kolmannen tyyppisessä konfiguraatiossa planeetta ja satelliitti ovat vuorovesikiinnitys suhteessa toisiinsa. Tässä tapauksessa "vuorovesimäki" sijaitsee aina tarkalleen satelliitin alla, kulmamomenttia ei siirretä, ja tämän seurauksena kiertorata ei muutu. Esimerkki tällaisesta kokoonpanosta on Pluto ja Charon [41] .
Ennen Cassini-Huygensin tutkimusmatkaa vuonna 2004 uskottiin, että Saturnuksen renkaat olivat paljon nuorempia kuin aurinkokunta ja että ne kestävät enintään 300 miljoonaa vuotta. Oletettiin, että gravitaatiovuorovaikutukset Saturnuksen kuuiden kanssa siirtäisivät vähitellen renkaiden ulkoreunaa lähemmäs planeettaa, kun taas Saturnuksen painovoima ja pommittavat meteoriitit lopettaisivat työn tyhjentäen Saturnuksen ympärillä olevan avaruuden täysin [42] . Cassini-operaation tiedot pakottivat tutkijat kuitenkin harkitsemaan tätä näkökulmaa uudelleen. Havainnot ovat tallentaneet halkaisijaltaan jopa 10 km:n materiaalia jäälohkoja, jotka ovat jatkuvassa murskaus- ja uudistumisprosessissa, jotka uusivat jatkuvasti renkaita. Nämä renkaat ovat paljon massiivisempia kuin muiden kaasujättiläisten renkaat. Juuri tämän suuren massan uskotaan säilyttäneen renkaat 4,5 miljardia vuotta Saturnuksen muodostumisen jälkeen ja todennäköisesti säilyttävän ne seuraavat miljardi vuotta [43] .
Kaukana tulevaisuudessa aurinkokunnan suurimmat muutokset liittyvät Auringon tilan muutokseen sen ikääntymisen vuoksi. Kun Aurinko polttaa vetypolttoainevarastojaan, se lämpenee ja sen seurauksena käyttää vetyvarastoja yhä nopeammin. Tämän seurauksena Auringon kirkkaus kasvaa 10 % 1,1 miljardin vuoden välein [44] . Miljardin vuoden kuluttua aurinkosäteilyn lisääntymisen vuoksi aurinkokunnan ympärillä oleva asuttava vyöhyke siirtyy nykyaikaisen maapallon kiertoradan rajojen ulkopuolelle. Maan pinta lämpenee vähitellen niin paljon, että veden läsnäolo nestemäisessä tilassa tulee mahdottomaksi. Valtamerten haihtuminen luo kasvihuoneilmiön , joka johtaa maapallon entistä voimakkaampaan kuumenemiseen. Maan olemassaolon tässä vaiheessa elämän olemassaolo Maan pinnalla tulee mahdottomaksi [45] [46] . Näyttää kuitenkin todennäköiseltä, että tänä aikana Marsin pintalämpötila nousee vähitellen . Planeetan suolistossa jäätynyttä vettä ja hiilidioksidia alkaa vapautua ilmakehään, mikä johtaa kasvihuoneilmiön syntymiseen, mikä lisää pinnan kuumenemisnopeutta entisestään. Tämän seurauksena Marsin ilmakehä saavuttaa samankaltaiset olosuhteet kuin Maan, ja näin Marsista voi hyvinkin tulla mahdollinen elämän turvapaikka tulevaisuudessa [47] .
Noin 3,5 miljardin vuoden kuluttua olosuhteet Maan pinnalla ovat samankaltaiset kuin Venuksen planeetalla nykyään : valtameret suurelta osin haihtuvat ja kaikki elämä kuolee vähitellen pois [44] .
Noin 7,7 miljardin vuoden kuluttua Auringon ydin lämpenee niin kuumaksi, että se alkaa polttaa vetyä ympäröivässä kuoressa [45] . Tämä merkitsee tähden ulompien kerrosten voimakasta laajenemista, ja siten Aurinko siirtyy evoluutionsa uuteen vaiheeseen muuttuen punaiseksi jättiläiseksi [48] . Tässä vaiheessa Auringon säde on 1,2 AU. e., joka on 256 kertaa sen nykyinen säde. Tähden pinta-alan moninkertainen kasvu johtaa pinnan lämpötilan laskuun (noin 2600 K) ja valoisuuden lisääntymiseen (2700 kertaa nykyinen arvo). Kaasujen pintamassat hajoavat melko nopeasti aurinkotuulen vaikutuksesta, minkä seurauksena noin 33 % sen massasta kulkeutuu ympäröivään tilaan [45] [49] . On todennäköistä, että tänä aikana Saturnuksen kuu Titan saavuttaa elämän ylläpitämiseksi hyväksyttävät olosuhteet [50] [51] .
Laajentuessaan Aurinko nielaisee kokonaan Merkuriuksen ja luultavasti Venuksen planeetat [52] . Maan kohtaloa ei tällä hetkellä ymmärretä hyvin. Huolimatta siitä, että Auringon säde sisältää nykyaikaisen Maan kiertoradan, tähden massan menetys ja sen seurauksena vetovoiman heikkeneminen johtaa planeettojen kiertoradan siirtymiseen suurempiin etäisyyksiin [45] . On mahdollista, että tämä mahdollistaa Maan ja Venuksen siirtymisen korkeammalle kiertoradalle välttäen emätähden absorptiota [49] , mutta vuonna 2008 tehdyt tutkimukset osoittavat, että Aurinko absorboi maapallon todennäköisesti edelleen vuorovesivuorovaikutusten vuoksi. sen ulkokuorella [45] .
Vedyn asteittainen palaminen auringon ydintä ympäröivillä alueilla johtaa sen massan kasvuun, kunnes se saavuttaa arvon 45 % tähden massasta. Tässä vaiheessa sen tiheys ja lämpötila nousevat niin korkeiksi, että tapahtuu heliumin välähdys ja heliumin lämpöydinfuusio hiileksi alkaa . Tämän vaiheen aikana Auringon koko pienenee aiemmasta 250 säteestä 11:een. Sen kirkkaus putoaa 3000-kertaisesta 54-kertaiseksi nykyisen Auringon tasoon verrattuna ja pintalämpötila nousee 4770 K:iin. Helium-hiilifuusiofaasi on luonteeltaan vakaa, mutta kestää vain noin 100 miljoonaa vuotta. Vähitellen, kuten vedyn palamisvaiheessa, ydintä ympäröivien alueiden heliumvarat vangitaan reaktiossa, mikä johtaa tähden uudelleenlaajenemiseen ja siitä tulee jälleen punainen jättiläinen. Tämä vaihe siirtää Auringon Hertzsprung-Russell-kaavion asymptoottiseen jättimäiseen haaraan . Tässä vaiheessa Auringon kirkkaus kasvaa kertoimella 2090 nykyiseen verrattuna ja pinnan lämpötila laskee 3500 K:iin [45] . Tämä Auringon olemassaolon vaihe kestää noin 30 miljoonaa vuotta. Tulevaisuudessa aurinkotuuli (tähtikuoren hiukkasten sironta) alkaa lisääntyä, ja jäljellä olevat Auringon ulkokerrokset heitetään ulkoavaruuteen voimakkaiden tähtiainesuihkujen muodossa. Poistettu aine muodostaa halon, jota kutsutaan planetaariseksi sumuksi , joka koostuu viimeisten faasien palamistuotteista - heliumista ja hiilestä. Tämä aine osallistuu tähtienvälisen avaruuden rikastamiseen raskailla elementeillä, joita tarvitaan seuraavien sukupolvien kosmisten kappaleiden muodostumiseen [53] .
Auringon ulkokerrosten irtoamisprosessi on suhteellisen hiljainen ilmiö verrattuna esimerkiksi supernovaräjähdukseen . Se edustaa merkittävää lisäystä aurinkotuulen voimakkuudessa, ei tarpeeksi tuhoamaan lähellä olevia planeettoja. Kuitenkin tähden massiivinen massan menetys saa planeetat siirtymään pois kiertoradalta, mikä heittää aurinkokunnan kaaokseen. Jotkut planeetoista voivat törmätä toisiinsa, jotkut voivat poistua aurinkokunnasta, jotkut voivat jäädä etäälle [54] . Noin 75 000 vuoden kuluttua punaisesta jättiläisestä on jäljellä vain pieni keskusydin - valkoinen kääpiö , pieni mutta erittäin tiheä avaruusobjekti. Loput massasta on noin 50 % siitä, mitä Auringolla on nykyään, ja sen tiheys nousee kahteen miljoonaan tonniin kuutiosenttimetriä kohden [55] . Tämän tähden koko on verrattavissa Maan kokoon. Aluksi tämän valkoisen kääpiön kirkkaus saattaa olla 100 kertaa suurempi kuin Auringon nykyinen kirkkaus. Se koostuu kokonaan rappeutuneesta hiilestä ja hapesta , mutta se ei koskaan pysty saavuttamaan lämpötiloja, jotka ovat riittäviä aloittamaan näiden alkuaineiden synteesin . Siten valkoinen kääpiö-aurinko jäähtyy vähitellen ja himmenee ja kylmenee [56] .
Kun aurinko kuolee, sen painovoiman vaikutus ympärillä kiertäviin kappaleisiin (planeetat, komeetat, asteroidit) heikkenee tähden menettämän massaa. Tänä aikana aurinkokunnan kohteiden lopullinen konfiguraatio saavutetaan. Kaikkien elossa olevien planeettojen kiertoradat siirtyvät pitemmälle: Merkurius lakkaa olemasta [57] , jos Venus, Maa ja Mars ovat edelleen olemassa, niiden kiertoradat ovat noin 1,4 AU. e. ( 210 000 000 km ), 1,9 a. e. ( 280 000 000 km ) ja 2,8 a. e. ( 420 000 000 km ). Nämä ja kaikki jäljellä olevat planeetat ovat kylmiä, tummia maailmoja, joissa ei ole minkäänlaista elämää [49] . Ne jatkavat kuolleen tähtensä kiertämistä, ja niiden nopeus heikkenee merkittävästi etäisyyden Auringosta lisääntymisen ja vetovoiman vähenemisen vuoksi. 2 miljardia vuotta myöhemmin, kun Aurinko jäähtyy 6000-8000 K, hiili ja happi Auringon ytimessä jähmettyvät, 90 % ytimen massasta saa kiderakenteen [58] . Viime kädessä, monien miljardien vuosien jälkeen valkoisena kääpiönä, Aurinko lakkaa kokonaan lähettämästä näkyvää valoa, radioaaltoja ja infrapunasäteilyä ympäröivään avaruuteen ja muuttuu mustaksi kääpiöksi [59] . Auringon koko historia syntymästä kuolemaan kestää noin 12,4 miljardia vuotta [55] .
Aurinkokunta liikkuu Linnunradan galaksin läpi ympyräradalla noin 30 000 valovuoden etäisyydellä galaksin keskustasta nopeudella 220 km/s. Vallankumousjakso galaksin keskustan ympärillä, niin kutsuttu galaksivuosi , on aurinkokunnassa noin 220-250 miljoonaa vuotta. Aurinkokunta on muodostumisensa alusta lähtien tehnyt vähintään 20 kierrosta galaksin keskustan ympäri [60] .
Monet tutkijat uskovat, että aurinkokunnan kulkeminen galaksin läpi vaikuttaa eläinmaailman massasukupuuttojen tiheyteen menneisyydessä. Yhden hypoteesin mukaan Auringon pystysuuntaiset värähtelyt kiertoradalla galaktisen keskuksen ympärillä, mikä johtaa siihen, että Aurinko ylittää säännöllisen galaksin tason, muuttavat galaktisten vuorovesivoimien vaikutuksen voimaa aurinkokuntaan. Kun Aurinko on galaktisen kiekon ulkopuolella, galaktisten vuorovesivoimien vaikutus on pienempi; kun se palaa galaktiselle levylle - ja tämä tapahtuu 20-25 miljoonan vuoden välein - se joutuu paljon voimakkaampien vuorovesivoimien vaikutuksen alle. Tämä lisää matemaattisten mallien mukaan Oortin pilvestä aurinkokuntaan saapuvien komeettojen taajuutta 4 suuruusluokkaa ja lisää siten suuresti globaalien katastrofien todennäköisyyttä komeettojen putoamisen seurauksena [61] .
Monet kuitenkin kiistävät tämän hypoteesin väittäen, että aurinko on jo lähellä galaktista tasoa, mutta viimeisin massasukupuutto tapahtui 15 miljoonaa vuotta sitten. Siksi aurinkokunnan pystysuora sijainti galaksin tasoon nähden ei voi yksin selittää massasukupuuttojen jaksollisuutta maan päällä, mutta on ehdotettu, että nämä sukupuutot voivat liittyä Auringon kulkemiseen galaksin spiraalihaarojen läpi. . Spiraalivarret eivät sisällä vain suuria molekyylipilvien ryhmiä , joiden painovoima voi muuttaa Oort-pilven muotoa, vaan myös suuren joukon kirkkaan sinisiä jättiläisiä , jotka elävät suhteellisen lyhyen ajan ja kuolevat räjähtäen supernoveissa , jotka ovat vaarallisia kaikelle lähistölle. 62] .
Huolimatta siitä, että suurin osa maailmankaikkeuden galakseista on siirtymässä pois Linnunradalta, Andromedan galaksi , joka on paikallisen ryhmän suurin galaksi , päinvastoin, lähestyy sitä 120 km / s nopeudella. 63] . Kahden miljardin vuoden kuluttua Linnunrata ja Andromeda törmäävät, ja tämän törmäyksen seurauksena molemmat galaksit ovat epämuodostuneita. Ulommat spiraalivarret romahtavat, mutta galaksien välisen vuorovesivuorovaikutuksen aiheuttamia "vuorovesipyrstöjä" muodostuu. Todennäköisyys, että tämän tapahtuman seurauksena aurinkokunta sinkoutuu Linnunradalta häntään, on 12 % ja todennäköisyys, että Andromeda kaappaa aurinkokunnan, on 3 % [63] . Sarjan tangentiaalisten törmäysten jälkeen, mikä lisää aurinkokunnan sinkoutumistodennäköisyyttä Linnunradalta 30 %:iin [64] , niiden keskeiset mustat aukot sulautuvat yhdeksi. 7 miljardin vuoden kuluttua Linnunrata ja Andromeda sulautuvat päätökseen ja muuttuvat yhdeksi jättimäiseksi elliptiseksi galaksiksi . Galaksien sulautumisen aikana, lisääntyneen painovoiman vuoksi, tähtienvälinen kaasu vetää voimakkaasti puoleensa galaksin keskustaa. Jos tätä kaasua on tarpeeksi, se voi johtaa ns . tähtienmuodostuksen purskeeseen uudessa galaksissa [63] . Galaksin keskustaan putoava kaasu ruokkii aktiivisesti äskettäin muodostunutta mustaa aukkoa muuttaen sen aktiiviseksi galaktiseksi ytimeksi . Tämän aikakauden aikana on todennäköistä, että aurinkokunta työnnetään uuden galaksin ulkokehään , jolloin se pysyy turvallisella etäisyydellä näiden suurenmoisten törmäysten säteilystä [63] [64] .
On yleinen väärinkäsitys, että galaksien törmäys tuhoaa lähes varmasti aurinkokunnan, mutta tämä ei ole täysin totta. Huolimatta siitä, että ohi kulkevien tähtien painovoima pystyy tähän melkoisesti, yksittäisten tähtien välinen etäisyys on niin suuri, että minkä tahansa tähden tuhoava vaikutus aurinkokunnan eheyteen galaktisen törmäyksen aikana on hyvin pieni. Todennäköisesti aurinkokunta kokee galaksien törmäyksen vaikutuksen kokonaisuutena, mutta planeettojen ja auringon keskinäinen sijainti säilyy häiriöttömänä [65] .
Ajan myötä aurinkokunnan kokonaistodennäköisyys tuhoutua ohitsevien tähtien painovoiman vaikutuksesta kuitenkin kasvaa vähitellen. Olettaen, että maailmankaikkeus ei päädy suureen puristumiseen tai suureen repeytymiseen , laskelmat ennustavat, että ohi kulkevat tähdet tuhoavat aurinkokunnan kokonaan 1 kvadriljoonassa (1015 ) vuodessa. Tuossa kaukaisessa tulevaisuudessa aurinko ja planeetat jatkavat matkaansa galaksin läpi, mutta aurinkokunta kokonaisuudessaan lakkaa olemasta [66] .