태양은 핵융합이 끝나면 적색거성을 거쳐 백색왜성이 되고 다시 1000조년이 지나면 흑색왜성이 된다. 흑색왜성은 우주의 나이가 150억 년도 안 된다는 점을 감안하면 우주에 존재하지 않는 가상의 천체다. 태양은 50억년70억년 후부터 부풀어 오르면서 막대한 물질을 방출하고, 결국은 질량의 54%만 남기고 백색왜성이 되는 것이다. 이 과정에서 태양은 지구와 화성 궤도까지 확장돼 수성과 금성, 지구를 삼키거나 지구를 튕겨낼 수 있다. 화성은 태양에 흡수되지는 않지만 질량이 작아 전체 태양계 구도에 큰 영향을 미치지 않는다. 과학자들은 우리의 태양계가 언제 사라질지 알아내기 위해 노력했다. 1999년의 연구에서는 태양계가 적어도 100경년에 걸쳐 서서히 붕괴될 것이라고 예측했다.
2020년 시뮬레이션 연구에 따르면 태양이 완전히 소멸되기 전에 태양계가 해체되는 것으로 나타났다. 그 시기도 과거 예상보다 빠른 약 1000억 년 후다. 과거 연구는 태양계를 초기에 변화시키는 중요한 계산 요소를 몇 가지 간과했음을 발견했다.’다체 문제(n-body problem)’와 섭동이론(perturbation theory)’이 그것이다. 다체문제란 3개 이상의 천체가 서로 중력의 작용에 의해 일어난 운동문제이며, 섭동은 한 천체의 평형상태가 다른 천체의 중력에 의해 교란되는 현상이다. 즉 여러 천체가 서로 영향을 주면 복잡해지는 현상이다. 태양의 질량이 감소하면 외부 행성에 대한 중력도 약화되므로 목성 토성 천왕성 해왕성은 태양으로부터 점차 멀어지고 각 행성 사이에서 중력의 영향이 커진다. 시뮬레이션 결과 태양이 백색왜성으로 진화하면 외부 행성은 더 큰 궤도를 돌게 되지만 목성이 태양을 다섯 번 공전할 때마다 토성은 두 번 공전하는 안정적인 궤도공명 상태를 한동안 유지했다. 이렇게 확장된 궤도와 공명 상태는 그 행성 간의 섭동에 더 취약하다. 약 300억 년이 지나면 행성의 궤도는 서로 얽히고 결국에는 목성만 남겨둔 채 모두 태양계를 떠나 떠도는 행성이 된다. 다른 행성이 모두 이탈한 후에도 거의 500억 년이 지나 홀로 존속했다. 다른 행성이 없으면 목성은 탈출 에너지를 얻을 수 없다. 약 2300만 년에 한 번 태양계 근처를 지나는 다른 항성계가 영향을 줄 것이다. 결국 1000억 년이 지나면 태양계에 행성은 더 이상 남지 않게 된다. 이번 시뮬레이션은 근접하는 다른 항성계를 쌍성이나 삼중성으로 보지 않고, 태양이 백색왜성으로 바뀌는 시기에 은하계와 안드로메다 은하의 합병에 따른 불확실성을 반영하지 않는 등 한계가 있다.https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/abb8deThe following article is FREE ARTICLE The Great Inequality and the Dynamical Disintegration of the Outer Solar System Jon K. Zink 1 , Konstantin Batygin 2 , and Fred C. Adams 3,4 Published 2020 October 29 • © 2020. The American Astronomical Society. All rights reserved. The Astronomical Journal , Vo…iopscience.iop.org