A modern elképzelések szerint a Naprendszer kialakulása körülbelül 4,6 milliárd évvel ezelőtt kezdődött egy óriási csillagközi molekulafelhő egy kis részének gravitációs összeomlásával . Az anyag nagy része az összeomlás gravitációs központjában kötött ki, majd létrejött egy csillag - a Nap. Az anyag, amely nem esett a középpontba, egy körülötte forgó protoplanetáris korongot alkotott , amelyből a bolygók , műholdaik , aszteroidák és a Naprendszer egyéb kis testei keletkeztek .
A gáz- és porfelhő, amelyben a Nap és a hozzá legközelebb eső csillagok keletkeztek, valószínűleg egy körülbelül 30 naptömegű szupernóva robbanása következtében keletkezett, amely után nehéz és radioaktív elemek kerültek az űrbe . 2012-ben a csillagászok azt javasolták, hogy ezt a szupernóvát Coatlicue -nek nevezzék el az azték istennőről [1] .
A Naprendszer gáz- és porfelhőből történő kialakulásának hipotézisét - a köd hipotézist - eredetileg Emmanuel Swedenborg , Immanuel Kant és Pierre-Simon Laplace javasolta a 18. században . A jövőben fejlesztése számos tudományág részvételével zajlott, beleértve a csillagászatot , a fizikát , a geológiát és a planetológiát . Az űrkorszak beköszöntével az 1950-es években, valamint a Naprendszeren kívüli bolygók ( exobolygók ) felfedezésével az 1990-es években ez a modell számos teszten és fejlesztésen esett át az új adatok és megfigyelések magyarázatára.
A jelenleg elfogadott hipotézis szerint a Naprendszer kialakulása körülbelül 4,6 milliárd évvel ezelőtt kezdődött egy óriási csillagközi gáz- és porfelhő egy kis részének gravitációs összeomlásával . Általánosságban ez a folyamat a következőképpen írható le:
Korábban azt hitték, hogy az összes bolygó megközelítőleg azon a pályán alakult ki, ahol jelenleg van, de a 20. század végén és a 21. század elején ez a nézőpont gyökeresen megváltozott. Ma már úgy tartják, hogy létezésének hajnalán a Naprendszer teljesen másképp nézett ki, mint amilyennek most látszik [2] . A modern felfogások szerint a külső Naprendszer méreteiben jóval kompaktabb volt a jelenleginél, a Kuiper-öv sokkal közelebb volt a Naphoz, a belső Naprendszerben pedig a máig fennmaradt égitestek mellett, voltak más, a Merkúrnál nem kisebb méretű objektumok .
A bolygókorszak végén a belső Naprendszert 50-100 protobolygó lakta, amelyek mérete a holdtól a marsiig terjedt [3] [4] . Az égitestek méretének további növekedése ezen protobolygók ütközésének és összeolvadásának volt köszönhető. Így például az egyik ütközés következtében a Merkúr elvesztette köpenyének nagy részét [5] , míg egy másik, az ún. óriás ütközés (talán a hipotetikus Theia bolygóval ) megszületett a Föld holdja . Az ütközéseknek ez a fázisa körülbelül 100 millió évig tartott, mígnem a ma ismert 4 hatalmas égitest pályán maradt [6] . Létezik egy hipotézis a földi bolygók sokkal rövidebb keletkezési periódusairól is [7] .
Ennek a modellnek az egyik megoldatlan problémája, hogy nem tudja megmagyarázni, hogy a protoplanetáris objektumok kezdeti pályái, amelyeknek nagy excentricitást kellett mutatniuk ahhoz, hogy egymásnak ütközzenek, hogyan hozhatnak létre stabil és közel kör alakú pályát. a maradék négy bolygó pályája [3] . Az egyik hipotézis szerint ezek a bolygók akkor keletkeztek, amikor a bolygóközi térben még jelentős mennyiségű gáz- és poranyag volt, ami a súrlódás miatt csökkentette a bolygók energiáját, és simábbá tette pályájukat [4] . Ennek a gáznak azonban meg kellett volna akadályoznia a nagy megnyúlást a protobolygók kezdeti pályáján [6] .
Egy másik hipotézis azt sugallja, hogy a belső bolygók pályáinak korrekciója nem a gázzal való kölcsönhatás miatt következett be, hanem a rendszer fennmaradó kisebb testeivel való kölcsönhatás miatt. Amint a nagy testek áthaladtak a kis tárgyak felhőjén, az utóbbiak a gravitációs hatás miatt nagyobb sűrűségű területekbe húzódtak, és így „gravitációs gerinceket” hoztak létre a nagy bolygók útja mentén. E „gerincek” növekvő gravitációs hatása e hipotézis szerint a bolygók lelassulását és lekerekített pályára lépését okozta [8] .
A belső naprendszer külső határa 2 és 4 AU között helyezkedik el. pl. a Napból és az aszteroidaövet képviseli . A Mars és a Jupiter közötti bolygó létezésére vonatkozó hipotéziseket (például a Phaeton hipotetikus bolygót) felállítottak, de végül nem erősítették meg, amely a Naprendszer kialakulásának korai szakaszában összeomlott, így az aszteroidák, amelyek kialakult az öv töredékei lettek. A modern nézetek szerint nem létezett egyetlen protobolygó - az aszteroidák forrása. Kezdetben az aszteroidaöv elegendő anyagot tartalmazott ahhoz, hogy 2-3 Föld méretű bolygót képezzen. Ezen a területen nagyszámú planetezimál volt , amelyek egymáshoz tapadva egyre nagyobb objektumokat alkottak. Ezen egyesülések eredményeként az aszteroidaövben körülbelül 20-30 protobolygó jött létre, holdtól marsig terjedő méretű [9] . Azonban attól az időponttól kezdve, amikor a Jupiter bolygó kialakult az öv relatív közelségében , ennek a régiónak az evolúciója más utat járt be [3] . A Jupiterrel és a Szaturnusszal való erőteljes orbitális rezonanciák , valamint a nagyobb tömegű protobolygók gravitációs kölcsönhatásai ezen a területen elpusztították a már kialakult planetezimálokat. Amikor egy óriásbolygó közelében elhaladtak a rezonancia tartományába, a planetezimálok további gyorsulást kaptak, a szomszédos égitestekbe ütköztek és összetörtek, ahelyett, hogy zökkenőmentesen összeolvadtak volna [10] .
Ahogy a Jupiter a rendszer közepébe vándorolt , az ebből eredő perturbációk egyre hangsúlyosabbá váltak [11] . E rezonanciák hatására a planetezimálok megváltoztatták pályájuk excentricitását és dőlésszögét, és ki is dobták őket az aszteroidaövből [9] [12] . A hatalmas protobolygók egy részét szintén a Jupiter dobta ki az aszteroidaövből, míg más protobolygók valószínűleg a belső Naprendszerbe vándoroltak, ahol a végső szerepet játszották a néhány megmaradt földi bolygó tömegének növelésében [9] [13] [ 14] . A kimerülésnek ebben az időszakában az óriásbolygók és a hatalmas protobolygók hatására az aszteroidaöv a Föld tömegének mindössze 1%-ára "vékonyodott", ami főleg kis planetezimálokból állt [12] . Ez az érték azonban 10-20-szor nagyobb, mint az aszteroidaöv jelenlegi tömegének értéke, amely jelenleg a Föld tömegének 1/2000-e [15] . Feltételezések szerint a második kimerülési periódus, amely az aszteroidaöv tömegét a jelenlegi értékére hozta, akkor kezdődött, amikor a Jupiter és a Szaturnusz 2:1 arányú keringési rezonanciába került.
Valószínű, hogy a Föld vízkészletének (~6⋅10 21 kg) beszerzésében fontos szerepet játszott a belső Naprendszer történetében az óriási ütközések időszaka . Az a tény, hogy a víz túlságosan illékony anyag ahhoz, hogy a Föld kialakulása során természetesen előforduljon. Valószínűleg a Naprendszer külső, hidegebb vidékeiről hozták a Földre [16] . Talán a Jupiter által az aszteroidaövön kívülről kidobott protobolygók és planetezimálok vitték a vizet a Földre [13] . További jelöltek a víz fő szállítóinak szerepére a fő aszteroidaöv 2006-ban felfedezett üstökösei [16] [17] , míg a Kuiper-övből és más távoli régiókból származó üstökösök állítólag legfeljebb 6%-ot hoztak víz a Földre [18] [19] .
A nebuláris hipotézis szerint a Naprendszer két külső bolygója "rossz" helyen van. Az Uránusz és a Neptunusz , a Naprendszer "jégóriásai" olyan régióban találhatók, ahol a köd anyagának csökkent sűrűsége és a hosszú keringési periódusok miatt az ilyen bolygók kialakulása nagyon valószínűtlen esemény. Úgy tartják, hogy ez a két bolygó eredetileg a Jupiter és a Szaturnusz közelében keringő pályán alakult ki, ahol sokkal több építőanyag volt, és csak több százmillió év után vándoroltak át modern helyzetükbe [20] .
A bolygóvándorlás képes megmagyarázni a Naprendszer külső régióinak létezését és tulajdonságait [21] . A Neptunuszon túl a Naprendszer tartalmazza a Kuiper-övet , a Scattered Disk -et és az Oort-felhőt , amelyek kis jeges testek nyílt halmazai, amelyek a Naprendszerben megfigyelt üstökösök többségét eredményezik [22] . A Kuiper-öv jelenleg 30–55 AU távolságra található. azaz a Naptól a szétszórt korong 100 AU-nál kezdődik. e. a Naptól, az Oort felhő pedig 50 000 a.u. pl. a központi lámpatestből. Azonban a múltban a Kuiper-öv sokkal sűrűbb volt és közelebb volt a Naphoz. A külső széle körülbelül 30 AU volt. például a Naptól, míg a belső széle közvetlenül az Uránusz és a Neptunusz pályája mögött helyezkedett el, amelyek viszont szintén közelebb voltak a Naphoz (kb. 15-20 AU), ráadásul az Uránusz távolabb volt a Naptól, mint a Neptunusz [21] .
A Naprendszer kialakulása után az összes óriásbolygó pályája lassan változott a nagyszámú megmaradt planetezimállal való kölcsönhatások hatására. 500-600 millió év után (4 milliárd évvel ezelőtt) a Jupiter és a Szaturnusz 2:1 arányú keringési rezonanciába került; A Szaturnusz egy fordulatot tett a Nap körül, pontosan annyi idő alatt, amennyi alatt a Jupiter 2 fordulatot tett [21] . Ez a rezonancia gravitációs nyomást keltett a külső bolygókon, aminek következtében a Neptunusz kimenekült az Uránusz pályájáról, és beleütközött az ősi Kuiper-övbe. Ugyanezen okból a bolygók elkezdték dobni az őket körülvevő jeges planetezimálokat a Naprendszer belsejébe, miközben ők maguk kezdtek távolodni kifelé. Ez a folyamat hasonló módon folytatódott: a rezonancia hatására minden következő bolygó, amellyel útjuk során találkozott, planetezimálokat dobott a rendszer belsejébe, maguk a bolygók pályája pedig távolabb került [21] . Ez a folyamat egészen addig folytatódott, amíg a planetezimálok be nem léptek a Jupiter közvetlen befolyásának zónájába, majd a bolygó hatalmas gravitációja erősen elliptikus pályára küldte őket, vagy akár ki is dobta őket a Naprendszerből. Ez a munka viszont kissé befelé tolta el a Jupiter pályáját [~ 1] . A Jupiter által erősen elliptikus pályára kilökött objektumok alkották az Oort-felhőt, a vándorló Neptunusz által kilökött testek pedig a modern Kuiper-övet és a szórt korongot [21] . Ez a forgatókönyv megmagyarázza, hogy a szétszórt korong és a Kuiper-öv miért alacsony tömegű. Néhány kilökött objektum, köztük a Plútó, végül gravitációs rezonanciába került a Neptunusz pályájával [23] . A szétszórt koronggal való súrlódás fokozatosan ismét egyenletessé tette a Neptunusz és az Uránusz pályáját [21] [24] .
Van egy hipotézis az ötödik gázóriásról is , amely radikális vándorláson ment keresztül, és a Naprendszer modern megjelenésének kialakulása során kiszorult távoli peremére (ami a hipotetikus Tyukhe bolygó vagy egy másik " X bolygó " lett), ill. még azon túl is ( árva bolygóvá válás ). David Nesvorny csillagász , a boulderi Southwestern Research Institute (Colorado, USA) modellje szerint 4 milliárd évvel ezelőtt az ötödik óriásbolygó gravitációs erejével kilökte a Neptunuszt akkori pályájáról a Jupiter és a Szaturnusz közelében. egy új helyre a Naprendszer perifériáján, az Uránuszon túl. A Neptunusz-odüsszeia során a gravitációs erők kisbolygókat dobtak ki pályájukról, amelyek aztán a jelenlegi Kuiper-öv magját képezték . Maga az ötödik óriásbolygó a Nesvorna-modell szerint örökre kilökődött a Naprendszerből [25] .
Konsztantyin Batygin és Michael Brown állította fel 2016. január 20-án a Neptunusz pályáján túli hatalmas bolygó jelenlétének hipotézisét hat transz-neptunusz objektum pályájának elemzése alapján . A számításokban használt becsült tömege hozzávetőlegesen 10 Földtömeg volt, a Nap körüli keringése pedig feltehetően 10 000 és 20 000 földi év között volt [2] .
2016 márciusának elején a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ és a Michigani Egyetem tudósainak egy csoportja Monte Carlo-szimulációk alapján azt javasolta, hogy ha a Jupiter a bolygóvándorlás meglehetősen korai szakaszában egy megnyúlt pályára dobja a Kilences bolygót, akkor 4,5 milliárd éves fennállása és A Naprendszer kialakulása során 10-15% volt a valószínűsége annak, hogy a Kilencedik bolygó kirepül a Naprendszerből, amikor elhaladt egy másik csillag mellett, amely közel van a Naphoz. Ez azt jelenti, hogy a bolygórendszer egész történetében a Kilencedik bolygó nem közelítette meg eléggé a hatalmas objektumokat [26] .
Úgy gondolják, hogy a külső bolygókkal ellentétben a rendszer belső testei nem mentek át jelentős vándorláson, mivel az óriási ütközések időszakát követően pályájuk stabil maradt [6] .
Az ősi aszteroidaöv gravitációs felszakadása valószínűleg körülbelül 4 milliárd évvel ezelőtt, 500-600 millió évvel a Naprendszer kialakulása után indította el a heves bombázások időszakát. Ez az időszak több száz millió évig tartott, és következményei máig láthatóak a Naprendszer geológiailag inaktív testeinek, például a Holdnak vagy a Merkúrnak a felszínén, számos becsapódási kráter formájában. A földi élet legrégebbi bizonyítéka pedig 3,8 milliárd évvel ezelőttre nyúlik vissza, szinte közvetlenül a késői nehézbombázás időszakának vége után.
Az óriási ütközések a Naprendszer evolúciójának normális (bár mostanában ritka) részei. Ennek bizonyítéka a Shoemaker-Levy üstökös ütközése a Jupiterrel 1994 -ben, egy égitest zuhanása a Jupiterre 2009-ben és egy meteoritkráter Arizonában. Ez arra utal, hogy a Naprendszerben a felszaporodási folyamat még nem fejeződött be, és ezért veszélyt jelent a földi életre.
Természetes műholdak alakultak ki a Naprendszer legtöbb bolygója, valamint sok más test körül. Kialakulásának három fő mechanizmusa van:
A Jupiternek és a Szaturnusznak számos műholdja van, például az Io , az Európa , a Ganymedes és a Titan , amelyek valószínűleg ugyanúgy az óriásbolygók körüli korongokból jöttek létre, mint ezek a bolygók maguk a fiatal Nap körüli korongból. Ezt jelzi nagy méretük és a bolygóhoz való közelségük. Ezek a tulajdonságok a befogással megszerzett műholdak számára lehetetlenek, és a bolygók gáznemű szerkezete lehetetlenné teszi azt a hipotézist, hogy a holdak egy bolygónak egy másik testtel való ütközésekor keletkeznek.
A csillagászok becslése szerint a Naprendszer nem fog végbemenni szélsőséges változásokon, amíg a Nap ki nem fogy a hidrogén üzemanyagból. Ez a mérföldkő jelzi a Nap átmenetének kezdetét a Hertzsprung-Russell diagram fő sorozatából a vörös óriás fázisba . A Naprendszer azonban még a csillagok fő sorozatának fázisában is tovább fejlődik.
A Naprendszer egy kaotikus rendszer [27] , amelyben a bolygók pályája nagyon hosszú ideig kiszámíthatatlan. Ennek a kiszámíthatatlanságnak egyik példája a Neptunusz - Plútó rendszer , amely 3:2 -es pályarezonanciában van. Annak ellenére, hogy maga a rezonancia stabil marad, lehetetlen bármilyen közelítéssel megjósolni a Plútó helyzetét a pályáján több mint 10-20 millió évre ( Ljapunov idő szerint ) [28] . Egy másik példa a Föld forgástengelyének dőlése , amely a Holddal való árapály-kölcsönhatások által okozott, a Föld köpenyén belüli súrlódás miatt nem számítható ki 1,5 és 4,5 milliárd év közötti távon a jövőben [29] .
A külső bolygók pályája nagy időskálán kaotikus: Ljapunov idejük 2-230 millió év [30] . Ez nem csak azt jelenti, hogy a bolygó helyzete innentől a pályán a jövőben semmilyen közelítéssel nem határozható meg, hanem maguk a pályák is extrém módon változhatnak. A rendszer káosza legerősebben a pálya excentricitásának megváltozásában nyilvánulhat meg , amelyben a bolygók pályái többé-kevésbé elliptikussá válnak [31] .
A Naprendszer abban az értelemben stabil, hogy a következő néhány milliárd évben egyetlen bolygó sem ütközhet másikkal, vagy nem dobható ki a rendszerből [30] . Ezen az időkereten túl azonban, például 5 milliárd éven belül, a Mars pályájának excentricitása 0,2-es értékre nőhet, ami a Mars és a Föld pályájának metszéspontjához vezet, és ezáltal egy valódi ütközés veszélye. Ugyanezen idő alatt a Merkúr pályájának excentricitása még jobban megnőhet, és ezt követően egy közeli átjáró a Vénusz közelében kidobhatja a Merkúrt a Naprendszerből [27] , vagy ütközési pályára állíthatja magával a Vénusszal vagy a Vénusszal. a Föld [32] .
A bolygók holdrendszereinek evolúcióját a rendszer testei közötti árapály-kölcsönhatások határozzák meg. A bolygóra ható gravitációs erő különbsége miatt a műhold oldaláról, annak különböző régióiban (a távolabbi régiók gyengébb, míg a közelebbiek erősebben vonzódnak) a bolygó alakja megváltozik - kissé látszólag a műhold irányába feszített. Ha a műhold bolygó körüli forgásának iránya egybeesik a bolygó forgási irányával, és ugyanakkor a bolygó gyorsabban forog, mint a műhold, akkor a bolygónak ez az "árapálydombja" folyamatosan "elszalad" előre a bolygó körül. a műholdra. Ebben a helyzetben a bolygó forgásának szögimpulzusa átkerül a műholdra. Ez oda vezet, hogy a műhold energiát kap, és fokozatosan eltávolodik a bolygótól, miközben a bolygó energiát veszít, és egyre lassabban forog.
A Föld és a Hold egy példa egy ilyen konfigurációra. A Hold forgása a Földhöz képest árapály-rögzített: a Hold Föld körüli forgásának periódusa (jelenleg kb. 29 nap) egybeesik a Hold tengelye körüli forgásának periódusával, ezért a Hold mindig a tengely körüli forgási periódusba esik. A Föld ugyanazon az oldalon. A Hold fokozatosan távolodik a Földtől, miközben a Föld forgása fokozatosan lelassul. 50 milliárd év múlva, ha túlélik a Nap tágulását, a Föld és a Hold apályszerűen összezárul egymással. Bekerülnek az úgynevezett spin-pálya rezonanciába, amelyben a Hold 47 nap alatt megkerüli a Földet, mindkét test tengelye körüli forgási periódusa azonos lesz, és az égitestek mindegyike mindig látható lesz. csak az egyik oldalról a partnere számára [33] [34] .
További példák erre a konfigurációra a Jupiter [35] galileai műholdak rendszerei , valamint a Szaturnusz legtöbb nagy műholdja [36] .
Más forgatókönyv vár azokra a rendszerekre, amelyekben a műhold gyorsabban mozog a bolygó körül, mint maga körül, vagy amelyekben a műhold a bolygó forgásával ellentétes irányban mozog. Ilyenkor a bolygó árapály-deformációja folyamatosan elmarad a műhold helyzetétől. Ez megfordítja a szögimpulzus átvitelének irányát a testek között, ami viszont a bolygó forgásának felgyorsulásához és a műhold pályájának csökkenéséhez vezet. Idővel a műhold spirálisan a bolygó felé halad, amíg egy bizonyos ponton vagy a felszínre, vagy a bolygó légkörébe esik, vagy az árapály erők szét nem szakítják, és így bolygógyűrű keletkezik . Ilyen sors vár a Mars Phobos műholdjára (30-50 millió év múlva) [37] , a Neptunusz Triton műholdra (3,6 milliárd év múlva) [38] , a Jupiter Metisére és Adrasteára [39] és legalább 16 az Uránusz és a Neptunusz kis holdjai . Az Uránusz Desdemona műholdja akár egy szomszédos holddal is ütközhet [40] .
És végül, a harmadik típusú konfigurációban a bolygó és a műhold dagályosan rögzítve van egymáshoz képest. Ebben az esetben az „árapálydomb” mindig pontosan a műhold alatt helyezkedik el, nincs szögimpulzus átvitel, és ennek eredményeként a keringési periódus nem változik. Ilyen konfiguráció például a Plútó és a Charon [41] .
A 2004-es Cassini-Huygens expedíció előtt azt hitték, hogy a Szaturnusz gyűrűi sokkal fiatalabbak, mint a Naprendszer, és legfeljebb 300 millió évig tartanak. Feltételezték, hogy a Szaturnusz holdjaival való gravitációs kölcsönhatások fokozatosan közelebb mozdítják a gyűrűk külső szélét a bolygóhoz, míg a Szaturnusz gravitációja és a bombázó meteoritok befejezik a munkát, teljesen megtisztítva a Szaturnusz körüli teret [42] . A Cassini-misszióból származó adatok azonban arra kényszerítették a tudósokat, hogy újragondolják ezt a nézőpontot. A megfigyelések legfeljebb 10 km átmérőjű jégtömböket jegyeztek fel, amelyek állandó zúzódási és reformálási folyamatban vannak, ami folyamatosan megújítja a gyűrűket. Ezek a gyűrűk sokkal masszívabbak, mint más gázóriásoké. A feltételezések szerint ez a nagy tömeg őrizte meg a gyűrűket 4,5 milliárd évig a Szaturnusz kialakulása óta, és valószínűleg a következő milliárd évig is megtartja őket [43] .
A távoli jövőben a Naprendszer legnagyobb változásai a Nap öregedéséből adódó állapotváltozáshoz kapcsolódnak majd. Ahogy a Nap elégeti hidrogén-üzemanyag-tartalékait, felmelegszik, és ennek következtében egyre gyorsabban használja fel a hidrogéntartalékait. Ennek eredményeként a Nap fényessége 1,1 milliárd évenként 10%-kal nő [44] . 1 milliárd év elteltével a napsugárzás növekedése miatt a Naprendszer csillagkörüli lakható zónája túl lesz tolva a modern földpálya határain. A Föld felszíne fokozatosan annyira felmelegszik, hogy a folyékony halmazállapotú víz jelenléte lehetetlenné válik rajta. Az óceánok párolgása üvegházhatást vált ki , ami a Föld még intenzívebb felmelegedéséhez vezet. A Föld létezésének ezen szakaszában az élet létezése a Föld felszínén lehetetlenné válik [45] [46] . Valószínűnek tűnik azonban, hogy ebben az időszakban a Mars felszíni hőmérséklete fokozatosan emelkedni fog . A bolygó beleiben megfagyott víz és szén-dioxid elkezd kiszabadulni a légkörbe, és ez üvegházhatás kialakulásához vezet, tovább növelve a felszín felmelegedésének sebességét. Ennek eredményeként a Mars légköre a Földéhez hasonló állapotokat ér el, így a Mars a jövőben az élet potenciális menedékévé válhat [47] .
Körülbelül 3,5 milliárd év múlva a Föld felszínének körülményei hasonlóak lesznek, mint a mai Vénusz bolygón : az óceánok nagyrészt elpárolognak, és minden élet fokozatosan kihal [44] .
Körülbelül 7,7 milliárd év múlva a Nap magja annyira felforrósodik, hogy megkezdi a hidrogén elégetését a környező héjban [45] . Ez a csillag külső rétegeinek erőteljes kitágulását vonja maga után, és így a Nap fejlődésének új szakaszába lép, vörös óriássá válik [48] . Ebben a fázisban a Nap sugara 1,2 AU lesz. e., amely mai sugarának 256-szorosa. A csillag felületének többszörös növelése a felszíni hőmérséklet csökkenéséhez (kb. 2600 K) és a fényerő növekedéséhez (a jelenlegi érték 2700-szorosa) vezet. A gázok felszíni tömegei a napszél hatására meglehetősen gyorsan eloszlanak, aminek következtében tömegének mintegy 33%-a elszáll a környező térbe [45] [49] . Valószínű, hogy ebben az időszakban a Szaturnusz Titán holdja eléri az életfenntartás szempontjából elfogadható feltételeket [50] [51] .
Ahogy tágul, a Nap teljesen elnyeli a Merkúr és valószínűleg a Vénusz bolygókat [52] . A Föld sorsa jelenleg nem teljesen ismert. Annak ellenére, hogy a Nap sugara magában foglalja a modern földi pályát is, a csillag tömegvesztesége és ennek következtében a vonzási erő csökkenése a bolygópályák nagyobb távolságra való elmozdulásához vezet [45] . Lehetséges, hogy így a Föld és a Vénusz magasabb pályára költözhet, elkerülve az anyacsillag általi elnyelést [49] , azonban a 2008-as vizsgálatok szerint a Földet nagy valószínűséggel még mindig elnyeli a Nap az árapály kölcsönhatások miatt. külső héjával [45] .
A hidrogén fokozatos égése a napmag körüli területeken tömegének növekedéséhez vezet, amíg el nem éri a csillag tömegének 45%-át. Ezen a ponton a sűrűsége és hőmérséklete olyan magas lesz, hogy hélium felvillanása következik be , és megkezdődik a hélium szénné termonukleáris fúziója . Ebben a fázisban a Nap mérete a korábbi 250-ről 11-re csökken. Fényereje a modern Nap szintjének 3000-szereséről 54-szeresére csökken, a felszíni hőmérséklet pedig 4770 K-re emelkedik. A hélium-szén fúziós fázis stabil jellegű lesz, de csak körülbelül 100 millió évig fog tartani. Fokozatosan, akárcsak a hidrogén égési fázisában, a magot körülvevő régiók héliumtartalékai is felfogódnak a reakcióban, ami a csillag újbóli tágulásához vezet, és ismét vörös óriássá válik. Ez a fázis átviszi a Napot a Hertzsprung-Russell diagram aszimptotikus óriáságába . Ebben a szakaszban a Nap fényessége a jelenlegihez képest 2090-szeresére nő, a felszíni hőmérséklet pedig 3500 K-re csökken [45] . A Nap létezésének ez a szakasza körülbelül 30 millió évig fog tartani. A jövőben a napszél (a csillaghéj részecskéinek szétszóródása) fokozódni kezd, és a Nap fennmaradó külső rétegei a világűrbe kerülnek, erőteljes csillaganyag-sugarak formájában. A kilökődött anyag egy bolygóködnek nevezett glóriát képez , amely az utolsó fázisok égéstermékeiből – héliumból és szénből – áll majd. Ez az anyag részt vesz majd a csillagközi tér olyan nehéz elemekkel való gazdagításában, amelyek szükségesek a következő generációk kozmikus testeinek kialakulásához [53] .
A Nap külső rétegeinek leválása viszonylag csendes jelenség például egy szupernóva-robbanáshoz képest . Jelentős növekedést jelent a napszél erejében, ami nem elegendő a közeli bolygók elpusztításához. Azonban a csillagok tömeges tömegvesztése miatt a bolygók kimozdulnak pályájukról, ami káoszba sodorja a Naprendszert. A bolygók egy része ütközhet egymással, van, amelyik elhagyja a Naprendszert, van, amelyik távoli távolságban maradhat [54] . Körülbelül 75 000 év múlva már csak egy kis központi magja marad egy vörös óriásnak – egy fehér törpenek , egy kicsi, de nagyon sűrű űrobjektumnak. A többi tömeg körülbelül 50%-a lesz a Nap mai tömegének, sűrűsége pedig eléri a kétmillió tonnát köbcentiméterenként [55] . Ennek a csillagnak a mérete hasonló lesz a Föld méretéhez. Kezdetben ennek a fehér törpenek a fényereje százszorosa lehet a Nap modern fényerejének. Teljesen degenerált szénből és oxigénből áll majd, de soha nem lesz képes elérni olyan hőmérsékletet, amely elegendő ahhoz, hogy megkezdődjön ezen elemek szintézise . Így a fehér törpe Nap fokozatosan lehűl, egyre halványabb és hidegebb lesz [56] .
Ahogy a Nap haldoklik, a körülötte keringő testekre (bolygók, üstökösök, aszteroidák) gyakorolt gravitációs hatása gyengül a csillag tömegvesztesége miatt. Ebben az időszakban érik el a Naprendszer objektumainak végső konfigurációját. Az összes túlélő bolygó pályája nagyobb távolságra fog elmozdulni: a Merkúr megszűnik létezni [57] , ha a Vénusz, a Föld és a Mars még létezik, akkor pályájuk körülbelül 1,4 AU méretű lesz. e. ( 210 000 000 km ), 1,9 a. e. ( 280 000 000 km ), és 2,8 a. e. ( 420 000 000 km ). Ezek és az összes többi bolygó hideg, sötét világ lesz, amely mentes minden életformától [49] . Továbbra is keringenek halott csillaguk körül, sebességük pedig jelentősen gyengül a Naptól való távolság növekedése és a gravitációs vonzás csökkenése miatt. 2 milliárd évvel később, amikor a Nap lehűl 6000-8000 K-re, a Nap magjában lévő szén és oxigén megszilárdul, a mag tömegének 90%-a kristályos szerkezetet vesz fel [58] . Végül, sok milliárd év után fehér törpeként a Nap teljesen felhagy a látható fény, a rádióhullámok és az infravörös sugárzás kibocsátásával a környező térbe, és fekete törpévé változik [59] . A Nap teljes története születésétől haláláig körülbelül 12,4 milliárd évig fog tartani [55] .
A Naprendszer a galaktikus központtól körülbelül 30 000 fényévnyi távolságra, körpályán halad át a Tejút-galaxison , 220 km/s sebességgel. A galaxis közepe körüli forradalom periódusa, az úgynevezett galaktikus év , a Naprendszerben körülbelül 220-250 millió év. A Naprendszer kialakulása kezdete óta legalább 20 fordulatot tett a galaxis közepe körül [60] .
Sok tudós úgy véli, hogy a Naprendszer galaxison való áthaladása befolyásolja az állatvilág tömeges kihalásának gyakoriságát a múltban. Az egyik hipotézis szerint a Napnak a galaktikus középpontja körüli pályáján keringő függőleges oszcillációi, amelyek a galaktikus sík Nap általi szabályos keresztezéséhez vezetnek, megváltoztatják a galaktikus árapály-erők Naprendszerre gyakorolt hatását. Amikor a Nap a galaktikus korongon kívül van, a galaktikus árapály-erők hatása kisebb; amikor visszatér a galaktikus korongra - és ez 20-25 millió évente történik - sokkal erősebb árapály-erők hatása alá kerül. Ez a matematikai modellek szerint 4 nagyságrenddel növeli az Oort-felhőből a Naprendszerbe érkező üstökösök gyakoriságát, és ezért nagymértékben megnöveli a globális katasztrófák valószínűségét az üstökösök Földre hullása következtében [61] .
Sokan azonban vitatják ezt a hipotézist, azzal érvelve, hogy a Nap már a galaktikus sík közelében van, de az utolsó tömeges kihalás 15 millió évvel ezelőtt történt. Ezért a Naprendszernek a galaktikus síkjához viszonyított függőleges helyzete önmagában nem magyarázhatja meg a Földön előforduló tömeges kihalások periodikusságát, de felmerült, hogy ezek a kihalások összefüggésbe hozhatók a Napnak a galaxis spirálkarjain való áthaladásával. . A spirálkarok nemcsak nagy molekulafelhők csoportjait tartalmazzák , amelyek gravitációja deformálhatja az Oort-felhőt, hanem nagyszámú élénkkék óriást is , amelyek viszonylag rövid ideig élnek, és szupernóvákban felrobbanva halnak meg, és veszélyesek a közeli élővilágra . 62] .
Annak ellenére, hogy az Univerzum galaxisainak túlnyomó többsége távolodik a Tejútrendszertől, az Androméda-galaxis , amely a helyi csoport legnagyobb galaxisa , éppen ellenkezőleg, 120 km / s sebességgel közelíti meg. 63] . 2 milliárd év múlva a Tejútrendszer és az Androméda összeütközik, és ennek az ütközésnek a következtében mindkét galaxis deformálódik. A külső spirálkarok összeomlanak, de a galaxisok közötti árapály-kölcsönhatások következtében "árapály-farok" alakul ki. Annak a valószínűsége, hogy az esemény következtében a Naprendszer a Tejútrendszerből a farokba lökődik, 12%, annak valószínűsége, hogy az Androméda befogja a Naprendszert, 3% [63] . Egy sor érintőleges ütközés után 30%-ra növeli a Naprendszer Tejútrendszerből való kilökődésének valószínűségét [64] , központi fekete lyukak egyesülnek. 7 milliárd év elteltével a Tejútrendszer és az Androméda befejezi egyesülését, és egyetlen hatalmas elliptikus galaxissá alakul . A galaxisok egyesülése során a megnövekedett gravitációs erő miatt a csillagközi gáz intenzíven fog vonzódni a galaxis középpontjához. Ha van elég ebből a gázból, az úgynevezett csillagkeletkezési robbanáshoz vezethet az új galaxisban [63] . A galaxis közepébe hulló gáz aktívan táplálja az újonnan kialakult fekete lyukat, aktív galaktikus atommaggá alakítva azt . Ebben a korszakban valószínű, hogy a Naprendszer az új galaxis külső glóriájába tolódik , ami lehetővé teszi, hogy biztonságos távolságban maradjon e grandiózus ütközések sugárzásától [63] [64] .
Elterjedt tévhit, hogy a galaxisok ütközése szinte biztosan tönkreteszi a Naprendszert, de ez nem teljesen igaz. Annak ellenére, hogy az elhaladó csillagok gravitációja eléggé képes erre, az egyes csillagok közötti távolság olyan nagy, hogy a galaktikus ütközés során nagyon kicsi annak a valószínűsége, hogy bármely csillag pusztító hatással legyen a Naprendszer integritására. Valószínűleg a Naprendszer egészében tapasztalja meg a galaxisok ütközésének hatását, de a bolygók és a Nap egymás közötti elhelyezkedése zavartalan marad [65] .
Idővel azonban fokozatosan növekszik annak a valószínűsége, hogy a Naprendszert az elhaladó csillagok gravitációja elpusztítja. Feltételezve, hogy az univerzum nem végződik nagy összenyomásban vagy nagy szakadásban , a számítások azt jósolják, hogy a Naprendszert 1 kvadrillió (1015 ) éven belül teljesen elpusztítják az elhaladó csillagok. Abban a távoli jövőben a Nap és a bolygók folytatják útjukat a galaxison keresztül, de a Naprendszer egésze megszűnik [66] .