太陽系の形成と進化

原始惑星系円盤の想像図

太陽系の形成は、約46億年前に巨大な分子雲の小さな部分の重力崩壊から始まったという証拠があります。[ 1 ]崩壊した質量の大部分は中心に集まり太陽を形成し、残りの部分は原始惑星円盤に平らになり、そこから惑星、衛星、小惑星、その他の太陽系の小さな天体が形成されました。

星雲仮説として知られるこのモデルは、18世紀にエマヌエル・スウェーデンボルグ、イマヌエル・カント、ピエール＝シモン・ラプラスによって初めて提唱されました。その後の発展は、天文学、化学、地質学、物理学、惑星科学など、様々な科学分野を織り交ぜてきました。1950年代の宇宙時代の幕開けと1990年代の太陽系外惑星の発見以来、このモデルは新たな観測結果に基づいて検証され、改良されてきました。

太陽系は、その形成当初から大きく進化してきました。多くの衛星は、親惑星の周りを回るガスと塵の円盤から形成されましたが、他の衛星は独立して形成され、後に惑星に捕獲されたと考えられています。また、地球の月のように、巨大な衝突の結果である可能性のある衛星もあります。天体同士の衝突は現在まで継続的に発生しており、太陽系の進化の中心となっています。海王星の向こう側では、多くの惑星より小さいサイズの天体が形成されました。数千個の太陽系外縁天体が観測されています。惑星とは異なり、これらの太陽系外縁天体は主に惑星面に対して傾斜した偏心軌道上を移動しています。惑星の位置は、重力相互作用により変化した可能性があります。[ 2 ]惑星の移動プロセスは、太陽系の現在の構造の一部を説明しています。[ 3 ]

およそ50億年後、太陽は冷えて現在の直径の数倍に膨張し、赤色巨星となる。その後、外層を脱ぎ捨てて惑星状星雲を形成し、白色矮星と呼ばれる恒星残骸を残す。遠い未来には、太陽の惑星の数は、通過する恒星の重力によって徐々に減少していく。一部の惑星は破壊され、他の惑星は星間空間へと放出される。最終的には、数百億年かけて、太陽の周りを周回していた元の天体は全て消滅する可能性が高い。[ 4 ]

歴史

星雲仮説の創始者の一人、ピエール＝シモン・ラプラス

世界の起源と運命に関する考えは、最古の文献に遡ります。しかし、そのほぼ全期間において、そのような理論を「太陽系」の存在と結び付けようとする試みは行われていませんでした。それは、現在私たちが理解している意味での太陽系が存在するとは、一般的に考えられていなかったからです。太陽系の形成と進化に関する理論への第一歩は、太陽を太陽系の中心とし、地球がその周りを公転する地動説が広く受け入れられたことでした。この過程は1543年のニコラウス・コペルニクスに始まり、科学革命の過程を通じて継続しました。「太陽系」という用語が初めて記録に残るのは1704年のことです。[ 5 ]

太陽系形成に関する現在の標準理論である星雲仮説は、18世紀にエマヌエル・スウェーデンボルグ、イマヌエル・カント、ピエール＝シモン・ラプラスによって提唱されて以来、支持が揺らぎ、そしてまた揺らぎを繰り返してきた。この仮説に対する最大の批判は、惑星と比較して太陽の角運動量が相対的に少ないことを説明できないという点であった。 [ 6 ]しかし、1980年代初頭以降、若い恒星の研究によって、星雲仮説が予測する通り、恒星は冷たい塵とガスの円盤に囲まれていることが明らかになり、この仮説は再び受け入れられるようになった。[ 7 ]

太陽がどのように進化し続けると予想されるかを理解するには、そのエネルギーの源を理解する必要がありました。アーサー・スタンレー・エディントンは、アルバート・アインシュタインの相対性理論を裏付け、太陽のエネルギーは中心核での核融合反応（水素をヘリウムに融合すること）から生じていることに気づきました。 [ 8 ] 1935年、エディントンはさらに踏み込み、恒星内部で他の元素も生成される可能性があると示唆しました。[ 9 ]フレッド・ホイルは この前提を詳しく説明し、赤色巨星と呼ばれる進化した恒星は、中心核で水素やヘリウムよりも重い多くの元素を生成すると主張しました。赤色巨星が最終的に外層を脱ぎ捨てると、これらの元素は他の恒星系を形成するために再利用されます。[ 9 ]

形成

プレソーラー星雲

星雲仮説によれば、太陽系は巨大分子雲の断片の重力崩壊によって形成され、[ 10 ]ウォルフ・ライエ泡の端で形成されたと考えられています。[ 11 ]雲の大きさは約20 パーセク（pc）、つまり約65 光年（ly）で、[ 10 ]断片の直径はおよそ1pc（約3.26 ly）でした。[ 12 ]断片のさらなる崩壊により、大きさ0.01～0.1パーセク（2,000～20,000 AU ）の高密度の核が形成されました 。 [ a ] [ 10 ] [ 13 ]これらの崩壊した断片の1つ（プレソーラー星雲として知られています）が、後の太陽系を形成しました。[ 14 ]太陽の質量 ( M ☉ ) をわずかに超えるこの領域の構成は、現在の太陽とほぼ同じで、水素、ヘリウム、ビッグバン元素合成によって生成された微量のリチウムが質量の約 98% を占めていました。残りの 2% の質量は、以前の世代の星で元素合成によって生成されたより重い元素で構成されていました。 [ 15 ]これらの星の寿命の終わりに、より重い元素が星間物質に放出されました。[ 16 ]科学者の中には、超新星爆発を起こしてプレソーラー星雲を作った仮説上の星にコアトリクエという名前を付けた人もいます。

オリオン星雲の原始惑星系円盤のハッブル画像。直径約25光年で、太陽が形成された原始星雲に似ていると推定される恒星の育成場。

隕石で発見された最も古い包有物は、プレソーラー星雲で形成された最初の固体物質の痕跡だと考えられており、45億6820万年前のものであり、これは太陽系の年齢の定義の1つである。[ 1 ]古代の隕石の研究により、短寿命の星の爆発でのみ形成される鉄60などの短寿命同位体の安定した娘核の痕跡が明らかになっている。これは、1つ以上の超新星が近くで発生したことを示している。超新星からの衝撃波が雲の中に比較的密度の高い領域を作り出し、その領域を崩壊させることで、太陽の形成を引き起こした可能性がある。[ 17 ] [ 18 ]太陽系における鉄60の非常に均一な分布は、この超新星の発生と鉄60の注入が、星雲の塵が惑星体に集積するよりもはるか前であったことを示している。[ 19 ]超新星爆発を起こすのは大質量で寿命の短い恒星だけなので、太陽はオリオン大星雲に似た、大質量の恒星を生み出す大きな星形成領域で形成されたに違いない。[ 20 ] [ 21 ]カイパーベルトの構造と内部の異常物質の研究から、太陽は直径 6.5 光年と 19.5 光年、総質量 3,000  M ☉の 1,000 から 10,000 個の恒星のクラスター内で形成されたことが示唆されている。このクラスターは形成後 1 億 3500 万年から 5 億 3500 万年の間に分裂し始めた。[ 22 ] [ 23 ]若い太陽が最初の 1 億年間に接近する恒星と相互作用するいくつかのシミュレーションから、分離した物体などの太陽系外縁部で観測される異常な軌道が生成された。[ 24 ]最近の研究では、このような通過する恒星が分離した天体の軌道だけでなく、高温カイパーベルトと低温カイパーベルトの天体、セドナ型天体、極端TNO、逆行TNOの軌道にも影響を与えていることが示唆されている。[ 25 ]

角運動量保存の法則により、星雲は収縮するにつれて回転速度が上昇しました。星雲内の物質が凝縮するにつれて温度が上昇し、質量の大部分が集まっていた中心部は周囲の円盤よりも高温になっていきました。[ 12 ]約10万年かけて、[ 10 ]重力、ガス圧、磁場、そして自転といった競合する力によって、収縮する星雲は直径約200 AUの回転する原始惑星系円盤へと平坦化し、 [ 12 ]中心部に高温で高密度の原始星（水素核融合がまだ始まっていない恒星）を形成しました。[ 26 ]既知の恒星の約半数が多重星系を形成しており、木星が太陽と同じ元素（水素とヘリウム）でできていることから、太陽系形成初期には原始星系であった可能性が示唆されている。木星は2番目だが失敗した原始星であるが、核融合を引き起こすには質量が小さすぎるため巨大ガス惑星になった。実際、木星は太陽よりも若く、太陽系で最も古い惑星である。[ 27 ] [ 28 ]

太陽の進化のこの時点では、太陽はTタウリ型星であったと考えられている。[ 29 ] Tタウリ型星の研究により、これらの星は質量が0.001～0.1 M ☉の惑星形成前の物質の円盤を伴うことが多いことがわかっている 。[ 30 ]これらの円盤は数百 AUに及び、ハッブル宇宙望遠鏡はオリオン星雲などの星形成領域で直径最大1000 AUの原始惑星系円盤を観測している[ 31 ]。またかなり低温で、最も高温のときでも表面温度が1000 K（730 °C、1340 °F）程度にしか達しない。[ 32 ] 5000万年以内に、太陽の中心部の温度と圧力が非常に高くなったため、水素が融合し始め、静水力平衡に達する まで重力収縮に対抗する内部エネルギー源が生成された。[ 33 ]これは太陽が主系列と呼ばれるその生涯の重要な段階に入ったことを意味しています。主系列星は、中心核における水素からヘリウムへの核融合反応からエネルギーを得ています。太陽は現在も主系列星のままです。[ 34 ]

初期の太陽系は進化を続け、最終的には恒星育成場の兄弟星から離れて、銀河系の中心を単独で周回するようになりました。太陽は、銀河系の中心から本来の軌道距離から離れたと考えられます。太陽の化学的歴史は、太陽が銀河系の中心核から3kpcほど近い場所で形成された可能性を示唆しています。[ 35 ]

太陽系の誕生環境

ほとんどの恒星と同様に、太陽は単独で形成されたのではなく、若い星団の一部として形成されたと考えられます。[ 36 ]星団環境が、まだ形成途中の若い太陽系に何らかの影響を与えたことを示唆する兆候がいくつかあります。たとえば、海王星を越えたあたりの質量の減少や、セドナの極端な離心率の高い軌道は、太陽系が誕生時の環境の影響を受けた兆候であると解釈されています。鉄60とアルミニウム26の同位体の存在が、大質量星を含む誕生時の星団の兆候と解釈できるかどうかは、まだ議論の的となっています。太陽が星団の一部であった場合、他の星の接近通過や、近くの大質量星からの強い放射線、近くで発生した 超新星からの噴出物などの影響を受けた可能性があります。

惑星の形成

様々な惑星は、太陽系形成時に残された円盤状のガスと塵の雲である原始太陽系星雲から形成されたと考えられています。[ 37 ]現在受け入れられている惑星の形成方法は集積であり、惑星は中心の原始星の周りを公転する塵の粒子として始まりました。直接接触と自己組織化を通じて、これらの粒子は直径最大200メートル（660フィート）の塊を形成し、さらに衝突して約10キロメートル（6.2マイル）の大きさのより大きな天体（微惑星）を形成しました。これらはさらなる衝突を通じて徐々に大きくなり、その後数百万年の間に年間数センチメートルの割合で成長しました。[ 38 ]

太陽系の4 AUより内側の領域である内部太陽系は、水やメタンなどの揮発性分子が凝縮するには高温すぎるため、そこで形成される微惑星は、金属（鉄、ニッケル、アルミニウムなど）や岩石ケイ酸塩などの高融点化合物からしか形成できませんでした。これらの岩石天体は、地球型惑星（水星、金星、地球、火星）になります。これらの化合物は宇宙では非常に珍しく、星雲の質量の0.6%を占めるだけなので、地球型惑星はあまり大きく成長できませんでした。[ 12 ]地球型惑星の胚は約0.05地球質量（M🜨 ）まで成長し、太陽の形成から約10万年後に物質の蓄積を停止しました。その後、これらの惑星サイズの天体間の衝突と合体により、地球型惑星は現在のサイズに成長しました。[ 39 ]

地球型惑星が形成される際、それらはガスと塵の円盤の中に埋もれていました。ガスは部分的に圧力を受けていたため、惑星ほど速く太陽を周回しませんでした。その結果生じた抗力、そしてさらに重要なことに、周囲の物質との重力相互作用によって角運動量の移動が起こり、その結果、惑星は徐々に新しい軌道へと移動しました。モデルは、円盤内の密度と温度の変化がこの移動速度を支配していることを示しており、[ 40 ] [ 41 ]しかし、全体的な傾向としては、円盤が消滅するにつれて内側の惑星が内側に移動し、現在の軌道を維持しました。[ 42 ]

巨大惑星（木星、土星、天王星、海王星）は、火星と木星の軌道の間の点である霜線を越えてさらに外側で形成された。霜線では、物質が十分に冷えているため、揮発性の氷化合物が固体のままである。木星系惑星を形成した氷は、地球型惑星を形成した金属やケイ酸塩よりも豊富であったため、巨大惑星は、最も軽く最も豊富な元素である水素とヘリウムを捕獲できるほど巨大に成長することができた。[ 12 ]霜線を越えた微惑星は、約300万年以内に最大4  M🜨まで蓄積された。 [ 39 ]現在、4つの巨大惑星は、太陽の周りを回る全質量の99％弱を占めている。 [ b ]理論家は、木星が霜線のすぐ外側にあるのは偶然ではないと考えている。霜線には、落下する氷物質からの蒸発によって大量の水が蓄積されたため、低圧領域が形成され、周回する塵粒子の速度が上昇し、太陽に向かう動きが停止しました。実際には、霜線は、太陽から約 5 AU のところに物質が急速に蓄積する障壁として機能しました。この余剰物質は、約10 M🜨の大きな胚（またはコア）に凝集し、周囲の円盤からガスがどんどん集まって外殻が蓄積し始めました。[ 43 ] [ 44 ]外殻の質量が固体のコアの質量とほぼ等しくなると、成長は非常に急速に進み、その後約 10 5年後には地球の質量の約 150 倍に達し、最終的に318 M🜨 でピークに達しました。[ 45 ]土星の質量が大幅に低いのは、消費できるガスが少なかった木星の数百万年後に形成されたためかもしれません。[ 39 ] [ 46 ]  

若い太陽のようなTタウリ型の星は、より安定した古い星よりもはるかに強い恒星風を持っています。天王星と海王星は、木星と土星よりも後に、強い太陽風が円盤の物質の多くを吹き飛ばしたときに形成されたと考えられています。その結果、これらの惑星には水素とヘリウムがほとんど蓄積されず、それぞれ1  M🜨以下でした。天王星と海王星は、失敗したコアと呼ばれることもあります。[ 47 ]これらの惑星の形成理論の主な問題は、その形成のタイムスケールです。現在の位置では、コアが集積するのに数百万年かかります。[ 46 ]これは、天王星と海王星が太陽の近く、つまり木星と土星の近くかその間で形成され、後に外側に移動または放出された可能性があることを意味します（下の惑星の移動を参照）。 [ 47 ] [ 3 ]微惑星時代の運動は、すべて太陽に向かって内側に向かっていたわけではありません。スターダストがウィルド2彗星から持ち帰ったサンプルは、太陽系の初期形成期の物質がより暖かい太陽系内部からカイパーベルト領域に移動したことを示唆している。[ 48 ]

300万年から1000万年後には[ 39 ] 、若い太陽の太陽風が原始惑星系円盤内のすべてのガスと塵を吹き飛ばし、星間空間に吹き飛ばし、惑星の成長を終わらせるだろう。[ 49 ] [ 50 ]

その後の進化

当初、惑星は現在の軌道上またはその近傍で形成されたと考えられていました。しかし、この考えは過去20年間で疑問視されてきました。現在、多くの惑星科学者は、太陽系は初期の形成後、現在とは大きく異なる姿であった可能性があると考えています。つまり、内側の太陽系には少なくとも水星と同程度の質量の天体が複数存在していた可能性があり、外側の太陽系は現在よりもはるかにコンパクトであり、カイパーベルトは太陽にはるかに近かった可能性があるということです。[ 51 ]

地球型惑星

惑星形成期の終わりには、太陽系内部には月から火星ほどの大きさの原始惑星が50～100個存在していました。[52] [53] これらの天体が衝突・合体することで、1億年もかからずに、惑星系はさらに成長しました。これらの天体は重力相互作用し、互いの軌道を引っ張り合いながら衝突し、大きく成長して、今日私たちが知っている4つの地球型惑星が形成されました。[ 39 ]このような巨大衝突の1つが月を形成したと考えられています（下記の衛星を参照）。また、別の衝突は若い水星の外層を破壊しました。[ 54 ]

このモデルの未解決の問題の一つは、衝突するためには大きな離心率が必要だった原始地球型惑星の初期の軌道が、どのようにして現在の驚くほど安定したほぼ円形の軌道を形成したのかを説明できないことである。[ 52 ]この「離心率の減衰」に関する一つの仮説は、地球型惑星が太陽からまだ追い出されていないガス円盤の中で形成されたというものである。この残留ガスの「重力抵抗」によって、最終的に惑星のエネルギーが低下し、軌道は滑らかになったと考えられる。 [ 53 ]しかし、もしそのようなガスが存在したとすれば、そもそも地球型惑星の軌道がそれほど離心率が高くなるのを防いでいたはずである。[ 39 ]別の仮説は、重力抵抗は惑星と残留ガスの間ではなく、惑星と残りの小天体の間で発生したというものである。大きな天体が小さな天体の群れの中を移動すると、小さな天体は大きな惑星の重力に引き寄せられ、大きな天体の進路上に高密度領域、いわゆる「重力航跡」を形成した。こうして、航跡の重力が増大し、大きな天体はより規則的な軌道へと減速していった。[ 55 ]

小惑星帯

地球型惑星の外縁、太陽から2～4 AUの範囲は、小惑星帯と呼ばれています。小惑星帯には当初、地球型惑星を2～3個形成するのに十分な物質が含まれており、実際に多数の微惑星が形成されました。地球型惑星と同様に、この領域の微惑星は後に合体して、月から火星サイズの惑星胚を20～30個形成しました。[ 56 ]しかし、木星が近かったため、太陽から300万年後に木星が形成された後、この地域の歴史は劇的に変化しました。[ 52 ]小惑星帯では木星と土星との軌道共鳴が特に強く、より質量の大きい胚との重力相互作用によって、多くの微惑星がこれらの共鳴領域に散らばりました。木星の重力はこれらの共鳴領域内の物体の速度を増加させ、他の天体との衝突時に集積するのではなく、破砕する原因となりました。[ 57 ]

木星は形成後に内側に移動したため（下の「惑星の移動」を参照）、共鳴が小惑星帯を横切って広がり、その領域の惑星群を動的に励起し、互いの相対的な速度を増大させた。[ 58 ]共鳴と胚の累積的な作用により、微惑星は小惑星帯から散らされたか、軌道傾斜角と離心率が励起された。[ 56 ] [ 59 ]これらの巨大な胚の一部も木星から放出されたが、他のものは太陽系内部に移動して、地球型惑星の最終的な集積に役割を果たした可能性がある。[ 56 ] [ 60 ] [ 61 ]この主要な枯渇期間中、巨大惑星と惑星胚の影響により、小惑星帯の総質量は地球の1%未満に相当し、主に小さな微惑星で構成されていた。[ 59 ]これは、現在の約0.0005  Mである メインベルトの現在の質量の10～20倍です。[ 62 ]小惑星帯の質量を現在の質量に近づけた二次的な減少期は、木星と土星が一時的に2:1の軌道共鳴に入ったときに続いたと考えられています（以下を参照）。

太陽系内部の巨大衝突の時代は、地球が現在の水分量（約6 × 10地球の水の起源は、 初期の小惑星帯から採取された約21kgの水素原子からできている。水は揮発性が高いため、地球形成時に存在していたとは考えにくく、太陽系の外縁部のより冷たい部分から後から運ばれてきたに違いない。 [ 63 ]この水は、おそらく木星から小惑星帯から投げ出された惑星の胚や小さな微惑星によって運ばれたものと思われる。 [ 60 ] 2006年に発見されたメインベルト彗星群も、地球の水の起源の可能性があると示唆されている。 [ 63 ] [ 64 ]一方、カイパーベルトやそれより遠い領域から来た彗星が地球に運んだ水は、せいぜい6%程度である。 [ 2 ] [ 65 ]パンスペルミア仮説によれば、生命そのものもこのようにして地球に堆積した可能性があるが、この考えは広く受け入れられているわけではない。 [ 66 ]

惑星の移動

星雲仮説によれば、外側の2つの惑星は「間違った場所」にある可能性がある。天王星と海王星（「氷巨星」として知られる）は、太陽系外惑星の密度が低く、公転周期が長いため、その形成は極めてあり得ない領域に存在する。[ 67 ]むしろ、これら2つの惑星は、より多くの物質が存在する木星と土星（「ガス巨星」として知られる）の近くの軌道で形成され、数億年かけて現在の位置まで外側へ移動してきたと考えられている。 [ 47 ]

外惑星とカイパーベルトを示すシミュレーション：[ 2 ] a) 木星/土星の2:1共鳴前b) 海王星の軌道シフト後のカイパーベルト天体の太陽系への散乱c) 木星によるカイパーベルト天体の放出後
  木星の軌道
  土星の軌道
  天王星の軌道
  海王星の軌道

太陽系の最外部領域の存在と特性を説明するには、外惑星の移動も必要である。[ 3 ]海王星の先で、太陽系はカイパーベルト、散乱円盤、オールトの雲へと続いていく。これらは、観測される彗星のほとんどの発生源だと考えられている、小さな氷の天体のまばらな3つの集団である。太陽からの距離では、原始太陽系星雲が分散する前に惑星が形成されるには集積が遅すぎたため、最初の円盤は惑星に固まるのに十分な質量密度を欠いていた。[ 67 ]カイパーベルトは太陽から30～55 AUにあり、さらに離れた散乱円盤は100 AU以上まで広がり、[ 3 ]遠方のオールトの雲は約50,000 AUで始まる。[ 68 ]しかし、元々はカイパーベルトははるかに密度が高く、太陽に近く、外縁は約30 AUにあった。その内縁は、形成当時は太陽にずっと近かった天王星と海王星の軌道のすぐ外側に位置していた（おそらく15～20 AUの範囲）。シミュレーションの50％では、反対の位置になり、天王星は海王星よりも太陽から遠いという結果になった。[ 69 ] [ 2 ] [ 3 ]

ニースモデルによると、太陽系の形成後、すべての巨大惑星の軌道は、残存していた多数の微惑星との相互作用の影響を受けて、ゆっくりと変化し続けた。5億～6億年後（約40億年前）、木星と土星は2:1の共鳴状態に陥った。つまり、木星が2周するごとに土星が太陽の周りを1周するようになった。[ 3 ]この共鳴によって外惑星に重力がかかり、海王星が天王星を追い抜いて古代のカイパーベルトに突入した可能性がある。[ 69 ] これらの惑星は、小さな氷の天体の大部分を内側に散乱させ、同時に自身も外側に移動した。これらの微惑星は、次に遭遇した次の惑星でも同じように散乱し、惑星の軌道を外側に移動し、同時に自身も内側に移動した。[ 3 ]このプロセスは、微惑星が木星と相互作用するまで続き、木星の巨大な重力によって、微惑星は高度に楕円形の軌道を描いて回転したり、太陽系から完全に弾き出されたりする。これにより、木星はわずかに内側に移動した。[ c ]木星によって高度に楕円形の軌道を描いて回転する天体はオールトの雲を形成した。 [ 3 ]移動する海王星によって、よりわずかに散乱された天体は、現在のカイパーベルトと散乱円盤を形成した。[ 3 ]このシナリオにより、カイパーベルトと散乱円盤の現在の質量が小さくなっていることが説明される。冥王星を含む散乱天体の一部は、海王星の軌道に重力で結びつき、平均運動共鳴を強いられるようになった。[ 70 ]最終的に、微惑星円盤内の摩擦により、天王星と海王星の軌道は再びほぼ円形になった。[ 3 ] [ 71 ]

外惑星とは対照的に、内惑星は巨大衝突の時代以降、軌道が安定しているため、太陽系の年齢にわたって大きく移動したとは考えられていない。[ 39 ]

もう一つの疑問は、なぜ火星が地球に比べてあんなに小さかったのか、ということである。テキサス州サンアントニオのサウスウエスト研究所が2011年6月6日に発表した研究（グランドタック仮説と呼ばれる）では、木星が1.5 AUまで内側に移動したと提案している。土星が形成され、内側に移動し、木星と2:3の平均運動共鳴を確立した後、この研究では両方の惑星が現在の位置に戻ったと仮定している。したがって、木星はより大きな火星を形成するはずだった物質の多くを消費したことになる。同じシミュレーションでは、乾燥した小惑星と彗星に似た水分を豊富に含む天体がある、現代の小惑星帯の特徴も再現されている。[ 72 ] [ 73 ]しかし、太陽系星雲の状態によって木星と土星が現在の位置に戻ることができたかどうかは不明であり、現在の推定ではこの可能性は低いと思われる。[ 74 ]さらに、火星の質量が小さいことに対する別の説明も存在する。[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ]

後期重爆撃とその後

アリゾナ州にあるメテオクレーター。直径約50メートル（160フィート）の衝突物によって5万年前に形成されたこのクレーターは、太陽系の集積がまだ終わっていないことを示しています。

外惑星の移動による重力の破壊により、多数の小惑星が太陽系内部に送り込まれ、元のベルトは今日のような極めて低い質量になるまで著しく減少したと考えられる。[ 59 ]この出来事は、太陽系形成後5億年から6億年を経て、約40億年前に発生したと仮説される後期重爆撃を引き起こした可能性がある。[ 2 ] [ 78 ]しかし、宇宙化学的制約の最近の再評価では、爆撃率に後期の急上昇（「終末的大災害」）はなかった可能性が高いことが示されている。[ 79 ]

もしそれが起こったとしたら、この激しい衝突の期間は数億年続き、月や水星など太陽系内部の地質学的に死んだ天体に今でも見られるクレーターでその証拠が示されています。[ 2 ] [ 80 ]地球上で生命が存在した最も古い証拠は、後期重衝突の終了直後の38億年前にさかのぼります。[ 81 ]

衝突は、太陽系の進化において（現在はまれではあるものの）定期的な現象であると考えられています。1994年のシューメーカー・レビー第9彗星の木星衝突、2009年の木星衝突、ツングースカ事件、チェリャビンスク隕石、そしてアリゾナ州メテオ・クレーターを形成した衝突など、衝突が継続していることは明白です。したがって、集積プロセスはまだ完了しておらず、地球上の生命にとって依然として脅威となる可能性があります。[ 82 ] [ 83 ]

太陽系の進化の過程で、彗星は巨大惑星の重力によって太陽系内から弾き出され、数千AU外側に飛ばされてオールトの雲を形成した。オールトの雲は太陽の重力の最も遠い範囲に球状の彗星核の群れをなす。約8億年後、銀河の潮汐、通過する恒星、巨大分子雲によって引き起こされた重力の破壊によって雲が枯渇し始め、彗星が太陽系内へと送り込まれた。[ 84 ]太陽系外縁部の進化は、太陽風、微小隕石、星間物質の中性成分による宇宙風化の影響も受けていると思われる。[ 85 ]

後期重爆撃期以降の小惑星帯の進化は、主に衝突によって支配された。[ 86 ]質量の大きい天体は、激しい衝突によって放出された物質を保持するのに十分な重力を持つ。しかし、小惑星帯では、これは通常当てはまらない。その結果、多くの大きな天体が破壊され、時にはより穏やかな衝突によって残骸から新しい天体が形成されることもある。[ 86 ]一部の小惑星の衛星は、現在のところ、親天体の重力から完全に逃れるだけのエネルギーを持たないまま投げ出された物質が凝集したものとしか説明できない。[ 87 ]

衛星

衛星は、ほとんどの惑星と太陽系の他の多くの天体の周囲に存在するようになりました。これらの天然衛星は、以下の3つのメカニズムのいずれかによって誕生しました。

  • 周惑星円盤からの共形成（巨大惑星の場合のみ）
  • 衝突破片からの形成（浅い角度で十分な大きさの衝突があった場合）
  • 通過する物体を捕らえます。
月を形成したと考えられる巨大衝突の想像図

木星と土星には、イオ、エウロパ、ガニメデ、タイタンなど、いくつかの大きな衛星があり、太陽の周りの惑星が円盤から形成されたのとほぼ同じように、これらの衛星も各巨大惑星の周りの円盤から形成された可能性があります。[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ]この起源は、衛星のサイズが大きく、惑星に近いことからわかります。これらの特性は捕獲では達成不可能であり、主天体がガス状であるため、衝突による破片から形成される可能性は低いです。巨大惑星の外側の衛星は小さく、任意の傾斜角を持つ偏心軌道をとる傾向があります。これらは、捕獲された天体に予想される特性です。[ 91 ] [ 92 ]このような衛星のほとんどは、主天体の自転とは反対方向に公転しています。最大の不規則衛星は海王星の衛星トリトンで、捕獲されたカイパーベルト天体であると考えられています。[ 83 ]

太陽系の固体天体の衛星は、衝突と捕獲の両方によって形成されてきた。火星の2つの小さな衛星、ダイモスとフォボスは、捕獲された小惑星だと考えられている。[ 93 ] 地球の月は、1回の大規模な正面衝突の結果として形成されたと考えられている。[ 94 ] [ 95 ]衝突した物体は おそらく火星に匹敵する質量を持ち、衝突は巨大衝突の時代末期に起こったと考えられる。衝突によって衝突体のマントルの一部が軌道上に蹴り出され、それが合体して月になった。[ 94 ]この衝突は、地球を形成した一連の合体の中でおそらく最後のものだった。さらに、火星サイズの物体は安定した地球–太陽ラグランジュ点（L 4またはL 5 ）の1つで形成され、その位置から漂流したのではないかという仮説も立てられている。[ 96 ]太陽系外縁天体である冥王星（カロン）とオルクス（ヴァンス）の衛星も、大規模な衝突によって形成された可能性がある。冥王星-カロン、オルクス-ヴァンス、地球-月系は、衛星の質量がより大きな天体の少なくとも1%であるという点で、太陽系では珍しい。[ 97 ] [ 98 ]

未来

天文学者たちは、太陽が中心核の水素燃料をほぼすべてヘリウムに融合し、ヘルツシュプルング・ラッセル図の主系列から赤色巨星段階へと進化を始めるまで、太陽系の現状は劇的には変わらないだろうと推定している。太陽系はそれまで進化を続けるだろう。最終的に、太陽はおそらく十分に膨張し、内側の惑星（水星、金星、そしておそらく地球）を圧倒するが、木星や土星などの外側の惑星は圧倒しないだろう。その後、太陽は白色矮星の大きさに縮小し、外側の惑星とその衛星はこの小さな太陽残骸の周りを回り続けるだろう。この将来の展開は、主星である白色矮星MOA-2010-BLG-477Lを周回する木星サイズの太陽系外惑星MOA-2010-BLG-477L bの観測的検出に似ているかもしれない。[ 99 ] [ 100 ] [ 101 ]

長期的な安定性

太陽系は百万年から十億年のスケールでは混沌としており[ 102 ] 、惑星の軌道は長期的な変動にさらされている。この混沌の顕著な例として、3:2 の軌道共鳴状態にある海王星・冥王星系が挙げられる。共鳴自体は安定しているものの、冥王星の位置を1000万年から2000万年（リャプノフ時間）以上先の未来に予測することは不可能となる[ 103 ] 。もう 1 つの例として地球の軸の傾きが挙げられる。これは、月との潮汐相互作用によって地球のマントル内で生じる摩擦（下記参照）により、今から 15 億年から 45 億年後のある時点では計算不可能となる[ 104 ] 。

外惑星の軌道は、より長い時間スケールではカオス的であり、リャプノフ時間は200万年から2億3000万年の範囲である。[ 105 ] いずれの場合も、これは惑星の軌道上の位置を最終的に確実に予測することが不可能になることを意味する（例えば、冬と夏の時期が不確実になる）。それでも、場合によっては軌道自体が劇的に変化することがある。このようなカオスは、離心率の変化として最も強く現れ、一部の惑星の軌道は楕円形に大きく近づいたり、小さくなったりする。[ 106 ]

究極的には、太陽系は安定しており、今後数十億年は惑星同士が衝突したり、太陽系から弾き出されたりする可能性は低い。[ 105 ]さらに50億年ほどで、火星の離心率は約0.2にまで大きくなり、地球を横切る軌道に乗ることになり、衝突の危険性が高まる。同じ時間スケールで、水星の離心率はさらに大きくなり、金星との接近により理論的には水星が太陽系から完全に弾き出されてしまうか[ 102 ] 、金星または地球との衝突コースに進む可能性がある[ 107 ]。水星の軌道を摂動させた数値シミュレーションによると、これは10億年以内に起こり得る。[ 108 ]

月環システム

月系の進化は潮汐力によって駆動されます。月は、公転する天体（主天体）の直径方向の重力差により、主天体に潮汐隆起を引き起こします。月が惑星の自転と同じ方向に公転し、惑星の自転速度が月の公転周期よりも速い場合、隆起は常に月よりも前方に引っ張られます。この状況では、主天体の自転から衛星の公転へと角運動量が伝達されます。月はエネルギーを得て徐々に外側へ螺旋状に広がり、主天体の自転速度は時間とともに遅くなります。

地球と月はこの配置の一例です。現在、月は地球に潮汐固定されています。地球の周りを公転する周期（現在約29日）は、月が自転する周期と等しいため、常に地球に対して片面を向けています。月は地球から遠ざかり続け、地球の自転は徐々に減速していきます。他の例としては、木星のガリレオ衛星（および木星の多くの小型衛星）[ 109 ]や土星の大型衛星のほとんどが挙げられます[ 110 ]。

ボイジャー2号が撮影した海王星とその衛星トリトン。トリトンの軌道は最終的に海王星のロッシュ限界内に到達し、海王星を分裂させ、新たな環系を形成する可能性がある。

月が主星の自転よりも速く公転している場合、または惑星の自転と反対方向に公転している場合、別のシナリオが発生します。これらの場合、潮汐ふくらみは月の軌道より遅れます。前者の場合、角運動量の移動方向は逆になるため、主星の自転は加速し、衛星の軌道は縮小します。後者の場合、自転と公転の角運動量は符号が逆なので、移動によってそれぞれの大きさが減少する（互いに打ち消し合う）ことになります。[ d ]どちらの場合も、潮汐減速によって月は主星に向かって螺旋状に引き裂かれ、潮汐応力によって引き裂かれて惑星のリングシステムが形成されるか、惑星の表面または大気に衝突するまで続きます。火星の衛星フォボス（3000万年から5000万年以内）[ 111 ] 、海王星の衛星トリトン（36億年後）[ 112 ] 、そして天王星と海王星の少なくとも16個の小衛星も、このような運命を辿る可能性がある。天王星のデズデモーナは、近隣の衛星のいずれかと衝突する可能性もある[ 113 ] 。

3つ目の可能性は、主星と衛星が潮汐力で互いに固定されている場合です。この場合、潮汐力バルジは衛星の真下に留まり、角運動量の移動は起こらず、公転周期も変化しません。冥王星とカロンはこのタイプの配置の例です。[ 114 ]

土星の環の形成メカニズムについては、まだコンセンサスが得られていません。理論モデルでは、環は太陽系の歴史の初期に形成された可能性が高いと示唆されていますが、[ 115 ]カッシーニ・ホイヘンス探査機のデータは、環が比較的遅い時期に形成されたことを示唆しています。[ 116 ]

太陽と惑星環境

ガスと塵が合体して原始惑星系円盤を形成した後、太陽系が形成された。この物質の大部分は過去の超新星爆発に由来する。

長期的には、太陽系における最も大きな変化は、太陽自体の老化による変化から生じるだろう。太陽は水素という燃料を使い果たすと、より高温になり、残りの燃料もより速く燃やす。その結果、太陽は11億年ごとに10％の割合で明るくなっている。[ 117 ]約6億年後には、太陽の明るさによって地球の炭素循環が混乱し、木や森林（C3光合成植物）は生存できなくなるだろう。そして約8億年後には、太陽は地球の表面と海洋のすべての複雑な生命を死滅させるだろう。11億年後には、太陽からの放射出力の増加によって、恒星周辺の生命居住可能領域が外側に移動し、地球の表面は液体の水が自然に存在するには高温になりすぎるだろう。この時点で、すべての生命は単細胞生物に縮小されるだろう。[ 118 ]強力な温室効果ガスである水が海面から蒸発すると気温上昇が加速し、地球上のすべての生命がさらに早く絶滅する可能性があります。[ 119 ]この間、火星の表面温度が徐々に上昇するにつれて、現在表面レゴリスの下に凍っている二酸化炭素と水が大気中に放出され、温室効果が生じて火星が現在の地球と同等の状態になるまで加熱され、将来的に生命が存在する可能性があります。[ 120 ]今から35億年後には、地球の表面状態は現在の金星と似たものになるでしょう。[ 117 ]

現在の太陽の相対的な大きさ（挿入図）と、赤色巨星になったときの将来の推定サイズとの比較

今から約 54 億年後、太陽の中心部は周囲の殻で水素の核融合反応を引き起こすほど高温になります。[ 118 ]これにより恒星の外層は大きく膨張し、恒星は赤色巨星と呼ばれる段階に入ります。[ 121 ] [ 122 ] 75 億年以内に、太陽は半径 1.2 AU (180 × 10 6  km、110 × 10 6 mi) まで膨張し、現在の 256 倍の大きさになります。赤色巨星枝 の先端では、表面積が大幅に増加した結果、太陽の表面温度は現在よりもかなり低くなり (約 2,600 K (2,330 °C、4,220 °F))、明るさは最大で現在の太陽輝度の 2,700 倍まで高まります。赤色巨星の寿命の一部では、太陽は強い恒星風に見舞われ、その質量の約33%が吹き飛ばされる。[ 118 ] [ 123 ] [ 124 ]この時期には、土星の衛星タイタンの表面温度が生命維持に必要なレベルに達する可能性がある。 [ 125 ] [ 126 ]^^

太陽が膨張するにつれ、水星と金星を飲み込むだろう。[ 127 ]地球の運命はそれほど明確ではない。太陽は地球の現在の軌道を包み込むものの、恒星の質量損失（したがって重力の弱化）により、惑星の軌道はさらに外側に移動する。[ 118 ]これが唯一の理由であれば、金星と地球はおそらく焼失を免れるだろうが、[ 123 ] 2008年の研究では、地球は太陽の弱い束縛外層との潮汐相互作用の結果として飲み込まれる可能性が高いと示唆されている。 [ 118 ]

さらに、赤色巨星期の終わりには太陽のハビタブルゾーンが外太陽系へと移動し、最終的にはカイパーベルトを越えるため、エンケラドゥスや冥王星などの氷の天体が解ける。この間、これらの惑星は水を基盤とした水循環を維持できるが、地球のような濃い大気を保持するには小さすぎるため、昼夜の温度差が極端に大きくなる。太陽が赤色巨星枝を離れ漸近巨星枝に入ると、ハビタブルゾーンは現在の木星と土星の軌道間程度まで急激に縮小するが、漸近巨星期の2億年の終わり頃には、ハビタブルゾーンは以前とほぼ同じ距離まで拡大する。[ 128 ]

太陽の中心部を取り囲む殻の中で水素が燃え、中心部の質量は徐々に増加し、現在の太陽質量の約 45% に達します。この時点で、密度と温度が非常に高くなるため、ヘリウムが炭素に融合し始め、ヘリウム フラッシュが発生します。太陽の半径は現在 (主系列) の約 250 倍から 11 倍に縮小します。その結果、太陽の光度は現在の約 3,000 倍から 54 倍に減少し、表面温度は約 4,770 K (4,500 °C、8,130 °F) に上昇します。太陽は水平巨星となり、現在水素を燃焼しているのと同じように、中心部でヘリウムを安定して燃焼します。ヘリウム融合段階はわずか 1 億年しか続きません。最終的に、太陽は外層の水素とヘリウムの蓄えに再び頼らざるを得なくなります。太陽は二度目に膨張し、漸近巨星と呼ばれる状態になる。ここで太陽の光度は再び増加し、現在の約2,090倍の光度に達し、温度は約3,500 K（3,230 °C、5,840 °F）まで冷却される。[ 118 ]この段階は約3,000万年続き、その後さらに10万年かけて太陽の残りの外層が剥がれ落ち、膨大な量の物質が宇宙に放出され、（誤解を招きやすいが）惑星状星雲と呼ばれるハローが形成される。放出された物質には太陽の核反応で生成されたヘリウムと炭素が含まれており、将来の世代の恒星と惑星のために星間物質を重元素で濃縮し続ける。[ 129 ]

リング星雲は、太陽が将来どうなるかに似た惑星状星雲です。

これは比較的平和な出来事で、太陽が進化の過程で経験するには小さすぎる超新星爆発とはまったく異なる。この現象を目撃した観測者は、太陽風の速度が大幅に増加するのを目撃するが、惑星を完全に破壊するには十分ではない。しかし、恒星の質量損失によって生き残った惑星の軌道が混乱し、いくつかの惑星が衝突したり、太陽系から放出されたり、潮汐相互作用によって引き裂かれたりする可能性があります。[ 130 ]その後、太陽に残るのは白色矮星、つまり質量が元の54%しかない非常に高密度の天体だけになります。大きさは地球ほどしかありません。当初、この白色矮星の明るさは現在の太陽の100倍にも達することがあります。白色矮星は完全に縮退した炭素と酸素で構成されますが、これらの元素を融合させるほどの温度に達することはありません。こうして、白色矮星となった太陽は徐々に冷えていき、だんだん暗くなっていきます。[ 131 ]

太陽が死にゆくにつれ、質量を失うことで、惑星、彗星、小惑星などの周回天体に対する太陽の重力が弱まる。残りの惑星の軌道はすべて拡大する。金星、地球、火星がまだ存在する場合、その軌道はそれぞれおおよそ1.4  AU（2億1000 万 km）、1.9  AU（2億8000万 km  ）、 2.8  AU（4億 2000万 km ）に位置する。これらの惑星と他の残りの惑星は、生命が完全に存在しない、暗く凍りついた殻になる[ 123 ] 。これらの惑星は、太陽からの距離が長くなり、太陽の重力が減少するため、速度は低下しながらも、主星の周りを回り続ける。 20億年後、太陽が6,000～8,000 K（5,730～7,730 °C、10,340～13,940 °F）の範囲に冷えると、太陽の中心部の炭素と酸素は凍結し、残りの質量の90％以上が結晶構造をとる。[ 132 ]最終的に、およそ1000兆年後、太陽は完全に輝きを失い、黒色矮星になる。[ 133 ]

銀河相互作用

天の川銀河における太陽系の位置

太陽系は、銀河系中心から約3万光年離れた円軌道を天の川銀河を周回している。その速度は約220km/秒である。太陽系が銀河系中心の周りを1周するのにかかる周期（銀河年）は、2億2000万年から2億5000万年の範囲である。太陽系は形成以来、少なくとも20回の公転を終えている。[ 134 ]

地球の化石記録に見られる大量絶滅の周期性は、太陽系の銀河系における軌道が一因であると、様々な科学者が推測している。ある仮説では、太陽が銀河中心を周回する際に生じる上下振動によって、銀河面を定期的に通過すると考えられている。太陽の軌道が銀河円盤の外に出ると、銀河潮汐の影響は弱まる。しかし、2000万年から2500万年ごとに銀河円盤に再突入すると、はるかに強い「円盤潮汐」の影響を受ける。数学モデルによれば、この円盤潮汐はオールトの雲彗星の太陽系への流入量を4倍に増加させ、壊滅的な衝突の可能性を大幅に高める。[ 135 ]

しかし、太陽は現在銀河面に近いにもかかわらず、最後の大量絶滅は1500万年前だったと主張する者もいる。したがって、太陽の垂直位置だけではこのような周期的な絶滅を説明できず、絶滅は太陽が銀河の渦巻き腕を通過する際に発生すると考えられる。渦巻き腕には、その重力によってオールトの雲が歪む可能性のある多数の分子雲が存在するだけでなく、比較的短い期間しか生きられず、その後超新星として激しく爆発する明るい青色巨星も高密度に存在する。[ 136 ]

銀河衝突と惑星破壊

宇宙の銀河の大部分は天の川銀河から離れているが、局部銀河群で最大のアンドロメダ銀河は、約 120 km/s で天の川銀河に向かっている。[ 137 ] 40 億年後、アンドロメダ銀河と天の川銀河は衝突し、潮汐力によって外側の腕が巨大な潮汐尾に歪んで変形する。この初期の破壊が起きた場合、天文学者の計算によると、太陽系が天の川銀河の潮汐尾に引き込まれる可能性は 12%、アンドロメダ銀河に重力で束縛されてその銀河の一部になる可能性は 3% だという。[ 137 ]その後、太陽系がはじき出される可能性が 30% に上昇する一連の衝突が続いた後、[ 138 ]銀河の超大質量ブラックホールは合体する。最終的に、およそ60億年後には、天の川銀河とアンドロメダ銀河は合体して巨大な楕円銀河を形成するでしょう。合体中に十分なガスがあれば、重力の増加によってガスは形成中の楕円銀河の中心へと押し込まれます。これにより、スターバーストと呼ばれる短期間の集中的な星形成が起こる可能性があります。[ 137 ]さらに、落下するガスは新しく形成されたブラックホールに供給され、活動銀河核へと変化させます。これらの相互作用の力によって、太陽系は新しい銀河の外層ハローへと押し込まれ、衝突による放射線の影響を比較的受けずに済むと考えられます。[ 137 ] [ 138 ]

この衝突が太陽系の惑星の軌道を乱すという誤解がよくあります。確かに、通過する恒星の重力によって惑星が星間空間に引き離されることはありますが、恒星間の距離が非常に大きいため、天の川銀河とアンドロメダ銀河の衝突が個々の恒星系にそのような混乱を引き起こす可能性はごくわずかです。これらの事象は太陽系全体に影響を及ぼす可能性がありますが、太陽と惑星は影響を受けないと予想されています。[ 139 ]

しかし、時間の経過とともに、恒星との偶然の遭遇確率は累積的に高まり、惑星の崩壊はほぼ避けられなくなります。宇宙の終焉をもたらすビッグクランチやビッグリップのシナリオが起こらないと仮定すると、計算によれば、通過する恒星の重力によって、1000兆年（10の15乗）以内に、死にゆく太陽から残りの惑星は完全に剥ぎ取られるでしょう。この時点で太陽系は終焉を迎えます。太陽と惑星は生き残るかもしれませんが、太陽系は、いかなる意味においても存在しなくなるでしょう。[ 4 ]

年表

太陽の生涯の予測タイムライン。形成から14Gyまで

太陽系の形成時期は放射年代測定法を用いて決定されている。科学者たちは太陽系の年齢を46億年と推定している。地球上で知られている最も古い鉱物粒子の年齢は約44億年である。[ 140 ]地球の表面は浸食、火山活動、プレートテクトニクスによって絶えず変化しているため、これほど古い岩石は珍しい。太陽系の年齢を推定するために、科学者たちは太陽系星雲の初期凝縮時に形成された隕石を用いる。ほとんどすべての隕石（キャニオンディアブロ隕石を参照）の年齢は46億年であることが判明しており、太陽系は少なくともこれだけの年齢であるはずであることを示唆している。[ 141 ]

他の恒星の周りの円盤の研究も、太陽系形成の年代を特定する上で大きな貢献を果たしました。年齢が100万年から300万年の恒星はガスに富んだ円盤を形成しますが、年齢が1000万年以上の恒星の周りの円盤にはガスがほとんど、あるいは全く存在せず、これらの円盤内で巨大惑星の形成が停止していることを示唆しています。[ 39 ]

太陽系の進化のタイムライン

注: この年表の日付と時刻はすべて概算であり、規模を示す指標としてのみ使用してください。

太陽系の形成と進化の年表
段階太陽形成からの時間現在からの時間（概算）イベント
プレ太陽系 太陽系が形成される数十億年前 46億年以上 前以前の世代の星は生きて死に、太陽系が形成された星間物質に重元素を注入します。 [ 16 ]
太陽系形成の約5000万年前 46億 年太陽系がオリオン星雲のような星形成領域で形成されたとすれば、最も質量の大きい星々が形成され、その一生を終え、死に、そして超新星爆発を起こす。コアトリクエという愛称を持つ原始超新星と呼ばれる超新星の一つが、太陽系の形成のきっかけとなった可能性がある。[ 20 ] [ 21 ]
太陽の形成 0～10万年 46億 年太陽系形成前の星雲が形成され、崩壊し始める。太陽が形成され始める。[ 39 ]
10万～5000万年 46億 年太陽はTタウリ型原始星である。[ 10 ]
10万～1000万年 46億 年1000万年後には原始惑星系円盤のガスは吹き飛ばされ、外惑星の形成は完了していると考えられます。[ 39 ]
1000万～1億年 450～460億 年前地球型惑星が形成される。巨大衝突が起こり、月が形成される。巨大衝突段階を経て、地球に水がもたらされる。[ 2 ]
主系列 5000万年 45億 年太陽が主系列星になる。[ 33 ]
2億年 44億 年前地球上で最も古い岩石が形成された。 [ 140 ] [ 142 ]
5億～6億年 40～41億 年前木星と土星の軌道共鳴により、海王星はカイパーベルトへと移動します。後期重爆撃は太陽系内部で発生します。[ 2 ]
8億年 38億 年地球上で知られている最古の生命。[ 81 ] [ 142 ]オールトの雲が最大質量に達する。[ 84 ]
46億年 今日太陽は主系列星のままである。[ 117 ]
60億年 14億年後 太陽のハビタブルゾーンは地球の軌道の外側に移動し、火星の軌道上に移動する可能性がある。[ 120 ]
70億年 24億年後 天の川銀河とアンドロメダ銀河が衝突し始める。2つの銀河が完全に融合する前に、太陽系がアンドロメダ銀河に捕らえられる可能性がわずかにある。[ 137 ]
主系列後 100億～120億年 50億～70億年後 太陽は核の水素をすべて核融合させ、核を取り囲む殻の中で水素を燃焼させ始め、主系列の寿命を終える。太陽はヘルツシュプルング・ラッセル図の赤色巨星枝を上昇し始め、劇的に明るさ（最大2,700倍）、大きさ（半径最大250倍）、温度（2600 Kまで）を増していく。こうして太陽は赤色巨星となった。水星、金星、そしておそらく地球も飲み込まれる。[ 118 ] [ 123 ]この時期には、土星の衛星タイタンが居住可能になる可能性がある。[ 125 ]
約120億年 約70億年後 太陽はヘリウム燃焼の水平分枝期と漸近巨星分枝期を経て、主系列後期全体で質量の約30%を失う。漸近巨星分枝期は、太陽の外層が惑星状星雲として放出され、太陽の高密度核が白色矮星として残されるところで終わる。[ 118 ] [ 129 ]
残された太陽 約1京年（10 15年） 約1000兆年後 太陽は5Kまで冷却される。[ 143 ]通過する恒星の重力によって惑星が軌道から分離される。太陽系は消滅する。[ 4 ]

参照

注記

  1. ^天文単位（AU）は、地球と太陽の平均距離、つまり約1億5000万キロメートルです。惑星間の距離の標準的な測定単位です。
  2. ^木星、土星、天王星、海王星の合計質量は地球の445.6質量です。残りの物質の質量は約5.26地球質量、つまり1.1%です（太陽系#注釈および質量別太陽系天体一覧を参照）。
  3. ^土星、天王星、海王星が外側へ動いたのに対し、木星が内側へ動いた理由は、木星は太陽系から微惑星を放出できるほど質量が大きいのに対し、他の3つの外惑星はそうではないためです。木星は太陽系から天体を放出するためにエネルギーをその天体に与え、自身の軌道エネルギーの一部を失って内側へ移動します。海王星、天王星、土星が微惑星を外側へ摂動させると、それらの微惑星は非常に離心率が高くても軌道が拘束されているため、摂動を起こした惑星に戻って失われたエネルギーを回収できる可能性があります。一方、海王星、天王星、土星が天体を内側へ摂動させると、それらの惑星は摂動によってエネルギーを得て外側へ移動します。さらに重要なのは、内側に摂動を受けている物体は木星に遭遇して太陽系から放出される可能性が高く、その場合、放出された物体を内側に偏向させることで得られる海王星、天王星、土星のエネルギー増加は永続的なものになるということだ。
  4. ^角運動量とエネルギーの移動に関するこれらのケースすべてにおいて、二体系の角運動量は保存される。対照的に、月の公転とプライマリーの自転によるエネルギーの合計は保存されず、潮汐力バルジがプライマリー本体を通過する際に発生する摩擦熱によって散逸するため、時間の経過とともに減少する。もしプライマリーが摩擦のない理想流体であれば、潮汐力バルジは衛星の真下に位置し、移動は起こらない。摩擦による動的エネルギーの損失こそが、角運動量の移動を可能にする。

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