태양은 핵융합이 끝나면 적색거성을 거쳐 백색왜성이 되고 다시 1000조년이 지나면 흑색왜성이 된다. 흑색왜성은 우주의 나이가 150억년도 안 되는 것을 감안하면 우주에 존재하지 않는 가상의 천체다. 태양은 50억년~70억년 뒤부터 부풀어올라 막대한 물질을 방출하고, 결국은 질량의 54%만이 남아 백색왜성이 될 것이다. 이 과정에서 태양은 지구와 화성 궤도까지 확장돼 수성과 금성, 지구를 집어삼키거나 지구를 튕길 수 있다. 화성은 태양에 흡수되지 않지만 질량이 작아 전체 태양계 구도에 큰 영향을 미치지 않는다. 과학자들은 우리 태양계가 언제, 어떻게 사라지는지를 알아보려고 했다. 1999년 연구에서는 태양계가 적어도 100년에 걸쳐 서서히 붕괴할 것으로 예측했다.
2020년 시뮬레이션 연구에 따르면 태양이 완전히 소멸되기 전에 태양계가 해체된다는 결과가 나왔다. 그 시기도 과거 예상보다 빠른 약 1000억 년 후다. 과거 연구가 태양계를 초기에 변화시킬 수 있는 몇 가지 중요한 계산 요소가 부족하다는 것을 발견했다. 다체문제(n-body problem)와 섭동이론(perturbation theory)이 그것이다. 다체 문제란 3개 이상의 천체가 서로 중력의 작용으로 일어난 운동 문제이며, 섭동은 한 천체의 평형 상태가 다른 천체의 중력에 의해 교란되는 현상이다. 즉 여러 천체가 서로 영향을 주면 복잡해지는 현상이다. 태양 질량이 감소하면 외부 행성에 대한 중력도 약해지므로 목성과 토성, 천왕성, 해왕성은 태양으로부터 점차 멀어지면서 각 행성 간의 중력 영향이 커진다. 시뮬레이션 결과 태양이 백색왜성으로 진화하면 외부 행성은 더 큰 궤도를 돌지만 목성이 태양을 5회 공전할 때마다 토성은 2회 공전하는 안정적인 궤도 공명 상태를 한동안 유지했다. 이렇게 확장된 궤도와 공명 상태는 행성 간 섭동에 더 취약하다. 약 300억 년이 지나면 행성의 궤도는 얽히고 결국 목성만 남긴 채 모두 태양계를 떠나 떠도는 행성이 된다. 다른 행성이 모두 이탈한 뒤에도 거의 500억 년을 홀로 존속했다. 다른 행성이 없으면 목성은 탈출 에너지를 얻을 수 없다. 약 2300만년마다 한 번씩 태양계 근처를 지나는 다른 항성계가 영향을 줄 것이다. 결국 1000억 년이 지나면 태양계에 행성이 더 이상 남지 않는다. 이번 시뮬레이션은 근접하는 다른 항성계를 쌍성이나 삼중성으로 간주해 태양이 백색왜성으로 변하는 시기에 우리 은하계와 안드로메다 은하의 합병으로 인한 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