世紀(jì)大反轉(zhuǎn)？最新研究：銀河系與仙女座的“末日碰撞”概率暴跌！

這個(gè)畫面美嗎？

這是一幅基于嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)推演所模擬出的、40億年后地球的夜空，一道橫跨天際、無(wú)比壯麗的星系盤，那是仙女座星系，它將如同一道燃燒的宇宙?zhèn)蹋紦?jù)我們的整個(gè)視野。

在過(guò)去的幾十年里，這個(gè)景象幾乎是一個(gè)“板上釘釘”的預(yù)言，我們都知道40億年后，仙女座星系將會(huì)與我們的銀河系發(fā)生一場(chǎng)毀滅性的碰撞，兩者將在引力的無(wú)情拉扯下，花費(fèi)數(shù)十億年的時(shí)間，最終合并成一個(gè)更龐大、更古老的橢圓星系。

但根據(jù)最新研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)我們以為“注定”的結(jié)局，其發(fā)生的概率可能已經(jīng)大幅度下降了。

這場(chǎng)“宇宙合并”的故事，始于人類對(duì)自身位置的一次顛覆性認(rèn)知。

在19世紀(jì)甚至到20世紀(jì)初，那時(shí)候的人們普遍認(rèn)為，我們目之所及的整個(gè)宇宙，有且只有銀河系，那些在望遠(yuǎn)鏡中看到的、如同幽靈般旋轉(zhuǎn)的“星云”，被認(rèn)為是銀河系內(nèi)部正在形成的氣體結(jié)構(gòu)，直到1923年，美國(guó)天文學(xué)家埃德溫·哈勃，利用當(dāng)時(shí)全球最強(qiáng)大的胡克望遠(yuǎn)鏡，指向了那團(tuán)位于仙女座方向的、最著名的“星云”。

他所看到的，粉碎了人類的宇宙觀。

他發(fā)現(xiàn)，在那團(tuán)云霧的邊緣，居然解析出了獨(dú)立的恒星，更重要的是，他找到了“造父變星”，一種可以用來(lái)測(cè)量宇宙距離的“標(biāo)準(zhǔn)蠟燭”，通過(guò)測(cè)量這些恒星的亮度與脈動(dòng)周期，他計(jì)算出了一個(gè)驚人的數(shù)字：這團(tuán)“星云”遠(yuǎn)在250萬(wàn)光年之外，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了銀河系的邊界。

所以“仙女座星云”不是星云，它是一個(gè)和銀河系一樣龐大、甚至更大的“星系島嶼”，這個(gè)發(fā)現(xiàn)直接粉碎了“銀河系就是整個(gè)宇宙”的舊觀念，宇宙的尺度在瞬間被放大了億萬(wàn)倍。

也正是從那一刻起，天文學(xué)家們開始以前所未有的熱情，測(cè)量這些“新發(fā)現(xiàn)”的星系的運(yùn)動(dòng)軌跡，他們想知道，這些星系是在遠(yuǎn)離我們，還是在靠近我們，通過(guò)觀測(cè)光譜，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)普遍規(guī)律：絕大多數(shù)星系的光譜線都向著波長(zhǎng)更長(zhǎng)的“紅端”偏移，這意味著它們正在遠(yuǎn)離我們，這就是宇宙膨脹的偉大證據(jù)。

但仙女座星系卻是個(gè)令人不安的例外，早在1912年，天文學(xué)家維斯托·斯里弗在觀測(cè)仙女座光譜時(shí)，就發(fā)現(xiàn)了這個(gè)奇怪的現(xiàn)象：它的光譜線出現(xiàn)了“藍(lán)移”，“藍(lán)移”意味著，它正朝我們而來(lái)，在隨后的數(shù)十年中，多次觀測(cè)都證實(shí)了這個(gè)結(jié)果：仙女座星系正在引力的作用下，以大約每秒110公里的恐怖速度，筆直地沖向銀河系。

然而一個(gè)物體朝你高速飛來(lái)，并不意味著它一定會(huì)撞上你。

想象一下，一顆子彈以高速?gòu)哪忝媲帮w過(guò)，如果它只是“擦肩而過(guò)”，就不會(huì)有碰撞。天文學(xué)家們面臨的正是這個(gè)問(wèn)題：我們只知道仙女座的“徑向速度”，但我們對(duì)它“橫向速度”一無(wú)所知，如果它的橫向速度為零，那它就是一次“正中紅心”的對(duì)撞。如果它的橫向速度很大，它或許會(huì)完美地錯(cuò)過(guò)我們，與銀河系在未來(lái)各自安好。

這個(gè)謎團(tuán)在2012年被解開，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的“凝視”，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的團(tuán)隊(duì)通過(guò)極其精密的測(cè)量，首次捕捉到了仙女座星系中恒星的微弱橫向運(yùn)動(dòng)，他們得出的結(jié)論是，仙女座的橫向運(yùn)動(dòng)速度極小，大約僅為每秒17公里。

這個(gè)速度，用天文學(xué)家的話說(shuō)，就是“小到可以忽略不計(jì)”，結(jié)合了徑向速度、極小的橫向速度以及強(qiáng)大的引力模型，研究人員推算出：銀河系與仙女座之間的軌道交點(diǎn)距離，在未來(lái)會(huì)不斷縮短，最終二者必然形成引力捕獲并合并。

哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)，第一次為這場(chǎng)碰撞蓋上了“不可避免”的印章，這一結(jié)果在2019年得到了進(jìn)一步的“終極驗(yàn)證”，歐洲航天局的“蓋亞”空間望遠(yuǎn)鏡，這臺(tái)人類歷史上最精密的“銀河系測(cè)繪儀”，提供了銀河系數(shù)十億顆恒星的精確三維位置與運(yùn)動(dòng)速度數(shù)據(jù)。

模擬的精度提升到了前所未有的程度，新的模型顯示，兩者將在約45億年后開始第一次“擦肩式”碰撞，那時(shí)的天空將不再是我們熟悉的模樣，夜空中將出現(xiàn)一道由仙女座盤面構(gòu)成的巨大星系盤，橫跨天際，數(shù)萬(wàn)億顆恒星將在同一片天空下交織閃耀。

到大約55億年后，在引力的反復(fù)拉扯和“動(dòng)力摩擦”下，兩個(gè)星系將徹底失去各自的螺旋結(jié)構(gòu)，完全融合成一個(gè)新的、更龐大的巨型橢圓星系，并被命名為“銀河-仙女座星系”，在過(guò)去的十年里，這幾乎是教科書級(jí)別的“標(biāo)準(zhǔn)答案”。

然而科學(xué)的魅力就在于它的“永不確定”，前段時(shí)間一篇發(fā)表在《自然·天文學(xué)》期刊上的論文，徹底攪動(dòng)了這潭“死水”，這篇題為《銀河系-仙女座星系合并不確定性》的研究，得出了一個(gè)令人震驚的結(jié)果。

科學(xué)家們利用最新的數(shù)據(jù)，進(jìn)行了一場(chǎng)規(guī)模空前的蒙特卡洛模擬，結(jié)果是在未來(lái)100億年里，銀河系與仙女座星系有接近50%的概率不會(huì)合并，換句話說(shuō)，那場(chǎng)被認(rèn)為“注定”的宇宙合并，可能只是一個(gè)“概率事件”，而非一個(gè)“確定的結(jié)局”。

為什么會(huì)發(fā)生如此巨大的反轉(zhuǎn)？

研究團(tuán)隊(duì)指出，過(guò)去的模擬存在一個(gè)致命的缺陷：過(guò)于簡(jiǎn)化。它們大多是“兩體模型”，只考慮了銀河系和仙女座這兩個(gè)主角，但我們的“本星系群”并非只有它們，研究團(tuán)隊(duì)選取了群內(nèi)最關(guān)鍵的四大成員，銀河系、仙女座星系、三角座星系和大麥哲倫星云，并考慮了它們之間復(fù)雜的引力相互作用。

大麥哲倫星云不是一個(gè)輕飄飄的小衛(wèi)星，它非常重，直到最近才剛剛被銀河系捕獲，它的“闖入”給我們整個(gè)系統(tǒng)的引力平衡帶來(lái)了巨大的“擾動(dòng)”，三角座星系是第三大成員，它目前更像是仙女座的“衛(wèi)星”。

研究者借助最近由蓋亞望遠(yuǎn)鏡和韋伯望遠(yuǎn)鏡提供的、比2019年更精確的位置、速度和距離數(shù)據(jù)，進(jìn)行了三體乃至四體系統(tǒng)的未來(lái)軌跡積分。

結(jié)果顯示，在簡(jiǎn)化的“銀河系-仙女座”兩體模型中，它們合并的概率仍然非常高，但當(dāng)加入“三角座星系”與“大麥哲倫云”這兩個(gè)“變量”后，情況發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，在復(fù)雜的四體模型中，后兩個(gè)“小家伙”的引力拉扯，像是在玩“引力彈弓”，極大地增加了兩個(gè)“大家伙”軌道的不確定性。它們可能會(huì)“竊取”或“轉(zhuǎn)移”銀河系與仙女座之間的軌道能量。

最終四體模型顯示，在100億年的時(shí)間框架內(nèi)，兩者合并的概率僅略高于50%。

此外研究團(tuán)隊(duì)還指出了一個(gè)殘酷的現(xiàn)實(shí)：我們目前的“測(cè)量精度”，依然“不夠用”，2012年哈勃測(cè)量的“17公里/秒”雖然偉大，但它只是一個(gè)最佳估計(jì)值，最新的研究表明，仙女座橫向速度的“不確定性”依然高達(dá)每秒40至65公里。

在模擬天體軌道時(shí)，一個(gè)微小的初始條件誤差，在經(jīng)過(guò)數(shù)十億年的積分后，會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的巨大差異，兩個(gè)星系要真正“合并”，需要彼此靠近至一定距離，從而通過(guò)“動(dòng)力摩擦”將軌道能量耗散掉。但新的研究發(fā)現(xiàn)，如果它們的最近通行點(diǎn)大于這個(gè)距離，動(dòng)力摩擦的效率極低，軌道可能根本不會(huì)“墜入”合并。

它們可能不會(huì)“撞”，而是會(huì)變成一對(duì)“永恒的舞伴”，在未來(lái)數(shù)百億年里，維持一種長(zhǎng)期的、相互繞行的軌道狀態(tài)。

但你并不用擔(dān)心。

因?yàn)闊o(wú)論是“必然碰撞”還是“擦肩而過(guò)”，這都是一個(gè)發(fā)生在數(shù)十億年之后的過(guò)程，對(duì)于人類文明，乃至地球未來(lái)幾千萬(wàn)年的存在，都毫無(wú)影響。

這個(gè)“科學(xué)的大反轉(zhuǎn)”告訴我們的，不是一個(gè)關(guān)乎存亡的壞消息或好消息，而是科學(xué)本身的運(yùn)作方式：它永遠(yuǎn)在質(zhì)疑、永遠(yuǎn)在修正、永遠(yuǎn)在接近真相的路上。

那幅40億年后壯麗的夜空?qǐng)D景，也許會(huì)發(fā)生，也許不會(huì)，宇宙為我們保留了50%的懸念。