Когда и как погаснет Солнце
Жизнь на нашей планете была бы невозможна, если бы не жёлтый шар, который восходит на востоке каждое утро. Звезда по имени Солнце – жёлтый карлик, благодаря теплу и свету которого мы существуем. Под жёлтыми карликами принято понимать небольшие звёзды, не такие горячие, как голубые. Примерная температура светил колеблется от пяти до шести тысяч кельвинов. В среднем их размер варьируется: они могут составлять как четыре пятых нашего Солнца, так и на пятую часть превышать его габариты.
В Солнечной системе звезда только одна (собственно, отсюда и название), но в системах других планет их часто бывает две, а иногда и больше. Считается, что в группах им сосуществовать комфортнее. Жёлтых карликов во Вселенной несчётное множество. И Солнце не является среди них чем-то необычным, оно не обладает совершенно никакими отличительными характеристиками и из других систем, должно быть, выглядит так же, как для нас другие звёзды. Тем не менее, для землян Солнце всегда будет являться особенным.
Если принять на веру Теорию Большого Взрыва, согласно которой вся Вселенная образовалась примерно четырнадцать миллиардов лет назад, то можно посчитать, что наша звезда находится «в самом расцвете сил». По примерным подсчётам, Солнцу сейчас около пяти миллиардов лет. Значит, оно появилось позже, чем первые звёзды, на девять миллиардов лет.
За счёт чего мы существуем? За счёт постоянной активности на Солнце, благодаря которой на звезде неустанно протекают термоядерные реакции. В процессе превращения водорода в гелий высвобождается огромное количество энергии, за счёт которой солнце светит и греет. Правда, чтобы солнечная энергия была полезна, нужно находиться на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца. Более близкие расстояния (например, как между Венерой и светилом или между ним и Меркурием) губительны.
Сам огненный шар достигает в диаметре 1,4 миллиона километров. Для нас эта цифра кажется фантастической, но всё относительно. В масштабах целой Вселенной, где полно газовых гигантов, такой показатель достаточно посредственен. Весит Солнце в триста тридцать три раза больше, чем наша планета.
Несмотря на свой значительный диаметр, только 200 тысяч километров из него занимает ядро. Оно гораздо горячее и нагревается до четырнадцати миллионов кельвинов. Именно здесь протекают химические реакции. За пределами ядра происходит лучистый перенос. Этот процесс представляет собой многократное переизлучение фотонов, и он может длиться миллионами лет – настолько долог путь фотонов в верхние зоны звезды.
Выше – конвективная зона. Это своего рода огромный солнечный миксер, в котором происходит вихревое смешивание потоков фотонов между собой. В верхних слоях плазма заметно остывает, вследствие чего потоки утягивают ею вниз, где она набирает температуру заново.
Ещё выше – солнечная атмосфера. С Земли мы видим главным образом её, так как именно отсюда исходит большая часть излучения. Из атмосферы то и дело выбрасывает колоссальные потоки энергии, но в силу слишком яркого света газового шара мы этого не видим. Часть, в которую происходят «выбросы», именуется солнечной короной. Её возможно отчётливо разглядеть в период затмений.
Как только техника стала позволять, земляне не упускают из виду солнце. Ведётся постоянное изучение его характеристик. Вокруг звезды огромное количество всевозможных спутников, измеряющих основные показатели и отслеживающих активность на её поверхности. К сожалению, по вполне объективным причинам отправить на него исследователей или хотя бы станцию физически невозможно, но учёные подобрались к нему максимально близко: станция расположилась на орбите Меркурия.
И поскольку Солнце – не первый и не последний жёлтый карлик во Вселенной, его этапы развития можно отследить, а на их основании можно сделать прогнозы о его дальнейшей судьбе. Стоит чётко понимать, что жизненный цикл на Земле закончится гораздо раньше, чем звезда претерпит все изменения, а потому любые догадки носят чисто теоретический характер: их в любом случае никто не сможет подтвердить.
Скорее всего, в самом начале активных перемен на нашем источнике света жизнь на Земле (а может быть, и вся планета) погибнет. Примерно через один миллиард лет Солнце начнёт светить гораздо ярче: активность повысится, и это вызовет сильнейший парниковый эффект на нашей планете. Нет уверенности, что это однозначно убьёт всё живое, поскольку в морских глубинах живые существа всё ещё могут продолжить нормально существовать.
Но даже звезда не является вечным двигателем. Запасы водорода в ядре медленно, но верно, будут сокращаться, в связи с чем она станет светить гораздо ярче, чем сейчас. Через три с половиной миллиарда лет этот показатель превзойдёт современный на сорок процентов. Соответственно, меньше гелия – меньше диаметр ядра, но больше внешний диаметр звезды. Что касается Земли, то на ней будет происходить то же, что на Венере сейчас.
Запасы водорода подойдут к концу где-то через шесть с половиной миллиардов лет. На этом этапе Солнце будет горячее и ярче уже в два раза. А спустя восемь миллиардов лет шар станет настолько горячим, что все термоядерные реакции станут протекать уже не в ядре, а на внешних оболочках. К этому моменту Солнце уже полностью поглотит Землю и по праву станет являться звездой-красным гигантом.
Есть и другое предположение: возможно, орбита Земли изменится, и она станет находиться гораздо дальше, чем сейчас, и ещё какое-то время продолжит своё существование. Тем не менее, уж если в то время на Земле ещё останется какое-то подобие воды и атмосферы, то в силу медленного вращения Солнца и участившихся приливов и их сорвёт с поверхности. При условии, что сама планета просто не упадёт на гиганта.
Получается, уже безжизненная Земля, на которой не останется ничего, скончается примерно через восемь миллиардов лет. Дальше Солнце продолжит существование за счёт оставшихся ресурсов, но топливо не бесконечно: красные гиганты живут недолго, так что ещё сотни миллионов лет – и на оболочке звезды начнёт хаотично взрываться гелий. Это чревато, потому что подобные взрывы просто разорвут все верхние слои Солнца.
Кстати, сорванная поверхность светила породит ничто иное как туманность. Именно туманности – самые красивые участки Вселенной. Их часто изображают на космических полотнах. Двух одинаковых туманностей не существует. Каждая из них обладает собственной протяжённостью, формой, цветом. Должно быть, в этот момент наша система будет выглядеть особенно красивой.
Всё, что останется после пульсаций на оболочке звезды, — солнечное ядро, состоящее из углерода в алмазном состоянии. Размером оно будет практически как Земля, но гораздо плотнее и тяжелее – большая масса возможна только у нейтронной звезды или чёрной дыры. Это маленький белый карлик, но какой! Очень яркий и горячий. Он будет медленно умирать и охлаждаться – этот процесс может занять миллиарды лет, что свойственно всем белым карликам. Но в конце концов Солнце – если к тому моменту кто-то узнает в этом карлике
Солнце – погаснет навсегда
Но почему нашему солнышку не стать сверхновой? Сверхновая – это звезда, которая взрывается яркой вспышкой, становясь на десять-двадцать порядков ярче, чем она была, а затем медленно погасает. Кажется, что она берётся из ниоткуда, но на самом деле это не так.
Сверхновыми чаще всего действительно становятся именно белые карлики, находящиеся в тесных системах. Пока что будущее Солнце вполне подходит под это определение. Но тонкость состоит в том, что эти белые карлики в своей системе находятся не одни, а с более крупной звездой – обычно красным гигантом.
Выходит так, что из-за энергетического притяжения между двумя звёздами карлик постепенно перетягивает на себя часть энергии, и она образует вокруг последнего аккреционный диск. На нём энергия нестабильна, и вещество периодически может внезапно взрываться. Именно эти взрывы по всей площади диска и рождают сверхновую.
Взрывы могут длиться всего несколько дней, а потом в течение нескольких лет звезда постепенно гаснет. Процесс стихийного взрыва достаточно цикличен и так, постепенно, звезда всё наращивает и наращивает газовую оболочку, одновременно с этим становясь ярче в десять, а то и в сто тысяч раз.
Но Солнцу едва ли предоставится возможность стать сверхновой, потому что оно находится в своей системе в одиночку. Нет более крупной звезды, у которой оно могло бы перетянуть активное вещество для подкрепления своих сил. А значит, скорее всего, оно так и останется постепенно гаснущим белым карликом.
Процесс угасания может занять просто неприличное число времени – до десяти квадриллионов лет. Что произойдёт после этого? Солнце станет чёрным карликом. Стоит понимать, что эта стадия является конечной в цикле жизни небольшой звезды, но она в большей степени теоретическая – всё-таки, наш опыт покорения космоса не настолько богат, чтобы однозначно утверждать, что погасшие звёзды, которых больше не видно, обладают теми или иными параметрами. Но чисто логически, они должны существовать. Сложность в том, что процесс их угасания занимает просто неприличное количество времени, и с точностью утверждать, что такие объекты есть в непосредственной близости от солнечной системы, нельзя.
Если опираться на Теорию Большого Взрыва, то таких объектов и вовсе ещё не может существовать: они просто не успели образоваться с момента создания Вселенной. Тем не менее, теоретически на поверхность чёрного карлика уже можно высадиться. К моменту его образования поверхность звезды остынет где-то до 5 кельвинов. Гравитация на Солнце будет очень сильной, а плотность едва ли позволит бурить поверхность или ещё каким-то образом оставить на ней свой след.
Ещё одно интересное предположение: все звёзды станут чёрными карликами примерно (в рамках Вселенной, конечно) в один промежуток времени. Тогда настанет конец Вселенной. Эта эпоха прозвана учёными Эпохой Вечной Тьмы, что очень точно отражает суть вещей: источников света уже попросту нет, энергия звёзд иссякла, и ей неоткуда взяться.
Есть ещё один этап, который возможен для чёрных карликов – это взрыв чёрных карликов, который образует сверхновых чёрных карликов, но он носит ещё более теоретический характер, чем сам тип таких звёзд. Этот взрыв предполагает превращение алмазного карлика в железного посредством пикноядерного синтеза. Происходит это так: под воздействием собственной колоссальной массы звезда вновь перерождается. И вот на этой стадии, скорее всего, и Солнцу, и всей Вселенной придёт конец.
Таким образом, мы видим, что полный цикл угасания нашего огненного шара занимает свыше десяти квадриллионов лет, и это лишь примерная цифра, поскольку настолько заглянуть вперёд никто из учёных не способен. Сначала, через один миллиард лет, Солнце станет ярче на одиннадцать процентов, чего уже будет достаточно для сильнейшего парникового эффекта на поверхности Земли.
Через три с половиной миллиарда лет оно будет ярче на сорок процентов, и жизнь на Земле будет по определению невозможной. Солнце активно начнёт сжигать топливо, и вместо водорода в ядре постепенно станет перерабатывать углерод и кислород либо же водород с верхних слоёв оболочки.
Через шесть с половиной миллиардов лет светило станет больше в два раза, поглотит Меркурий, Венеру и Землю. Начнёт активно разрастаться за счёт расхода топлива с внешних оболочек и станет красным гигантом. Красный гигант просуществует совсем недолго – всего 100 миллионов лет, а затем станет белым карликом: верхние слои просто сорвёт, и останется только алмазное ядро. Белый карлик будет гаснуть свыше 10 квадриллионов лет, и такое число не укладывается в голове. В конце концов, он всё же остынет и превратится в чёрного карлика.
Солнце не сможет стать сверхновой, потому что ему неоткуда черпать вещество для создания аккреционного диска. Сверхновым карликом ему тоже не стать, потому что для этого у него недостаточно крупная масса.
Источник
Когда погаснет Солнце? Астрономия для чайников
Родина нашей планеты – Солнечная система. Земля – третья планета от нашей ближайшей звезды, желтого карлика по имени Солнце. В нашей планетарной системе всего одна звезда, что нельзя назвать редкостью, но современные исследования показывают, что звездам «комфортнее» в паре, а то и целой группе, вращающихся звезд вокруг общего центра масс.
Что такое наше Солнце? Она относится к распространённому типу звезд, и не имеет выдающейся массы среди наблюдаемых соседей. Считается, что наша звезда в «самом расцвете сил», в середине своего жизненного цикла. Ей около 5 миллиардов лет. Если принять за аксиому, что Вселенная возникла 14 миллиардов лет назад, то Солнце сформировалось через 9 миллиардов лет после Большого взрыва.
Активная звезда, внутри нее происходят термоядерные реакции, то есть превращение водорода в гелий, в результате выделяется огромное количество энергии, которое и обеспечивает жизнь на нашей планете. Находится примерно в 150 миллионах километров от Земли. Диаметр звезды 1,4 миллиона километров, масса около 2 на 10 в 30 степени килограммов. Это много для человека, а для Вселенной, это весьма средние и даже низкие показатели. Что бы представить такую массу, скажу, что она почти 333 тысячи раз больше земной.
Как устроено солнце? Звезда имеет ядро диаметром менее 200 тысяч километров, именно внутри ядра при температуре 14 миллионов градусов Кельвина и идет термоядерная реакция. Дальше идут зоны лучистого переноса, где излученные ядром фотоны многократно переизлучаются в разных направлениях. Кстати, поэтому, время которое затрачивают фотоны до выхода из зоны составляет в среднем около 170 тысяч лет, но некоторые не могут перейти в следующую зону и миллионы лет.
Следующая зона называется «Конвективная». В ней переизлучение уже не возможно, и возникает вихревое перемешивание плазмы, как в скоростном миксере. Достигая внешней оболочки она охлаждается, отдавая энергию, поступает глубже, опять нагреваясь. И так постоянно идет перемешивание. Как теплый воздух от батареи в квартире постоянно перемешивается с холодным.
Далее идет уже, так называемая, атмосфера Солнца, она достаточно тонкая не более сотен километров. Состоит из фотосферы и хромосферы. Что бы не запутывать читателя, скажу, что основное излучение нашей звезды исходит из фотосферы. Атмосфера и определяет внешний размер светила. Она конечно не ровная, из нее постоянно извергаются протуберанцы и прочие энергитические выбросы. Область этих явлений составляет Солнечную корону. Обычно ее не видно, но при полном солнечном затмении она огромна и очень эффектна.
Человечество постоянно изучает нашу звезду. На солнечной орбите много спутников, ученые получают огромное количество информации. Фотографии, сведения о солнечном активности в разных областях электромагнитного спектра. Звезда излучает огромное количество энергии, солнечного ветра, обладает мощными магнитными полями. Конечно, отправить станцию на поверхность Солнца невозможно, она погибнет задолго до пункта назначения. Однако, звезду можно изучать довольно близко, внутри орбиты Меркурия.
Что будет происходить с нашей звездой в дальнейшем? Мы думаем, что Солнце пройдет стандартные этапы эволюции для звезд такого типа. Почему я использовал слово «думаем»? Потому, что в самом начальном этапе изменений, жизнь на Земле будет невозможна. Где-то через миллиард лет, светимость Солнца повысится на 11% и возникнет сильный парниковый эффект на Земле, но живые существа могут остаться в океанах.
Запасы топлива для термоядерных реакций внутри звезды не бесконечны. Постепенно количество водорода будет уменьшаться, Солнце будет увеличивать свою температуру и светимость. Через 3,5 миллиарда лет Солнце станет ярче сегодняшнего на 40% и условия на нашей планете будут напоминать венерианские. Горючее будет расходоваться, внешний диаметр звезды увеличиваться, а ядро сжиматься. Через 6,5 миллиардов лет водород в ядре почти закончится и Солнце, увеличившись в полтора раза, станет ярче в два раза чем сейчас.
Примерно через 8 миллиардов лет Солнце разогреется настолько, что запустится термоядерная реакция во внешних оболочках, а в ядре практически прекратиться. По своему размеру светило достигнет орбиты Земли и превратиться в Красного гиганта. Погибнет ли Земля на этом этапе, поглотит ли ее Солнце? Однозначно сказать нельзя. К этому моменту звезда потеряет часть своей массы и из-за ослабления гравитации наша планета перейдет на более дальнюю орбиту. Однако, скорость вращения Солнца уменьшится и увеличатся приливные явления. И если Земля не «упадет» на звезду, то все с ее поверхности будет сорвано, и атмосфера и океаны. Планета станет безжизненной, и скорее всего Солнцу удастся поглотить ее. Другими словами, Земля погибнет через 8 миллиардов лет или чуть раньше.
Еще несколько сотен миллионов лет Солнце будет дожигать остатки топлива, а когда температура ядра достигнет сто миллионов по шкале Кельвина, начнутся вспышки гелия. В итоге за счет термических пульсаций оболочка нашей звезды будет сорвана, а внутри образуется очень яркий Белый карлик, но размером не больше Земли. И еще миллиарды лет карлик будет остывать и гаснуть, что типично для звезд такого класса.
Почему, сжимаясь, Солнце не взорвется сверхновой? Все очень просто. Его массы просто недостаточно. Ее будущее — Белый карлик, окруженный остатками собственной оболочки, которая превратиться в планетарную туманность.
Источник