Что если бы Солнце было меньше Земли
Мы привыкли, что крупнейшим небесным телом в Солнечной системе считается единственная звезда – Солнце. Но давайте представим, что эта огненная сфера из газа и плазмы потеряет титул самого большого объекта? Что тогда произойдет с Землей, другими планетами и всей системой?
Важно понимать, что Солнце действительно огромно! Если мы уменьшим нашу звезду до параметров баскетбольного мяча, то Земля станет размером с кунжутное семя. Понадобится 1.3 млн. планет Земля, чтобы заполнить солнечный объем. Солнце настолько массивное, что занимает 99% массы Солнечной системы.
Но давайте рассмотрим сценарий, в котором Солнце меньше Земли. В таком случае изменилась бы вся Солнечная система. Плохая новость заключается в том, что Земля станет непригодной для жизни, а Солнце… ну, оно перестанет быть звездой.
Сравнительные размеры Луны и Земли
Если мы говорим о Вселенной, то размер имеет значение. То же самое касается и дистанции. Земля оказалась счастливицей, так как находится в зоне обитаемости, поэтому не обгорела, как Венера, и не замерла, подобно Марсу.
Звездная масса определяет цвет и температуру объекта. Крупные звезды более горячие и голубые, а маленькие – холодные и красные. Можно подумать, что сокращение солнечного размера сделает из него красный карлик. Но есть определенный предел, когда звезда остается звездой (в ее ядре происходят реакции).
Полагают, что наименьшая звезда, поддерживающая ядерный синтез, не опускается ниже границы в 0.075 солнечных масс. Если бы наше Солнце стало меньше этой отметки, то у него не осталось массы для поддержания ядерного синтеза.
Сравнительные размеры 2MASS J0523-1403 — одной из самых маленьких звезд во Вселенной
По сути, Солнечная система в этом сценарии теряет звезду. Так как Солнце выступает источником гравитации, удерживающим нас на орбите, все планеты сбились бы с курса и отправились в космическое пространство в поиске другого гравитационного якоря. Для землян это не лучший вариант, ведь мы легко врежемся в другую планету или умрем от холода во тьме.
Давайте пофантазируем и посмотрим на ситуацию иначе. Что, если Солнце останется с прежними размерами, а вот Земля станет больше (превзойдет Солнце)?
В таком случае земная масса увеличится в 333 000 раз, а с этим вырастет и показатель гравитации. Люди бы умерли сразу, потому что такой гравитационный показатель просто сломает наши кости. Кроме того, планета начнет генерировать намного больше тепла и давления в ядре, что позволит ей стать звездой.
Выходит, что вся жизнь на Земле вымрет, а сама планета превратится в звезду. Тогда Солнечная система будет состоять из двух звезд, вращающихся вокруг друг друга, а планеты изменят свою орбиту (хотя при земной трансформации Меркурий, Венера и Марс могут погибнуть).
В любом случае жизнь на Земле исчезнет, но сможет появиться на других планетах и будет любоваться восходом и закатом из двух солнц. Но лучше оставить все как есть, ведь оба гипотетических сценария ведут к нашей гибели.
Источник
Что произойдет, если Земля станет размером с Солнце
Нам постоянно говорят, что история не имеет сослагательного наклонения, то есть, нет смысла в рассуждениях «что было бы, если». Но пытливые умы не перестают будоражить подобные гипотетически-фантастические вопросы.
Вот и по поводу размеров небесных тел нашей Солнечной системы подобные казуистические вопросы время от времени звучат. Один из наиболее навязчивых: что было бы, имей Земля размеры, сопоставимые с Солнцем? Как бы это сказалось на эволюции и нашей планеты, и ее ближайших соседей?
Так что же по этому поводу говорит современная астрофизическая наука? Ученые подсчитали: если космический объект будет иметь массу, не то что равную Солнцу, а превышающую хотя бы 8% от его массы, то он обязательно трансформируется в звезду. Превращение совершится благодаря собственной гравитации и ряду сопутствующих физических и химических мутаций веществ, составляющих планету.
Теперь давайте прикинем расчеты на конкретном примере Земли. Ее плотность в средних значениях примерно в 4 раза выше, чем у нашего раскаленного светила. И если представить, что наша планета вдруг приобрела размеры Солнца, то ее масса будет в 16 раз больше солнечной. Значит, ее будущее гарантировано: она станет звездой.
Но фантазерам мало простых допущений, они идут дальше: пытаются представить, на что будет похожа голубая планета, если допустить, что с нее улетучится избыток водорода и останутся лишь более тяжелые элементы. При таком абсолютно ненаучном допущении Земля превратилась бы в огромный расплавленный шар.
Из-за отсутствия водорода термоядерные реакции на таком объекте невозможны. Так что «горячиться» ему придется долго, миллиарды лет. Но ничто не вечно во Вселенной, — и такой космический факел со временем остынет. И, соответственно, станет твердым.
По всей видимости, температура на поверхности застывшего объекта станет сопоставимой с земной. Вот только существование сложных организмов на подобном небесном теле практически невозможно из-за мощной гравитации.
Могут ли там присутствовать простейшие формы жизни типа бактерий и иных микроорганизмов? Вопрос интересный, но пока, на современном этапе развития науки, безответный, хотя обсуждаемый.
Источник
Как изменится наша жизнь, если Земля станет больше
В течение почти четырех лет космический телескоп НАСА «Кеплер» летал в космосе в противофазе с Землей, исследуя наш уголок галактики. За это время он наблюдал за более чем 150 000 звезд в поисках планет размером с Землю, принадлежавших другим звездным системам. И результаты поисков не разочаровали: Кеплер обнаружил большое количество планет, известных как суперземли.
Эти далекие планеты с виду очень похожи на нашу: они скалистые, меньше газовых гигантов по размеру, и многие из них обладают целыми океанами воды и полноценными атмосферами. Но есть одно важное отличие: они намного больше, чем наша голубой шарик: эти суперземли в два-десять раз больше нашей Земли.
Поскольку в космосе существует достаточно много суперземель, возникает сразу два вопроса — почему наша Земля оказалась «карликом», и что было бы, если бы она была в несколько раз больше?
На первый вопрос ответил Микки Розенталь, кандидат в доктора наук, изучающий формирование планет в Университете Калифорнии, Санта-Круз. Одна из теорий образования Солнечной системы состоит в том, что гигантская планета Юпитер стала настолько большой, что она перекрыла доступ к космическим строительным блокам внутренним скалистым планетам, создав пояс астероидов, и не дала объектам из более далекого облака Оорта проникать ближе к Солнцу. В итоге внутренние планеты просто не смогли «нагулять жирка» и остались относительно небольшими по космическим меркам.
Облако Оорта — область за орбитой Нептуна, где находится множество астероидов и пыли, оставшиеся после образования Солнечной системы.
Ответ на второй вопрос сложнее — мы еще не изучили ни одну из суперземель вблизи, и не знаем, как они устроены. Но у ученых, разумеется, есть на этот счет теории и предположения. Начнем с того, что скорее всего все наше окружение будете короче или ниже — вы, гора Эверест, автобусы, столбы — потому что сила притяжения прямо пропорциональна радиусу планеты (разумеется, если остальные характеристики типа средней плотности остаются неизменными).
Если бы Земля была в два раза больше, вы были бы в два раза тяжелее, потому что гравитация планеты притягивала бы вас в два раза сильнее. Поэтому гора Эверест была бы ниже — каменистый материал, из которого она создана, не выдержал бы нагрузки при ее текущей высоте. Из-за этого эволюция вполне могла пойти другим путем, сделав нас ниже, дабы двойная гравитация не мешала работе сердца, которому приходилось бы качать более тяжелую кровь.
Имея большую массу и радиус, а также более сильное гравитационное поле, супер-Земля более эффективно ловила бы пролетающие астероиды, которые никак не грозят нашей «обычной» планете, сказал Рори Барнс, теоретик, изучающий планеты в Университете Вашингтона. Как суперземля, наш голубой шарик привлекал бы куда больше астероидов, так что проблема «Армагеддона» стояла бы куда острее, чем сейчас — если, конечно, жизнь уже не была бы уничтожена одним из космических булыжников.
Если бы гипотетическая супер-Земля была бы еще крупнее — скажем, в 10 раз больше ее нынешнего размера — во внутренней части планеты могли бы начаться драматические изменения. Жидкая мантия также будет в 10 раз больше, и ее гигантская сила тяжести серьезно увеличила бы давление на ядро. И, по словам Барнса, при 10 размерах Земли такого давления хватило бы, чтобы частично жидкое ядро затвердело.
Суперземля 55 Рака в сравнении с Землей.
На данный момент конвекционные потоки в нашем частично жидком ядре генерируют магнитное поле Земли. Но если ядро затвердеет, то потоки остановятся, и магнитное поле может серьезно ослабнуть или вообще исчезнуть, сказал Барнс. И это может катастрофически повлиять на жизнь на нашей планете.
По словам Барнса, наше магнитное поле «защищает жизнь на планете от злобного космоса». Без него заряженные частицы от Солнца, так называемый солнечный ветер, будет беспрепятственно доходить до поверхности. И эти высокоэнергетические частицы могут вызвать всевозможные проблемы со здоровьем, в том числе расщеплять ДНК и вызывать рак.
Барнс также указал, что большая внутренняя часть может сделать супер-Землю более вулканически активной, чем сейчас. По мере увеличения радиуса планеты внутри нее появляется все больше энергии и все меньше мест для ее выхода (ибо площадь пропорциональна квадрату радиуса, а объем — кубу). Поэтому не придется удивляться более серьезной вулканической активности на такой планете.
Также, скорее всего, на супер-Земле поменяется и тектоника плит. Более крупная мантия также будет и более горячей, что может вызвать более энергичные конвекционные потоки, которые будут быстрее перемещать литосферные плиты. Но есть и другой вариант: более сильный жар от мантии может просто сплавить все плиты воедино, и тектоники на такой планете вообще может не существовать.
Магнитное поле Земли защищает нас от солнечного ветра.
Основываясь на суперземлях, которые ученые обнаружили до сих пор, мы не можем быть уверены, что Земля была бы пригодна для жизни, если бы она была суперземлей. Космический телескоп «Кеплер» лучше всего обнаруживает планеты, расположенные очень близко к своей звезде — гораздо ближе, чем Земля к Солнцу. Большинство известных науке суперземель находятся почти так же близко к своей звезде, как и Меркурий к нашему Солнцу. А на нем, к примеру, температура на солнечной стороне составляет порядка 400 градусов по Цельсию, что позволяет плавить свинец просто в руках.
По словам Хильке Шлихтинга, доцента астрофизики в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, для того, чтобы Земля была в условиях, сопоставимых с типичной суперземлей, она должна иметь орбиту длительностью около 100 дней. Такая орбита может быть пригодна для жизни в системах с красными карликами, которые ощутимо тусклее и холоднее нашей звезды, но в Солнечной системе это место располагается недалеко от орбиты Меркурия и точно необитаемо.
Удивительно, но многие обнаруженные к настоящему времени суперземли кажутся богатыми водой и вообще могут быть целыми водными мирами, сказал Родриго Люгер, научный сотрудник в Центре вычислительной астрофизики в Нью-Йорке. Возможно, что эти планеты сформировались в большей степени изо льда в глубинах своих звездных систем, а затем мигрировали ближе к своим звездам, что заставило их лед таять, сказал он.
Структура каменистых планет и водных суперземель.
Однако эти планеты едва ли могут быть обитаемыми, поскольку дно их глубоких океанов покрыто толстым слоем твердого льда. Этот лед образован не низкими температурами, а интенсивным давлением огромной толщи воды, которое заставляет молекулы воды переходить в твердое состояние. Этот слой льда блокирует любое взаимодействие между атмосферой и недрами планеты, что означает отсутствие углеродного цикла (процесс, в котором углерод циркулирует через атмосферу, океан и кору) и минерального обмена, который важен для той жизни, которую мы знаем. Так что вода на суперземлях далеко не гарантирует того, что на них может зародиться жизнь.
Реальность такова, что у ученых больше вопросов о суперземлях, чем ответов. Мы не до конца понимаем физику нашего собственного мира, так что куда нам до понимания происходящего на планетах, находящихся за пределами Солнечной системы, сказал Люгер. Мы не знаем наверняка, что случилось бы, если бы Земля была больше и ближе к Солнцу. Но мы точно знаем, что рядом с нами такого же удачного голубого шарика нет, поэтому мы должны беречь наш.
Источник
Можно ли спасти Землю, передвинув ее подальше от Солнца?
Однажды в будущем океаны Земли вскипят, уничтожая всю жизнь на поверхности планеты, и сделают ее совершенно непригодной для жизни. Это глобальное потепление в некотором смысле неотвратимо: постепенное потепление, которое испытывает Солнце, происходит за счет постепенного выгорания топлива внутри светила. Однако есть способ сохранить Землю обитаемой, если мы разработаем долгосрочное решение: миграция всей Земли. Возможно ли это?
Нам нужно выяснить, насколько жарко станет и насколько быстро это произойдет, чтобы передвинуть Землю в темпе.
Способ, которым любая звезда получает свою энергию, заключается в сплавлении более легких элементов в более тяжелые в ядре. Наше Солнце, в частности, синтезирует гелий из водорода в регионах, где температура ядра превышает 4 000 000 градусов. Чем горячее, тем быстрее скорость синтеза; в самом сердце ядра температура достигает 15 000 000 градусов. Эта скорость почти всегда постоянная. За долгое время процентное соотношение водорода к гелию меняется, и внутренняя часть нагревается чуть сильнее за миллиарды лет. И когда происходит разогрев, мы наблюдаем следующее:
- светимость увеличивается — больше энергии излучается со временем
- светило слегка увеличивается в размерах, радиус увеличивается на несколько процентов за каждый миллиард лет
- его температура остается почти всегда постоянной, меняясь менее чем на 1% за миллиард лет.
Все это сводится к одному неудобному факту: количество энергии, которая достигает Земли, медленно растет со временем. За каждые 110 миллионов лет солнечная светимость увеличивается примерно на 1%. Это означает, что энергия, достигающая Земли, также увеличивается на 1% примерно за то же время. Когда Земля была на четыре миллиарда лет моложе, наша планета получала 70% от энергии, которую получает сегодня. И через еще один-два миллиарда лет, если мы ничего не сделаем, на Земле образуются существенные проблемы. В какой-то момент температура на поверхности поднимется до 100 градусов по Цельсию. То есть океаны испарятся.
Как нам это смягчить? Есть несколько возможных решений:
- Мы можем установить ряд больших отражателей в точке Лагранжа L1, чтобы не давать части света достигать Земли.
- Мы можем изменить при помощи геоинженерии атмосферу/альбедо нашей планеты, чтобы она отражала больше света и поглощала меньше.
- Мы можем избавить планету от парникового эффекта, убрав молекулы метана и диоксида углерода из атмосферы.
- Мы можем покинуть Землю и сосредоточиться на терраформировании внешних миров вроде Марса.
В теории все может сработать, но потребует колоссальных усилий и поддержки.
Однако решение о миграции Земли на удаленную орбиту может стать окончательным. И хотя нам придется постоянно уводить планету с орбиты, чтобы поддерживать температуру постоянной, на это уйдут сотни миллионов лет. Чтобы компенсировать эффект 1% увеличения светимости Солнца, нужно отвести Землю на 0,5% расстояния от Солнца; чтобы компенсировать увеличение в 20% (то есть за 2 миллиарда лет), нужно отвести Землю на 9,5% дальше. Земля будет уже не в 149 600 000 км от Солнца, а в 164 000 000 км.
Расстояние от Земли до Солнца не сильно изменилось за последние 4,5 миллиарда лет. Но если Солнце будет нагреваться и мы не хотим, чтобы Земля поджарилась окончательно, нам придется серьезно рассмотреть возможность миграции планеты.
На это нужно много энергии! Сдвинуть Землю — все ее шесть септиллионов килограммов (6 х 10 24 ) — подальше от Солнца — значит существенно изменить наши орбитальные параметры. Если мы отведем планету от Солнца на 164 000 000 км, будут заметны очевидные различия:
- Земля будет совершать оборот вокруг Солнца на 14,6% дольше
- для поддержания стабильной орбиты, наша орбитальная скорость должна упасть с 30 км/с до 28,5 км/с
- если период вращения Земли останется прежним (24 часа), в году будет не 365, а 418 дней
- Солнце будет намного меньше в небе — на 10% — а приливы, вызванные Солнцем, будут слабее на несколько сантиметров
Если Солнце раздуется в размерах, а Земля отдалится от него, два этих эффекта не совсем компенсируются; Солнце будет казаться меньше с Земли
Но для того, чтобы вывести Землю так далеко, нам нужно произвести очень большие энергетические изменения: нам нужно будет изменить гравитационную потенциальную энергию системы Солнце — Земля. Даже принимая во внимание все остальные факторы, включая замедление движения Земли вокруг Солнца, нам придется изменить орбитальную энергию Земли на 4,7 х 10 35 джоулей, что эквивалентно 1,3 х 10 20 тераватт-часов: в 10 15 раз больше ежегодных затрат энергии, которые несет человечество. Можно было бы подумать, что через два миллиарда лет они будут другими, так и есть, но не сильно. Нам понадобится в 500 000 раз больше энергии, чем человечество генерирует сегодня во всем мире, и все это уйдет на передвижение Земли в безопасное место.
Скорость, с которой планеты обращаются вокруг Солнца, зависит от их расстояния до Солнца. Медленная миграция Земли на 9,5% расстояния не нарушит орбиты других планет.
Технологии — это не самый сложный вопрос. Сложный вопрос куда более фундаментальный: как мы получим всю эту энергию? В реальности есть только одно место, которое удовлетворит наши потребности: это само Солнце. В настоящее время Земля получает около 1500 Вт энергии на квадратный метр от Солнца. Чтобы получить достаточную мощность для миграции Земли за нужный промежуток времени, нам придется построить массив (в космосе), который соберет 4,7 х 10 35 джоулей энергии, равномерно, за 2 миллиарда лет. Это значит, что нам нужен массив площадью 5 х 10 15 квадратных метров (и 100% эффективностью), что эквивалентно всей площади десяти планет, как наша.
Концепция космической солнечной энергии разрабатывается уже давно, но никто пока не представлял себе массив солнечных элементов размером в 5 миллиардов квадратных километров.
Поэтому чтобы перевезти Землю на безопасную орбиту подальше, понадобится солнечная панель в 5 миллиардов квадратных километров 100-процентной эффективности, вся энергия которой будет уходить на выталкивание Земли на другую орбиту в течение 2 миллиардов лет. Возможно ли это физически? Абсолютно. С современными технологиями? Вообще никак. Возможно ли это практически? С тем, что мы знаем сейчас, почти наверняка нет. Перетащить целую планету сложно по двум причинам: во-первых, из-за силы гравитационного притяжения Солнца и из-за массивности Земли. Но мы имеем именно такое Солнце и такую Землю, а Солнце будет нагреваться вне зависимости от наших деяний. Пока мы не придумаем, как собрать и использовать такое количество энергии, нам будут нужны другие стратегии.
Источник