Что будет с солнцем через несколько миллионов лет
Это было еще до 1600 года, когда кто-то подумал, что Солнце и звезды являются одним и тем же типом объектов. Теперь мы знаем, что Солнце — одно из 100000000000 (10 11 ) звезд в нашей собственной галактике — Млечном Пути, и, вероятно, по крайней мере еще 10 11 галактик существует во Вселенной. Солнце является средней по величине старой звездой возрастом около 4.5 миллиард лет, находящейся на расстоянии от нашей ближайшей соседней звезды по галактике в 4 световых года. Наше собственное положение в галактике по отношению к ее внешнему краю — около 30000 световых лет от галактического центра. Время движения по Солнечной орбите вокруг центра галактики с периодом около 200000000 лет мы можем считать Солнечным годом. В своей жизни Солнцем было совершено около 22 оборотов вокруг центра галактики. Это подобно 22- летнему циклу деятельности Солнца, что наблюдает человек. Все это указывает, что Солнце находится в начале своей жизни.
Современные теории считают, что около 5 миллиард лет тому назад Солнце начинало формироваться из огромного темного облака пыли и пара, в состав которого входили остатки более ранних взорвавшихся звезд. Под влиянием силы тяжести облако начало сжиматься и вращаться. Степень сжатия около центра была очень большой и постепенно сформировалась плотная центральная сердцевина. Так как скорость вращения возрастала для сохранения углового момента, внешние части образования начинали выравниваться. Частицы пыли и пар около внешнего края этого образования имели меньшую плотность и они вращались вокруг своего собственного центра в том же направлении, как и родительское облако. Они были обречены, чтобы стать Землей и другими планетами нашей солнечной системы.
С началом ядерных реакций в ядре Солнце начинало свою жизнь как истинная звезда, нагретая не скудной энергией гравитационного коллапса, а как звезда с почти неисчерпаемым источником ядерного топлива, содержащегося в своем внутреннем составе. Эта ядерная печь поддерживает Солнце в состоянии равновесия, создая достаточно тепла и такое давление, чтобы противостоять сокрушительной внутренней силе тяжести и останавить сжатие.
Солнце остается в этом стабильном состоянии в течение последних 4.5 миллиард лет, но каково его будущее? Солнце медленно становится более ярким (более высокая светимость) и скорость его вращения снижается. Вычислено, что молодое Солнце имело только около 70% яркости, что имеет оно теперь, и его экваториальный период вращения был около 9 дней, а не 27 дней, что оно имеет теперь. Более высокая скорость вращения, вероятно, вызвала большую взрывную активную деятельность на его поверхность. Солнце, кажется, успокаивается на своем уровне активности, в то же самое время растет его температура, светимость и размер. Предсказано, что примерно через 1.5 миллиард лет, когда Солнцу будет 6 миллиард лет, оно будет почти на 15% ярче, чем в настоящее время. Когда Солнцу будет 10 миллиард лет, оно будет почти вдвое ярче, чем теперь, и иметь радиус примерно на 40% больше.
В течение первой фазы звездной жизни, ядерная печь в ядре плавит ядра водорода в гелиевые ядра. Примерно через 10 миллиард лет водородное топливо в сердцевине будет исчерпано и ядро начнет сокращаться снова. Это вызовет повышение температуры и водородное слияние (ядерная реакция) начнется в оболочке, окружающей ядро. Поверхностные слои будут расширятся в течение следующих 1.5 миллиард лет пока Солнце не станет в 3 раз больше настоящего размера. Наблюдатель на Земле должен видеть Солнце как ярко красный диск в 3 раза больший, чем размер полной Луны. Тем не менее, присутствие такого наблюдателя на Земле сомнительно, так как поток энергии на поверхности Земли будет в 3 раза больше, чем он есть теперь, и Земля будет на 100 K горячей, чем в настоящее время.
Солнце продолжит свое расширение по величине и светимости, становясь красной гигантской звездой . Радиус Солнца достигнет 100 настоящих размеров, так что планета Меркурий будет поглощена им и она испарится. Светимость Солнца будет в 500 раз больше настоящей величины, Земля станет морем расплавленной лавы с температурой около 1700 K. Солнце останется в этой красной гигантской ступени в течение 250 миллион лет (около 1 Солнечного года) и его ядро еще больше сожмется и нагреется.
Когда температура ядра достигнет около 100 миллионов K, гелиевый пепел, оставшийся с более ранних этапов ядерного слияния, может начать превращаться в углерод. При этом высвоботится огромное количество энергии, что поднимет основную температуру Солнца до 300 миллионов K. Начало такого процесса будет внезапным и взрывным, что мы называем как гелиевая вспышка. Примерно 1/3 Солнечной массы будет выброшено в пространство, что сформирует планетарную туманность. Ядро Солнца затем остынет до 100 миллионов K, тогда начнется устойчивое горение гелия. К тому времени Солнце будет почти в 10 раз больше настоящего диаметра и иметь в 20 раз большую светимость.
После того, как ядра гелия преобразуются в ядра углерода, масса Солнца уменьшится и превратится в звезду, которую мы называем белым карликом. До этого момента пройдет почти 15 миллиард лет, и Солнце – карлик будет иметь только 1% от своего настоящего размера (примерно размер Земли), и 0.1% от светимости. Белый карлик, созданный полностью из углеродных ядер, будет чрезвычайно плотным, солнечная масса будет сжата в сферу размером с Землю. Плотность составит около 2 x 10 9 кг/м3, это примерно та плотность, как если бы автомобиль весом в 1000 кг сжали до размера наперстка. Постепенно, через несколько миллиардов лет температура и светимость белого карлика уменьшится и он закончит свою жизнь как холодная, темная гарь углерода, превратившись в черного карлика .
Не все звезды становиться черными карликами. Этот конец звезды предсказан для малых звезд, с массами вплоть до 3 солнечных масс, большие звезды через слияние водорода и гелия сгорят сравнительно быстро. Когда гелий исчерпается, температура ядра поднимется достаточно высоко, чтобы произошло слияние тяжелых элементов. В конечном счете, на втором этапе жизни первые 26 элементов будут произведены вплоть до железа. Но нет пути для термоядерного слияния, при котором образовались бы элементы тяжелее железа. По этой причине звезда не может более генерировать энергию. Без внутреннего давления, чтобы противодействовать силе тяжести, начинается третий этап и, в конечном счете, электроны и протоны вынуждены формировать нейтроны. Звезда, наконец, стабилизируется в своем развитии и заканчивает свою жизнь как небольшая нейтронная звезда с диаметром около 16 км и плотностью порядка миллиард миллионов г/см2.
В больших звездах крах ядра, заполненного железом, случается так быстро, что звезда буквально сама взрывается как сверхновая звезда. Это — наиболее известный грандиозный звездный случай. В течение нескольких дней звезда выделяет больше энергии, чем целая галактика. В течение взрыва сверхновой звезды температура и давление так высоки, что все элементы вплоть до урана и плутония создаются и затем выбрасываются в пространство. Установлено, что на ранней истории вселенной много больших звезд становились сверхновыми звездами, и синтезированы все известные элементы. Эти элементы затем были включены в новые поколения звезд, некоторые из них становились сверхновой звездой и сформированными более тяжелыми элементами. Этот процесс происходит многократно, и при этом концентрация тяжелых элементов во вселенной продолжала возрастать. На Солнце мы можем видеть следы всех элементов, и предположено, что все тяжелее, чем железо, сформировалось прежде в сверхновой звезде.
В течение образования сверхновой звезды ее ядро превражается в массу нейтронов. Оставшаяся часть нейтронной звезды диаметром около 16 км вращается вокруг собственной оси обычно от 20 до 50 раз в сукунду. Звездное магнитное поле, образованная взрывом, чрезвычайно прочно. Электроны, закручивающиеся в спираль по отношению к северным и южным магнитным полюсам вращающейся звезды, производят радиоволны в узком луче, которые излучаются с магнитных полюсов звезды. Так как звезда крутится, то этот луч действует подобно лучу света маяка или подобно миганию фонаря на крыше полицейской машины. Когда эти пульсирующие радио сигналы впервые были обнаружены на Земле в 1960 году, то подумали, что они могли быть закодированными сигналами интеллектуальной формы жизни, и эти объекты забавно именовались LGM (небольшие зеленые человечки). Сейчас имеется более 500 таких вращающихся нейтронных звезд, известные как пульсары.
Наиболее массивные звезды имеют странную судьбу. Из-за большой массы и сильной гравитации конечный крах звезды не может быть прекратиться. Звезда как бы рушится сама в себя и формирует черную дыру. Природа пространства и времени около черной дыры полностью не понята, но созданы математические модели, которые предполагают, что есть несколько типов черных дыр. Пока ни одна черная дыра не обнаружена экспериментально. Понятие черной дыры возвращает нас, по крайней мере, к 1783 году, когда Джон Мишель размышлял о существовании звезды с такой чудовищной силой тяжести, что никакой свет не может вырваться из нее. Астрономы обнаружили несколько темных областей пространства, из которых излучаются рентгеновские лучи. Они думают, что эти лучи производятся электронами, что ускоряются в черных дырах. Интересны размышления на тему, куда девается материя после того, как она исчезает в черной дыре. Некоторые ученые надеются, что черная дыра заполнится и превратится в нормальную материю. Другие ученые предполагают, что черные дыры имеют другую сторону — белую дыру, через которую материя спонтанно появляется в пространстве. Возможно, что черная дыра является порталом к другой вселенной, или сокращенный путь к нашей собственной вселенной. Есть теоретические предположения, что подобное может существовать около центра галактик.
Большинство наших знаний звездной эволюции — рождения, жизни и смерти звезд — основаны в наблюдениях Солнца. Для астрофизиков Солнце является великолепной лабораторией для подробного исследования звезд. Но, как мы видели в последние несколько десятилетий, наука, базирующаяся на космических исследованиях, дает нам еще более сложную и загадочную картину, происходящего на Солнце. Бурная приповерхностная атмосфера Солнца, которую мы наблюдаем, со своими искаженными и динамическими магнитными структурами, все еще очень непредсказуема. Хотя мы знаем с каждым днем все больше о Солнце , есть много безответных вопросов, а новые возникают постоянно.
Источник
Что случится с Солнцем в будущем?
Череда невероятных совпадений привела к тому, что где-то в бесконечном космическом океане, в ничем не примечательной галактике возле самой обычной звезды зародилась жизнь. Это немного странно, но именно энергия Солнца позволила мне написать эту статью, а вам – прочитать ее. Солнце – символ самой жизни. Неудивительно, что наши предки поклонялись ему, наделяя звезду божественной силой. Но если жизнь на Земле когда-нибудь исчезнет, что произойдет с Солнцем? Современная наука и технологии позволили нам не только заглянуть в прошлое Вселенной, но и предсказать будущие события. Из этой статьи вы узнаете, поглотит ли Солнце Венеру, Меркурий и Землю.
Наше Солнца – самая обычна звезда по галактическим меркам
Жизнь и смерть Солнца
Начнем с того, что Солнце – это обычная звезда. Она озаряет Солнечную систему светом и теплом, устанавливая суточные циклы сна и бодрствования у всех живых организмов на нашей планете. Но Солнце не всегда будет таким. Наступит время, когда наша родная звезда погибнет, а вся Солнечная система превратится в очень неприятное место. Важно понимать, что все физические процессы протекающие на Солнце, в значительной степени определяют физику планет (по крайней мере ближайших к звезде).
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 150 миллионов километров. Свет преодолевает это расстояние за 8 минут. Для сравнения – следующая ближайшая к нам звезда Проксима Центавра находится от нас на расстоянии 4 световых лет.
Астрономы классифицируют Солнце как молодую звезду с высоким содержанием металлов. Это значит, что Солнце образовалось из останков более древних звезд. Текущий возраст нашего светила исследователи оценивают приблизительно в 4,6 миллиардов лет, а значит, звезда прожила примерно половину своей жизни, так как ее взросление – фаза главной последовательности – длится 10 миллиардов лет. После завершения этого срока наступит следующий этап ее эволюции. По мере того, как Солнце расходует запасы своего водородного топлива, оно становится все горячее, а его светимость увеличивается. К тому моменту, когда Солнце отметит свой 5,6 миллиардный день рождения, оно будет в 11 раз ярче, чем сегодня.
Ничто во Вселенной не вечно, тем более звезды
Исследователи полагают, что уже к этому моменту на нашей планете либо произойдет кардинальное изменение жизни, либо она и вовсе исчезнет. Вообще, некоторые ученые считают, что человеческая цивилизация погибнет задолго до того, как Солнце превратится в красного гиганта. Подробнее об этом я рассказывала в предыдущей статье.
Красный гигант
Красные гиганты – это звезды, в ядрах которых горение водорода прекратилось. По этой причине в ядре больше не выделяется энергия и оно начинает быстро сжиматься и нагреваться под действием сил гравитации. Так как во время сжатия температура ядра поднимается, то оно поджигает водород в окружающем ядро тонком слое.
Превращение желтого карлика в красного гиганта является одним из самых необычных превращений, известных современной науке: гелиевое ядро Солнца, размером с гигантскую планету, сжимается и нагревается. В ответ на это Солнце станет шире в 100 раз. Разросшееся светило поглотит Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю. Астрономы, наблюдающие из другой Солнечной системы, классифицировали бы эту раздутую версию нашего Солнца как красного гиганта.
Еще больше интересных статей о нашей галактике, Солнечной системе и Вселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.
Необходимо отметить, что с превращением Солнца в красный гигант неизбежно произойдут новые виды термоядерных реакций, в результате которых ядро звезды еще больше сожмется и нагреется. Когда температура ядра достигнет 100 миллионов градусов по Цельсию, гелий воспламенится и начнет плавиться в углерод и кислород. Это приведет к тому, что Солнце будет несколько уменьшаться, но через некоторое время – и в течение следующих 100 миллионов лет – оно снова начнет расширяться. На последней фазе жизни произойдет циклический, мягкий выброс газа – астрономы называют это планетарной туманностью.
Вот какую красоту оставляют после себя красные гиганты
Еще три с половиной миллиарда лет спустя яркость Солнца возрастет на 40%. К этому времени, как полагают исследователи, наша планета превратится в нечто, напоминающее современную Венеру: вода с поверхности Земли полностью исчезнет, что приведет к окончательной гибели всех наземных организмов (при условии, что они смогли адаптироваться к изменившимся условиям миллиарды лет назад). Спустя еще 6,4 миллиардов лет, Солнце начнет относительно быстро расширяться, сохраняя постоянную светимость. В итоге через 7 миллиардов лет от настоящего времени наша родная звезда превратится в субгиганта – звезду, в ядре которой закончилось все водородное топливо.
Сегодня около 10 миллиардов красных гигантов пылают в галактике Млечный Путь. Среди всех этих старых звезд, возможно, некоторые породили новую жизнь в далеких мирах, наподобие Европы и Энцелада. Как думаете, могут ли формы жизни развиваться на планетах во время разных этапов звездной эволюции? Поделитесь ответом в комментариях к этой статье и присоединяйтесь к участникам нашего Telegram чата, где мы общаемся обо всем на свете.
Источник