Alpha Centauri
Андрей Мрозовский · Статьи · 8 февраля, 2020 7845
Что будет с Землей, когда Солнце станет красным гигантом?
С самого начала человеческой цивилизации, люди понимали, что Солнце является основополагающей частью жизни, в том виде, в котором мы её знаем. Солнце имело огромное значение для бесчисленных мифологических историй и легенд по всему миру, и со временем мы поняли, что Солнце существовало задолго до нас, и будет существовать ещё долго после того, как наша цивилизация исчезнет. Сформировавшись примерно 4,6 миллиарда лет назад, наше Солнце начало свою жизнь за 40 миллионов лет до того, как образовалась Земля.
С тех пор ядерный синтез в ядре Солнца давал возможность развиваться белковым формам жизни на нашей планете. И этот процесс длится уже 4,5 миллиарда лет и продлится ещё примерно 1 миллиард лет, после чего Солнце, истощив свои запасы водорода и гелия претерпит некоторые серьёзные изменения.
Ведущая теория, описывающая то, как именно наше Солнце и Солнечная система сформировались известна как “теория туманности”. Согласно ей Солнце и все планеты образовались из гигантского облака молекулярного газа и пыли, которое на определённом этапе своего существования пережило гравитационный коллапс. Этот коллапс мог произойти в результате, например, прохождения рядом звезды или ударной волны, вызванной взрывом сверхновой, что и запустило процесс, приведший к рождению нашего Солнца.
В последние 4,57 миллиарда лет (как, собственно и сейчас) внутри Солнца происходил процесс превращения водорода в гелий. Кроме изменения свойств вещества, этот процесс также приводил к образованию огромного количества энергии. Как известно, каждую секунду, 600 миллионов тонн вещества внутри Солнца преобразуются в солнечное излучение, энергия которого составляет примерно 4*10^27 Вт. Естественно, этот процесс не может продолжаться вечно, так как он привязан к количеству водорода. С течением времени всё большая и большая часть водорода будет превращаться в гелий, ядро будет уменьшаться тем самым испытывая всё большее и большее давление.
Увеличение давления в ядре приведёт к увеличению скорости синтеза водорода. По сути, это означает, что Солнце расходует водород с постоянным ускорением. К настоящему времени это уже привело к тому, что его светимость возрастает на 1% каждые 100 миллионов лет, а за последние 4,5 миллиарда лет светимость Солнца изменилась на 30%.
Когда Солнце станет красным гигантом.
Примерно через 1,1 миллиарда лет, Солнце будет на 10% ярче, чем сегодня. Это увеличение яркости также будет означать увеличение тепловой энергии, которую поглощает атмосфера Земли. В итоге такие метаморфозы приведут к возникновению парникового эффекта, который будет очень похож на тот, который мы видим на Венере сегодня.
Через 3,5 миллиарда лет Солнце станет на 40% ярче, что приведёт к испарению океанов и плавлению ледяных шапок, а водяные пары в атмосфере будут выброшены в космическое пространство. В таких условиях жизнь, как мы её знаем, перестанет существовать в любом месте на поверхности, и планета Земля превратится в жаркий и сухой мир подобный Венере.
Через 5,4 миллиарда лет, Солнце перейдёт в стадию красного гиганта и начнёт стремительно увеличиваться в размерах. Подсчитано, что расширяющееся Солнце сможет охватить орбиты Меркурия, Венеры, и, возможно, даже Земли. Тем не менее, астрономы отмечают, что, параллельно с расширением Солнца, орбита нашей планеты должна также измениться.
Когда Солнце достигнет этой поздней стадии своей эволюции, оно потеряет огромное количество своей массы, излучая мощные звёздные ветра. В результате, орбиты планет будут увеличиваться, двигаясь по спирали. Получается имеется небольшой шанс, что Земля будет пригодной для жизни?
К. Шрёдер (K.-P Schroder) и Роберт Кэннон Смит (Robert Cannon Smith) решили подробнее изучить этот вопрос. В своей научно-исследовательской работе, озаглавленной «Отдалённое будущее Солнца и Земли», которая появилась в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, они опубликовали расчёты, основанные на самых современных моделях звёздной эволюции.
Это изображение “Хаббла” показывает нам планетарную туманность NGC 3918. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble.
По словам Шрёдера и Смита, когда Солнце станет красным гигантом в возрасте 7,59 миллиардов лет, оно начнёт очень быстро терять массу, однако его радиус к тому времени достигнет своего наибольшего значения. В этот период масса Солнца будет составлять всего 67% от современной, а радиус будет в 256 раз больше, чем текущий. Когда Солнце начнет расширяться, оно поглотит всю внутреннюю часть Солнечной системы всего за 5 миллионов лет. И это не очень хорошая новость. По словам Шрёдера и Смита, несмотря на то, что земная орбита будет увеличиваться вплоть до 1,5 а.е., расширяющееся Солнце все равно поглотит её прежде чем оно достигнет финала стадии красного гиганта.
Таким образом мы можем с уверенностью сказать, что человечеству придется покинуть свою колыбель задолго до того, как она будет поглощена Солнцем. К тому же, учитывая тот факт, что мы имеем дело с временными шкалами, которые находятся далеко за пределами нашего понимания мы не можем быть уверены, что какие-либо другие катастрофические события не погубят нашу цивилизацию.
Побочным эффектом превращения Солнца в красного гиганта будет перенос границ обитаемой зоны, что изменит Солнечную систему. В то время как Земля, находящаяся к тому времени в 1,5 а.е., больше не будет находиться в пределах обитаемой зоны Солнца, большая часть внешней Солнечной системы окажется именно там. Эта новая обитаемая зона будет простираться от 49,4 до 71,4 а.е., то есть в поясе Койпера – это означает, что сегодняшние ледяные миры будут таять, а жидкую воду можно будет найти далеко за пределами орбиты Плутона.
Возможно, Эрис будет нашим новым домом, карликовая планета Плутон будет новой Венерой, а Хаумеа и Макемаке станут внешней частью солнечной системы. Но, пожалуй, самый интересный вопрос – это: будем ли мы всё ещё жить здесь или всё же сможем колонизировать другие планеты?
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Что случится с Солнцем через миллиарды лет?
Все мы знаем, что Солнце — это звезда класса «жёлтый карлик». Она находится от нас в 150 миллионах километров и обеспечивает Землю, да и вообще все тела в Солнечной Системе энергией. Всего за год наша звезда выбрасывает в космос около 3,8*10^34 Дж энергии (всего 0.00002% от этого достаётся Земле и хватает для её обогрева) , теряя при этом 4.3 миллиона тонн. Логично, что когда-нибудь оно закончится, так?
Да, и этот процесс будет очень красивым. Жалко, что мы его не увидим. Солнце светится и выбрасывает такое большое количество энергии, потому что это огромный термоядерный реактор — в центре звезды проходят реакции по превращению водорода в гелий с выбросом огромного количества энергии. И когда водород закончится, то в термоядерные реакции вступит гелий — именно на этой стадии Солнце превратится в красный гигант. Это произойдёт приблизительно через 5 миллиардов лет
Размеры такого Солнца будут в 200 раз превышать нынешние. Меркурий и Венера будут попросту поглощены им, а Земля окажется так же близко, как и сегодня Меркурий находится близко к Солнцу. Наивно думать, что жизнь на ней останется — скорее всего, она исчезнет ещё задолго до превращения Солнца в красного гиганта. Каждый миллиард лет наша звезда увеличивает яркость на 10%, и уже через 2-3 миллиарда вся вода на Земле испарится. А если нет воды — то нет и жизни.
Какие изменения ждут Солнечную Систему ?
Во-первых, наша звезда уже не будет такой горячей, как сейчас (всего 2-3 тысячи Кельвинов против 5-9 тысяч). Из-за этого уменьшится нагрев планет. И хотя количество получаемой энергии снизится, из-за увеличенного размера Солнца могут образоваться условия для формирования жизни на Марсе, Юпитере и Сатурне. Сейчас это холодные планеты, но пройдёт время, и они нагреются. Марс может стать тёплой Землёй, и там, возможно, появится жизнь.
Также уменьшится гравитация Солнца — из-за потери массы (хоть звезда и увеличится, не забываем, что она теряет массу каждую секунду, и эти процессы только усилятся). Из-за этого орбиты планет могут поменяться, отодвинуться от звезды.
Но чего точно не останется — так это пояса астероидов между Юпитером и Марсом. Они остаются в «подвешенном» состоянии, вращаясь между Солнцем и Юпитером, но когда гравитация Солнца уменьшится, то большинство астероидов притянет либо к нему, либо к Юпитеру. Остальные же попросту «вышвырнет» из Солнечной Системы гравитацией.
Красным гигантом Солнце пробудет сравнительно недолго — около 100 миллионов лет, именно тогда закончится гелий. А что же будет сжигаться дальше? Всё остальное — углерод, металлы, азот, кислород и т.д.
Солнце после красного гиганта
На этом этапе Солнце сожмётся до размеров в 100 раз меньше, чем при нынешних. Она станет белым карликом — очень плотной и маленькой звездой. Также на стадии сжатия часть Солнца отделится и сформирует ионизированное облако газа (то есть это вещество в состоянии плазмы) размером в несколько солнечных. В итоге получится планетарная туманность:
Через ещё десятки миллиардов лет у Солнца не останется достаточной энергии для удерживания вокруг себя газового облака, и оно улетучится в космос. В конце останется одна маленькая звезда, которая будет медленно угасать до конца своих дней.
Кстати, через 5 миллиардов лет будет ещё одно интересное событие — закончится начавшееся 2 миллиарда лет ранее слияние Млечного пути и соседней галактики Андромеды. В результате получится новая галактика Млекомеда. Есть предположение, что нашу Солнечную Систему попросту выкинут из новой галактики в результате гравитационного манёвра. К сожалению, мы этого уже не узнаем.
Есть ли шанс выжить у человечества? Скорее всего, к тому времени люди полностью исчезнут как вид, ведь мы существуем всего 3 миллиона лет. За 1 тысячу лет наши технологии преобразились от копий и луков до космических кораблей. Можете ли представить, что произойдёт с нами хотя бы за миллион лет? А за миллиард? Быть может, будущие люди будут наблюдать за этим событием, покорив всю галактику или даже вылетев в соседние.
Если понравилась эта статья, то ставь палец вверх и подписывайся на мой канал — там ещё множество научных тем: космос, химия, физика, технологии,изобретения и многое другое. Читай меня в телеграме ( Будни Учёного 2.0 ) и в Яндекс.Дзене ( Мир науки )!
Источник
Как предотвратить гибель Солнца?
Примерно через пять миллиардов лет наше Солнце превратится в красного гиганта и поглотит ближайшие к нему планеты — в первую очередь Меркурий и Венеру, но со временем и Землю. Впрочем задолго до этого Земля станет непригодной для жизни, так как в ходе своей трансформации в красного гиганта Солнце будет увеличиваться в размерах, а также будет расти его светимость, что приведёт к постепенному увеличению средней температуры на Земле. Более подробно этот процесс мы описали в отдельной статье .
Собственно после публикации этой статьи один из наших читателей прислал нам вопрос:
Здравствуйте. Возможно ли как-то предотвратить превращение Солнца в красного гиганта или по крайней мере продлить срок его жизни на главной последовательности?
Что же, давайте попробуем разобраться в этом.
Сразу стоит отметить, что на сегодняшнем уровне развития науки и техники у нас нет никакой возможности повлиять на срок жизни Солнца. Но хорошая новость в том, что у нас в запасе есть от 1 до 3 миллиардов лет для того, чтобы изобрести нужные технологии, поэтому давайте поразмышляем о том, что в принципе могло бы спасти наше Солнце?
Почему Солнце превратится в красного гиганта?
Солнце состоит из газа. На 75% это водород, на 25% это гелий плюс очень малая доля примесей более тяжелых элементов. Эти газы находятся в состоянии гидростатического равновесия между гравитацией, которая стремится сжать звезду и давлением, которое наоборот — стремится расширить её.
В ядре Солнца постоянно идут термоядерные реакции, в ходе которых водород превращается в гелий. В результате в ядре звезды скапливается гелий. Гравитационные силы сжимают гелий, его температура растёт. Давление начинает преобладать над гравитацией и это приводит к расширению звезды. Этот процесс идёт постоянно и в течение миллиардов лет звезда подобная Солнцу превращается в красного гиганта.
Как это предотвратить или замедлить?
- топливом для термоядерных реакций внутри Солнца является водород.
- Интенсивность течения термоядерных реакций внутри звезды зависит от массы звезды — чем массивнее звезда, тем ярче она светит и быстрее сжигает своё топливо для термоядерных реакций.
Исходя из выше сказанного есть два гипотетических способа продлить срок жизни Солнца:
- Пополнить запасы водорода на Солнце чтобы было больше топлива
- Уменьшить массу Солнца, чтобы топливо сгорало не так быстро
Рассмотрим эти способы:
Нужно больше минералов водорода
- Просто сбрасывание водорода на Солнца не является эффективным.
- Дело в том, что вещество во внешних слоях звезды не участвует в термоядерных реакциях. Даже когда звезда гибнет во внешних её слоях остается достаточно водорода для поддержания горения звезды в течение многих миллиардов лет, но этот водород не загорается, так как во внешних слоях температура и давление недостаточны для поддержания термоядерных реакций.
- Для продления срока жизни звезды необходимо было бы не сбрасывать водород на поверхность Солнца, а сделать «инъекцию» водорода в его ядро.
- 99% водорода Солнечной системы уже находится в Солнце нам нужно искать не способ сделать «инъекцию» водорода «из вне», а скорее способ «взболтать» Солнце, чтобы произошел обмен веществом между ядром Солнца и его внешними слоями.
- более того — даже если «взболтать» Солнце, всё равно через некоторое время произойдёт сепарация, а также гелий будет падать на ядро, механизм должен будет обеспечивать постоянную циркуляцию вещества внутри Солнца
- Постоянная циркуляция вещества приведёт к повышению температуры поверхности, а соответственно и яркости Солнца, плюс нужно отводить куда-то гелий, по 1-5 млн тонн в секунду, иначе реакции в Солнце будут ускорятся экспоненциально.
- Солнечный ветер позволит осуществить такой отток, но вместе с гелием солнце будет терять и много водорода, со временем уменьшится масса Солнца, уменьшится его яркость и может возникнуть другая проблема — Земля может начать замерзать!
- С другой стороны при закачивании в ядро водорода там увеличится объём зоны горения, повысится солнечная активность и значительно усилятся солнечные вспышки. Из-за них Солнечная система может стать непригодной для жизни. Возле красных карликов по этой причине не может зародится жизнь.
Есть на кого равняться
- Интересным примером является звезда HIP 102152, которая по многим показателям является звездой-близнецом нашего Солнца. К примеру температура поверхности Солнца — 5778 К, а HIP 102152 — 5723 К. Также Солнце и HIP 102152 обладают почти одинаковой массой, радиусом, поверхностной гравитацией и т.п.
- При этом HIP 102152 на 4 миллиарда лет старше нашего Солнца. Понимание процессов, благодаря которым HIP 102152 так «хорошо сохранилась» могут помочь нашим потомкам в деле продления жизни нашего светила.
Солнце, пора худеть!
Существует несколько гипотетических проектов, с помощью которых масса Солнца может быть уменьшена.
- так предлагается усилить солнечный ветер путём нагревания с помощью лазеров или микроволн отдельных участков атмосферы Солнца
- Также этот проект подразумевает создание вокруг Солнца кольцевого ток с помощью нескольких космических станций расположенных вдоль экватора Солнца. Это позволит создать вокруг Солнца мощное тороидальное магнитное поле.
- Одновременно напротив полюсов Солнца необходим создать магнитные форсунки.
- Это приведёт к появлению у Солнца устойчивых плазменных джетов на полюсах
Уменьшение массы Солнца приведёт к снижению давления в ядре и снижению интенсивности термоядерных реакций, что продлит срок жизни Солнца. В теории может быть разработана такая система «звёздного похудения», которая будет постепенно уменьшать массу звезды и поддерживать её в стабильном состоянии в течение миллиардов лет без превращения её в красного гиганта.
Подписывайтесь на наш канал здесь, а также на наш канал на youtube . Каждую неделю там выходят видео, где мы отвечаем на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!
Источник