Что произойдет с солнцем через миллиарды 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
Какой конец ждет Солнечную систему?
Потребовалось 13,8 миллиарда лет космической эволюции, чтобы мы оказались здесь. Поколения звезд должны были жить и умереть, чтобы создать тяжелые элементы; крошечные протогалактики должны были слиться, чтобы образовался Млечный Путь; облака межзвездного газа должны были коллапсировать и сформировать новые звезды с твердыми планетами; сложная неорганическая и органическая химия должны были подружиться на одном из таких новых миров; биологическая эволюция — и природные катаклизмы — должны были пойти по одному из извилистых путей, чтобы в конечном итоге всего несколько тысяч лет назад появились люди.
Уровень одиночества в космосе зашкаливает.
Когда исчезнет галактика
За последние 12 000 лет или около того мы создали сельское хозяйство, науку, страны и всю современную цивилизацию, которые нам известны сегодня. Это увлекательное путешествие, которое преобразовало наш мир и, благодаря космической программе человечества, преобразует нашу Солнечную систему.
Но мир, которым мы наслаждаемся сегодня, независимо от того, что делаем, не будет существовать вечно и наше Солнце рано или поздно погаснет. Ряд земных событий должны изменить положение вещей в нашем мире и сделать Землю совершенно неузнаваемой для всех, кто сегодня живет. Примерно через 60 000 лет Солнце и звезды передвинутся и наши современные созвездия исчезнут с лица неба. Еще через 100 000 лет мы, вероятно, попадем в новый ледниковый период по причинам, которые мало связаны с деятельностью человека. И прежде чем пройдет еще миллион лет, земные вулканы навсегда изменят ландшафт Земли.
Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.
Но все это мелочь по сравнению с тем, что Вселенная готовит для нас. Чуть меньше чем через четыре миллиарда лет галактика Андромеды (и, возможно, галактика Треугольник) объединится с нашей галактикой Млечный Путь, сильно изменив структуру галактики и вид ночного неба. Сейчас она в 2,5 миллионах световых лет от нас и движется со скорость 43 км/с, а значит первое столкновение произойдет через 3,8 миллиарда лет, а уже через 5,5 миллиардов лет слияние будет завершено. Гравитация приведет к тому, что вся местная группа галактик объединится с нашей в одну гигантскую эллиптическую галактику Млекомеда. На больших космических масштабах все другие галактики продолжат удаляться прочь от нас, пока не исчезнут из нашего поля зрения совершенно — примерно через 100 миллиардов лет.
Вот такие снимки Млечного Пути и Андромеды.
Когда погаснет Солнце
Все это время наша Солнечная система будет оставаться в полном порядке, разве что выглядеть будет иначе. Солнце будет продолжать нагреваться по мере старения, пока через 1-2 миллиарда лет не положит конец жизни на Земле, вскипятив океаны нашей планеты. Еще через 5-7 миллиардов в ядре Солнца закончится ядерной топливо, и наша родная звезда станет красным гигантом, поглотив Меркурий и Венеру в этом процессе. Из-за особенной звездной эволюции, система Земля — Луна, вероятно, будет вытолкнута прочь и ей повезет избежать огненной судьбы наших внутренних соседей.
После того, как Солнце дожжет оставшееся ядерное топливо — в основном, гелий — его внешние слои раздуются в планетарную туманность, а ядро будет сжиматься, пока не станет белым карликом. Такова конечная судьба почти всех звезд в нашей Вселенной. Но планеты все еще будут здесь, вращаться вокруг нашего холодного, тусклого остатка звезды еще 9,5 миллиардов лет (если считать с текущего момента).
Все это время Земля будет продолжать вращаться вокруг Солнца, а Луна — оказывать на нее гравитационную тягу, что вызовет крутящий момент. Поэтому Луна будет уходить дальше от Земли, при этом замедляя вращение Земли. Это замедление будет практически неощутимым; вращение Земли будет замедляться на какие-то 1,4 миллисекунды за сотню лет. Но по прошествии 50 миллиардов лет орбитальный период Луны будет составлять 47 дней (сейчас — 27,3 дня), а наши 24-часовые сутки должны будут замедлиться, чтобы соответствовать этому: сутки станут длиннее в 47 раз через 50 миллиардов лет. К тому моменту Земля и Луна станут приливно заблокированными, то есть Луна будет всегда появляться в одном и том же месте на небе.
Могут ли погаснуть все звезды
Поскольку образование звезд продолжится, умирающие звезды будут сбрасывать свое топливо в межзвездное пространство и неудавшиеся звезды будут сливаться воедино. При этом количество материала для изготовления звезд будет ограничено. Даже самый долгоживущие звезды будут существовать каких-то 100 триллионов лет (10 14 ), а спустя квадриллион лет (10 15 ) формирования звезд иссякнет полностью. Лишь случайные столкновения или слияния между неудавшимися звездами или их остатками будут подсвечивать нашу галактику; в остальном процесс будет ввергать ее в холод и тьму. Наконец, белые карликовые звезды станут черными, когда остынут и испустят свою энергию. Да, это займет много времени (порядка 10 16 лет), в миллион раз больше текущего возраста Вселенной. Атомы все еще будут, но их температура будет чуть выше абсолютного нуля. Вот тогда-то ночное небо будет действительно темным и черным, без какого-либо видимого света, поскольку все звезды прекратят свое существование. Во всяком случае в нашей местной группе галактик.
Солнце может сжечь что угодно.
Сколько времени потребовалось бы нашему черному карлику (который когда-то был нашим Солнцем), чтобы встретить другого, слиться с ним и оживить его? Между нами, Андромедой и остальной частью местной группы порядка триллиона звезд и звездных останков. В этой хаотической системе обычная система звезд может долго-долго ни с чем и ни с кем не сталкиваться, но ведь у нас есть время. Через 10 21 лет черный карлик в центре нашей Солнечной системы случайным образом столкнется с другим черным карликом, породит взрыв сверхновой типа Iа и уничтожит то, что осталось от нашей Солнечной системы.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
Такой будет конечная судьба многих звезд нашей местной группы, но не всех и даже, наверное, не нашей. Есть другой процесс, который будет более эффективным, а значит и более вероятным для нас: гравитационное выталкивание из местной группы вследствие процесса насильственной релаксации. При наличии нескольких тел на гравитационно хаотичной орбите, одно из них однажды выбрасывается, оставляя другие более тесно связанными. Это происходит в шаровых скоплениях с течением времени и объясняет, почему они настолько компактны, а также почему существует так много слившихся воедино старых звезд в ядрах этих древних реликтов.
В космосе все не так просто.
Будет ли космос существовать всегда
Гравитационный выброс происходит примерно в 100 раз чаще случайного слияния, а значит наша звезда и остальные связанные планеты, вероятно, будут выброшены в бездну уже пустого пространства примерно через 10 19 лет. Но ничто не вечно, даже космос. Каждая орбита — даже гравитационные орбиты в общей теории относительности — медленно распадаются со временем. Может потребоваться очень много времени, возможно, 10 150 лет, но в конечном итоге орбиты Земли развалятся и она устремится по спирали к центральной массе нашей Солнечной системы. Такой будет наша судьба, если нас выбросит.
В космосе многое красиво, но все опасно.
Но если мы остаемся в гигантской галактике, в которую превратится Млекомеда, нам не суждено оказаться в черной дыре в центре галактике. Чтобы это произошло, потребуется 10 200 лет, но черные дыры столько не живут. Они медленно испаряются в виде излучения Хокинга. Благодаря этому распаду, даже самые массивные черные дыры во Вселенной будут жить не больше 10 100 лет, а черная дыра солнечной массы — каких-то 10 67 лет.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
После распада черной дыры останется только темная материя, а значит, Земля устремится к черному карлику, который однажды был нашим Солнцем. Вне зависимости от того, сколько раз наш мир мог оказаться и оказывался в огне, наша конечная судьба — замерзнуть в холодной, пустой Вселенной. Все пройдет. И это тоже.
Источник