Солнце: когда и как умрет наша звезда?
Солнце, без которого жизнь никогда не была бы возможна на Земле, не вечно. Вот как должен выглядеть конец нашей звезды, возраст которой сегодня составляет 4,6 миллиарда лет.
Для звезд продолжительность жизни определяется их массой. Чем больше она массивна, тем больше жизнь коротка и состоит из нескольких миллионов лет, чтобы наконец закончиться неистовым пламенем космического фейерверка, сверхновой.
Для нашего Солнца все будет иначе. Наша звезда представляет собой желтый карлик, общая продолжительность жизни которого по массе (в 330 000 раз больше массы Земли) составляет около 10 миллиардов лет. Хорошая новость для жизни на Земле: сейчас ей всего 4,6 миллиарда лет, поэтому она должна еще светить пять миллиардов лет, по оценкам астрономов.
Тем не менее по-прежнему необходимо будет думать о перемещении, потому что Земля станет непригодной для жизни менее чем через миллиард лет (несмотря на текущее глобальное потепление). Почему? Потому что светимость Солнца будет продолжать расти примерно на 10% каждые миллиард лет. Таким образом, наша нежно-голубая постепенно превратится в печь, подобно, возможно, тому аду, который сейчас царит на нашей соседке Венере.
Следовательно, обитаемая зона в нашей Солнечной системе сместится. Также можно представить, что Homo sapiens мигрирует на Марс, который станет более мягким. Но если бы это случилось, это не продлилось бы долго. Поэтому, возможно, нам придется отправиться на другие звезды, если человеческий род тогда сможет это позволить.
Что будет, когда Солнце умрет?
Со временем запасы водорода, накопленные Солнцем при рождении, иссякнут. Обладая относительно небольшой массой, звезда на протяжении миллиардов лет поддерживала баланс между гравитацией и излучением (в результате синтеза водорода). Но наступит «день», когда топливо закончится.
Тогда в сердце звезды будет править гелиевое ядро (созданное путем слияния водорода), которое рухнет на себя. Температура, которая увеличивается при сжатии, высвобождает энергию, которая отталкивает внешние слои Солнца. Всего за пять миллионов лет звезда значительно вырастет и превратится в то, что астрофизики называют красным гигантом. Красный, потому что температура его поверхности упадет (до 3000 К).
Согласно исследованию, опубликованному в 2008 году, ее радиус переместится с примерно 700.000 километров сегодня до более 170 миллионов километров! Другими словами, Меркурий, Венера, а также Земля будут перенесены внутрь, наконец, они будут уничтожены (если орбита нашей планеты не будет отодвинута назад, это будет зависеть от массы, потерянной красным гигантом). При сжатии ядро гелия нагревается и успевает достичь температуры 100 миллионов градусов. В этих условиях гелий может начать ковать углерод. Это известно как «гелиевая вспышка». Но это не продлится долго. И дальше он не пойдет, потому что оставшейся массы Солнца не хватит, чтобы достичь 600 миллионов градусов в центре — температуры, необходимой для воспламенения углеродного ядра. Вокруг нее в течение нескольких тысяч лет будут гореть водород и гелий, в результате чего наша звезда отслаивается и еще больше расширяется ее внешняя оболочка.
В конце концов, потому что не будет излучения, уравновешивающего его, возобладает гравитация. Остальная часть ядра нашей звезды сжимается и становится белым карликом, телом размером с Землю, чрезвычайно плотным и горячим (около 30 000 °C). В то же время внешние слои, которые находятся слишком далеко, будут растворяться в космосе. Около 10 000 лет оболочка будет сиять изнутри, светясь в свете еще теплого центрального очага. В результате получится планетарная туманность. Станет ли она видимой из других планетарных систем, подобных тем, которые мы можем видеть через наши телескопы? Среди наиболее известных — Туманность Кольцо, в созвездии Лиры и Туманность Гантель в созвездии Лисички.
Смогут ли наши потомки в изгнании наблюдать за остальным Солнцем, вокруг которого процветала жизнь? Исследование, опубликованное в мае 2018 года, показало с помощью моделей звездной эволюции, что это будет возможно. Из-за своей массы Солнце было бы на пределе светимости. Таким образом, планетарная туманность будет видимой, но очень слабой.
Что дальше? Это действительно будет конец? Нет. Огненному сердцу понадобятся миллиарды лет, чтобы остыть и стать черным карликом. Тем временем, у Солнца впереди еще много прекрасных дней.
Источник
Смерть Солнца может означать новую жизнь во внешней солнечной системе
Что будет с солнечной системой, когда Солнце умрет? Наша звезда питается от ядерного синтеза и превращает водород в гелий в процессе, превращая массу в энергию. Как только запас топлива закончится, Солнце начнет резко расти. Его внешние слои будут расширяться до тех пор, пока они не охватят большую часть солнечной системы, оно станет тем, что астрономы называют красным гигантом.
И что будет с планетами, когда Солнце войдет в фазу красного гиганта? Развязка Солнечной системы все еще является предметом дискуссий среди ученых. Точно, насколько расширится Солнце и как изменятся условия, пока не ясно. Но некоторые вещи кажутся вероятными.
Медленная смерть уничтожит жизнь на Земле, но она также может создать обитаемые миры в самых холодных уголках Солнечной системы.
Любой оставшийся в живых человек может найти убежище на Плутоне и других отдаленных планетах гномов в Поясе Койпера, регионе за Нептуном, заполненном ледяными космическими камнями.
По мере того как наше Солнце расширяется, эти миры внезапно окажутся в условиях, необходимыми для эволюции жизни.
Это «обитаемые миры с отсроченной жизнеспособностью», говорит ученый-планетист Алан Стерн из Юго-западного исследовательского института.
«Позднее в жизни Солнца — в фазе красного гиганта — Пояс Койпера станет метафорическим Майами-Бич», — говорит Стерн.
Смерть Солнца
Давайте быстро прогуляемся по нашей солнечной системе в последние дни Солнца.
Меркурий
На протяжении всей истории Солнечной системы самая близкая к светилу планета запекалась под Солнцем. Но даже сегодня Меркурий все еще цепляется за ледяные участки. По мере того, как наша звезда стареет, она испаряет эти оставшиеся летучие вещества, прежде чем в конечном итоге испарит всю планету.
Венера
Венеру иногда называют «близнецом Земли», потому что соседний мир очень похож по размеру и составу. Но адская поверхность Венеры имеет мало общего с идеальными условиями Земли. Поскольку Солнце расширится, оно сожжет атмосферу Венеры. И она тоже будет поглощена Солнцем.
Земля
Хотя у Солнца остаться 5 миллиардов лет до того, как у него кончится топливо, жизнь на Земле, вероятно, будет стерта задолго до того, как это произойдет. Это потому, что Солнце на самом деле уже становится ярче. По некоторым оценкам, может пройти всего лишь миллиард лет, прежде чем солнечная радиация станет слишком высокой для жизни на Земле.
Это выглядит как не скорое событие. Но, для сравнения, жизнь на этой планете уже существует более 3 миллиардов лет.
И когда Солнце превратится в красного гиганта, Земля также испарится — возможно, через несколько миллионов лет после того, как Меркурий и Венера будут поглощены. Все скалы, окаменелости и останки существ, которые здесь жили, будут сожжены растущим шаром Солнца, стирая любые следы существования человечества на Земле.
Но не все ученые согласны с такой интерпретацией. Некоторые подозревают, что Солнце прекратит расти прямо перед тем, как полностью поглотит нашу планету. Другие ученые предложили схемы для перемещения Земли вглубь Солнечной системы путем медленного увеличения ее орбиты. К счастью, эта дискуссия все еще носит чисто академический характер для всех нас, живущих сегодня.
Даже излучение нашего молодого Солнца было слишком большим для Марса, чтобы удерживать атмосферу, способную защитить сложную жизнь. Тем не менее, последние данные показали, что у Марса все еще может быть вода, скрывающаяся под его поверхностью. Марс может избежать фактического достижения Солнца, он находится на границе, но эта вода, скорее всего, исчезнет к тому времени, когда красная гигантская звезда захватит внутреннюю солнечную систему.
Газовые планеты-гиганты
Когда наше красное гигантское Солнце поглотит внутренние планеты, часть их материала, вероятно, будет выбрасываться глубже в солнечную систему, чтобы быть ассимилированной в тела газовых гигантов.
Однако приближающаяся граница нашей звезды также испарит любимые кольца Сатурна, которые сделаны из льда. Та же участь, вероятно, ожидает сегодняшние ледяные океанические миры, такие как луна Юпитера Европа и Сатурна Энцелад, чьи толстые ледяные покровы будут потеряны в пустоте.
Новая обитаемая зона?
Как только наше Солнце станет красным гигантом, Плутон и его кузены в Поясе Койпера, плюс спутник Нептуна Тритон, могут стать самой ценной недвижимостью в Солнечной системе.
Сегодня в этих мирах содержится много водяного льда и сложных органических материалов. Некоторые из них могли даже скрывать океаны под своими ледяными поверхностями или, по крайней мере, скрывали в далеком прошлом. Но температура поверхности на планетах-карликах, таких как Плутон, обычно находится на неблагоприятных сотнях градусов ниже нуля.
Но к тому времени, когда Земля станет огнем, температура на Плутоне будет примерно такой же, как и сегодня на нашей планете.
«Когда Солнце станет красным гигантом, температуры на поверхности Плутона будут примерно такими же, как и средние температуры на поверхности Земли», — говорит Стерн. В исследовании, опубликованном в журнале Astrobiology в 2003 году, он рассмотрел перспективы жизни во внешней солнечной системе после того, как Солнце войдет в фазу красного гиганта.
Земля будет тостом, но Плутон будет мягким и наполненным теми же видами сложных органических соединений, которые существовали, когда жизнь впервые возникла на нашей собственной планете. Стерн говорит, что у Плутона, вероятно, будет плотная атмосфера и поверхность жидкой воды. В совокупности, миры от кометоподобных космических камней до карликовых планет, таких как Эрида и Седна, в этой новой обитаемой зоне будут иметь в три раза большую площадь поверхности, чем все четыре планеты внутренней солнечной системы вместе взятые.
Это может показаться академической дискуссией, имеющей отношение только к нашим дальним потомкам, если им повезет выжить миллиарды лет спустя. Однако, как указывает Стерн, сегодня в галактике Млечный Путь около 1 миллиарда красных гигантских звезд. Это место, где живые существа могут развиваться, а потом погибать, поскольку их звезды поглощают их.
Источник
Смерть Солнца
В том случае, если планете удастся пережить это, то будущее ее все равно будет очень печальным. Когда Солнце превратит в гелий весь водород, то под действием силы собственной гравитации будет сжиматься и падать внутрь себя. Этот процесс может длиться совсем немного времени. А внешняя оболочка, которая будет стремительно сжиматься, нагреется до гигантских температур. И в самом конце Солнце сожмется до размеров маленькой звездочки, белого карлика, который по размерам будет не больше Земли. Вокруг воцарится холод и мрак. Через несколько миллионов лет новая звезда остынет, и превратится из белого карлика в черный – сверхплотный мертвый объект, который по гравитационной силе и весу будет равен сегодняшнему Солнцу.
Правда, большинство астрономов говорят о том, что произойдет это не раньше, чем через 8 миллиардов лет. Хотя есть часть ученых, которые утверждают, что гибель звезды по имени Солнце может произойти значительно раньше. Причиной тому может послужить взрыв сверхновой, который происходит следующим образом: термоядерные реакции синтеза, которые происходят в ядре звезды, превращают простые вещества в более сложные, выделяя при этом большое количество энергии. Когда появляется железо, процесс превращения заканчивается. В недрах звезды тем временем начинает формироваться железное ядро, которое растет, пока не сломает структуру атомов, составляющих его. Это приведет к тому, что электроны, находящиеся в атомах, упадут с орбит, соединятся с протонами, и образуют нейтрино и нейтроны. Будет сформировано нейтронное ядро, а нейтрино понесутся в космос, и все это случится за несколько секунд. Одновременно диаметр самого ядра уменьшится в несколько миллионов раз. И между этим маленьким ядром и внешней оболочкой появится вакуумная прослойка, в которую и начнет проваливаться оболочка, постепенно нагреваясь до высоких температур. Когда оболочка упадет на нейтронное ядро, то отскочит от него, подобно каучуковому шарику. В результате этого отскока произойдут многочисленные термоядерные взрывы, подпитанные нейтринным потоком. Проще говоря, внешняя звездная оболочка взорвется и разлетится по всей Вселенной, а сама звезда ежесекундно будет выбрасывать столько энергии, сколько выбрасывает Солнце за десять тысяч лет. Сам взрыв, вполне вероятно, будет продолжаться на протяжении нескольких месяцев.
И даже несмотря на то, что большая часть астрофизиков уверена в том, что участь сверхновой Солнцу не грозит из-за небольших размеров, некоторые с этим утверждением не согласны.
Одним из ученых, поддерживающих теорию о сверхновой, является голландец Пирс Ван дер Мейер, который утверждал, что Солнце станет сверхновой еще в 2010 году. Согласно его данным, солнечное ядро в последние годы несколько увеличило температуру (с 15 миллионов до 27). Это, уверен ученый, свидетельствует о том, что в недрах Солнца активно формируется новое ядро. И если процесс будет идти столь же стремительно, то Солнцу осталось существовать всего несколько лет. Как видим, его предсказания не сбылись, да и большинство ученых относятся к нему весьма скептически. Однако солнечная активность с каждым днем все возрастает, а вспышки на Солнце становятся все мощнее. А на середину 2020-х годов намечается несколько циклов активности Солнца.
Погибнет ли Солнце в ближайшие несколько десятилетий – неизвестно. Но российские ученые спрогнозировали, как могут развиваться события в случае гибели светила. Итак, с Земли этот катаклизм будет выглядеть следующим образом: примерно через 7-8 минут после того, как оно взорвется, все небо вспыхнет ярким белым пламенем, которое будет видно круглосуточно. Люди, собственно говоря, не увидят больше ничего, поскольку человечество практически сразу же исчезнет. Между тем, процесс на этом не закончится.
Огромные потоки радиоактивной энергии пробьют земное магнитное поле и уничтожат все, что осталось целым после воздействия энергии Солнца. Земная атмосфера приобретет температуру порядка 5 тысяч градусов Цельсия, а на высоте около 60 километров появятся облака пара, через которые будет проглядываться очень яркий шар Солнца, который будет постоянно увеличиваться. Через несколько часов после взрыва Солнце достигнет таких размеров, что закроет весь небосвод. Это будет означать, что раскаленная плазма уже достигла Земли, и ударной волной планету собьет с орбиты и выкинет прочь за пределы системы.
От нашей планеты останется небольшой огарок, который на протяжении многих миллионов лет постепенно остынет, двигаясь со скоростью около 20 тысяч километров в секунду от черной холодной звезды, которая когда-то называлась Солнцем.
Впрочем, часть астрономов уверена, что теоретически Земля сможет пережить гибель светила. К такому выводу ученые пришли после проведения ряда исследований, в рамках которых они занимались изучением вопроса о далеком будущем нашей планеты, то есть о том моменте, когда Солнце станет красным гигантом, а после, сбросит материю и превратится в белого карлика.
Исследователи утверждают, что будущее Земли будет в значительной степени зависеть от того, как именно Солнце начнет избавляться от лишней материи. По одному из спрогнозированных учеными сценариев, Землю может просто отбросить на далекую орбиту, что автоматически сохранит ее, поскольку на значительном расстоянии планета сможет пережить разрастание звезды. Однако даже на таком расстоянии на Землю будут действовать очень мощные приливы со стороны Солнца. Эти приливы будут тянуть Землю к красному гиганту. В настоящее время предсказать, какой из этих процессов окажется сильнее, и где в конечном итоге окажется планета (то ли на другой орбите, то ли в непосредственной близости с гигантом), невозможно.
Если Земля окажется на орбите с достаточно большим радиусом, это может оказаться губительным для нее, ведь нельзя исключать возможности столкновения, к примеру, с Марсом, что станет причиной гибели обеих планет. Но если столкновения не произойдет, то Земля позже может оказаться в зоне вокруг белого карлика, которая вполне пригодна для обитания.
В августе 2011 года ученым удалось обнаружить следы столкновения небесных тел в системе еще одного белого карлика – NLTT 43806, который находится на расстоянии порядка 50 световых лет от нашей планеты. В его спектре было обнаружено значительное соотношение алюминия и железа. Некоторые ученые уверены в том, что это является следствием падения обломков каменистых небесных тел, в том числе, и планет, на компактный объект.
Также существует гипотеза о том, что вокруг каждой гигантской звезды существует своего рода зона отчуждения, протяженность которой составляет примерно 0,6 астрономических единиц. Однако все планеты, которые находили до этого времени, были за пределами этих зон. Теперь же, когда ученые обнаружили планету в непосредственной близости от HD 102272 (еще один красный гигант), они смогут проанализировать, какое влияние оказывает красный гигант на эту планету, и, соответственно, чего теоретически следует ожидать землянам. К слову, по мнению ученых, вокруг этого гиганта вращается еще одна планета, но никаких точных данных, чтобы опровергнуть или подтвердить эту гипотезу, нет. Сам красный гигант расположен на расстоянии порядка 1200 световых лет от нашей планеты.
Таким образом, о том, каким будет конец Солнца и выжевет ли планета Земля можно только догадываться…
Источник