Когда и как погаснет Солнце
Жизнь на нашей планете была бы невозможна, если бы не жёлтый шар, который восходит на востоке каждое утро. Звезда по имени Солнце – жёлтый карлик, благодаря теплу и свету которого мы существуем. Под жёлтыми карликами принято понимать небольшие звёзды, не такие горячие, как голубые. Примерная температура светил колеблется от пяти до шести тысяч кельвинов. В среднем их размер варьируется: они могут составлять как четыре пятых нашего Солнца, так и на пятую часть превышать его габариты.
В Солнечной системе звезда только одна (собственно, отсюда и название), но в системах других планет их часто бывает две, а иногда и больше. Считается, что в группах им сосуществовать комфортнее. Жёлтых карликов во Вселенной несчётное множество. И Солнце не является среди них чем-то необычным, оно не обладает совершенно никакими отличительными характеристиками и из других систем, должно быть, выглядит так же, как для нас другие звёзды. Тем не менее, для землян Солнце всегда будет являться особенным.
Если принять на веру Теорию Большого Взрыва, согласно которой вся Вселенная образовалась примерно четырнадцать миллиардов лет назад, то можно посчитать, что наша звезда находится «в самом расцвете сил». По примерным подсчётам, Солнцу сейчас около пяти миллиардов лет. Значит, оно появилось позже, чем первые звёзды, на девять миллиардов лет.
За счёт чего мы существуем? За счёт постоянной активности на Солнце, благодаря которой на звезде неустанно протекают термоядерные реакции. В процессе превращения водорода в гелий высвобождается огромное количество энергии, за счёт которой солнце светит и греет. Правда, чтобы солнечная энергия была полезна, нужно находиться на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца. Более близкие расстояния (например, как между Венерой и светилом или между ним и Меркурием) губительны.
Сам огненный шар достигает в диаметре 1,4 миллиона километров. Для нас эта цифра кажется фантастической, но всё относительно. В масштабах целой Вселенной, где полно газовых гигантов, такой показатель достаточно посредственен. Весит Солнце в триста тридцать три раза больше, чем наша планета.
Несмотря на свой значительный диаметр, только 200 тысяч километров из него занимает ядро. Оно гораздо горячее и нагревается до четырнадцати миллионов кельвинов. Именно здесь протекают химические реакции. За пределами ядра происходит лучистый перенос. Этот процесс представляет собой многократное переизлучение фотонов, и он может длиться миллионами лет – настолько долог путь фотонов в верхние зоны звезды.
Выше – конвективная зона. Это своего рода огромный солнечный миксер, в котором происходит вихревое смешивание потоков фотонов между собой. В верхних слоях плазма заметно остывает, вследствие чего потоки утягивают ею вниз, где она набирает температуру заново.
Ещё выше – солнечная атмосфера. С Земли мы видим главным образом её, так как именно отсюда исходит большая часть излучения. Из атмосферы то и дело выбрасывает колоссальные потоки энергии, но в силу слишком яркого света газового шара мы этого не видим. Часть, в которую происходят «выбросы», именуется солнечной короной. Её возможно отчётливо разглядеть в период затмений.
Как только техника стала позволять, земляне не упускают из виду солнце. Ведётся постоянное изучение его характеристик. Вокруг звезды огромное количество всевозможных спутников, измеряющих основные показатели и отслеживающих активность на её поверхности. К сожалению, по вполне объективным причинам отправить на него исследователей или хотя бы станцию физически невозможно, но учёные подобрались к нему максимально близко: станция расположилась на орбите Меркурия.
И поскольку Солнце – не первый и не последний жёлтый карлик во Вселенной, его этапы развития можно отследить, а на их основании можно сделать прогнозы о его дальнейшей судьбе. Стоит чётко понимать, что жизненный цикл на Земле закончится гораздо раньше, чем звезда претерпит все изменения, а потому любые догадки носят чисто теоретический характер: их в любом случае никто не сможет подтвердить.
Скорее всего, в самом начале активных перемен на нашем источнике света жизнь на Земле (а может быть, и вся планета) погибнет. Примерно через один миллиард лет Солнце начнёт светить гораздо ярче: активность повысится, и это вызовет сильнейший парниковый эффект на нашей планете. Нет уверенности, что это однозначно убьёт всё живое, поскольку в морских глубинах живые существа всё ещё могут продолжить нормально существовать.
Но даже звезда не является вечным двигателем. Запасы водорода в ядре медленно, но верно, будут сокращаться, в связи с чем она станет светить гораздо ярче, чем сейчас. Через три с половиной миллиарда лет этот показатель превзойдёт современный на сорок процентов. Соответственно, меньше гелия – меньше диаметр ядра, но больше внешний диаметр звезды. Что касается Земли, то на ней будет происходить то же, что на Венере сейчас.
Запасы водорода подойдут к концу где-то через шесть с половиной миллиардов лет. На этом этапе Солнце будет горячее и ярче уже в два раза. А спустя восемь миллиардов лет шар станет настолько горячим, что все термоядерные реакции станут протекать уже не в ядре, а на внешних оболочках. К этому моменту Солнце уже полностью поглотит Землю и по праву станет являться звездой-красным гигантом.
Есть и другое предположение: возможно, орбита Земли изменится, и она станет находиться гораздо дальше, чем сейчас, и ещё какое-то время продолжит своё существование. Тем не менее, уж если в то время на Земле ещё останется какое-то подобие воды и атмосферы, то в силу медленного вращения Солнца и участившихся приливов и их сорвёт с поверхности. При условии, что сама планета просто не упадёт на гиганта.
Получается, уже безжизненная Земля, на которой не останется ничего, скончается примерно через восемь миллиардов лет. Дальше Солнце продолжит существование за счёт оставшихся ресурсов, но топливо не бесконечно: красные гиганты живут недолго, так что ещё сотни миллионов лет – и на оболочке звезды начнёт хаотично взрываться гелий. Это чревато, потому что подобные взрывы просто разорвут все верхние слои Солнца.
Кстати, сорванная поверхность светила породит ничто иное как туманность. Именно туманности – самые красивые участки Вселенной. Их часто изображают на космических полотнах. Двух одинаковых туманностей не существует. Каждая из них обладает собственной протяжённостью, формой, цветом. Должно быть, в этот момент наша система будет выглядеть особенно красивой.
Всё, что останется после пульсаций на оболочке звезды, — солнечное ядро, состоящее из углерода в алмазном состоянии. Размером оно будет практически как Земля, но гораздо плотнее и тяжелее – большая масса возможна только у нейтронной звезды или чёрной дыры. Это маленький белый карлик, но какой! Очень яркий и горячий. Он будет медленно умирать и охлаждаться – этот процесс может занять миллиарды лет, что свойственно всем белым карликам. Но в конце концов Солнце – если к тому моменту кто-то узнает в этом карлике
Солнце – погаснет навсегда
Но почему нашему солнышку не стать сверхновой? Сверхновая – это звезда, которая взрывается яркой вспышкой, становясь на десять-двадцать порядков ярче, чем она была, а затем медленно погасает. Кажется, что она берётся из ниоткуда, но на самом деле это не так.
Сверхновыми чаще всего действительно становятся именно белые карлики, находящиеся в тесных системах. Пока что будущее Солнце вполне подходит под это определение. Но тонкость состоит в том, что эти белые карлики в своей системе находятся не одни, а с более крупной звездой – обычно красным гигантом.
Выходит так, что из-за энергетического притяжения между двумя звёздами карлик постепенно перетягивает на себя часть энергии, и она образует вокруг последнего аккреционный диск. На нём энергия нестабильна, и вещество периодически может внезапно взрываться. Именно эти взрывы по всей площади диска и рождают сверхновую.
Взрывы могут длиться всего несколько дней, а потом в течение нескольких лет звезда постепенно гаснет. Процесс стихийного взрыва достаточно цикличен и так, постепенно, звезда всё наращивает и наращивает газовую оболочку, одновременно с этим становясь ярче в десять, а то и в сто тысяч раз.
Но Солнцу едва ли предоставится возможность стать сверхновой, потому что оно находится в своей системе в одиночку. Нет более крупной звезды, у которой оно могло бы перетянуть активное вещество для подкрепления своих сил. А значит, скорее всего, оно так и останется постепенно гаснущим белым карликом.
Процесс угасания может занять просто неприличное число времени – до десяти квадриллионов лет. Что произойдёт после этого? Солнце станет чёрным карликом. Стоит понимать, что эта стадия является конечной в цикле жизни небольшой звезды, но она в большей степени теоретическая – всё-таки, наш опыт покорения космоса не настолько богат, чтобы однозначно утверждать, что погасшие звёзды, которых больше не видно, обладают теми или иными параметрами. Но чисто логически, они должны существовать. Сложность в том, что процесс их угасания занимает просто неприличное количество времени, и с точностью утверждать, что такие объекты есть в непосредственной близости от солнечной системы, нельзя.
Если опираться на Теорию Большого Взрыва, то таких объектов и вовсе ещё не может существовать: они просто не успели образоваться с момента создания Вселенной. Тем не менее, теоретически на поверхность чёрного карлика уже можно высадиться. К моменту его образования поверхность звезды остынет где-то до 5 кельвинов. Гравитация на Солнце будет очень сильной, а плотность едва ли позволит бурить поверхность или ещё каким-то образом оставить на ней свой след.
Ещё одно интересное предположение: все звёзды станут чёрными карликами примерно (в рамках Вселенной, конечно) в один промежуток времени. Тогда настанет конец Вселенной. Эта эпоха прозвана учёными Эпохой Вечной Тьмы, что очень точно отражает суть вещей: источников света уже попросту нет, энергия звёзд иссякла, и ей неоткуда взяться.
Есть ещё один этап, который возможен для чёрных карликов – это взрыв чёрных карликов, который образует сверхновых чёрных карликов, но он носит ещё более теоретический характер, чем сам тип таких звёзд. Этот взрыв предполагает превращение алмазного карлика в железного посредством пикноядерного синтеза. Происходит это так: под воздействием собственной колоссальной массы звезда вновь перерождается. И вот на этой стадии, скорее всего, и Солнцу, и всей Вселенной придёт конец.
Таким образом, мы видим, что полный цикл угасания нашего огненного шара занимает свыше десяти квадриллионов лет, и это лишь примерная цифра, поскольку настолько заглянуть вперёд никто из учёных не способен. Сначала, через один миллиард лет, Солнце станет ярче на одиннадцать процентов, чего уже будет достаточно для сильнейшего парникового эффекта на поверхности Земли.
Через три с половиной миллиарда лет оно будет ярче на сорок процентов, и жизнь на Земле будет по определению невозможной. Солнце активно начнёт сжигать топливо, и вместо водорода в ядре постепенно станет перерабатывать углерод и кислород либо же водород с верхних слоёв оболочки.
Через шесть с половиной миллиардов лет светило станет больше в два раза, поглотит Меркурий, Венеру и Землю. Начнёт активно разрастаться за счёт расхода топлива с внешних оболочек и станет красным гигантом. Красный гигант просуществует совсем недолго – всего 100 миллионов лет, а затем станет белым карликом: верхние слои просто сорвёт, и останется только алмазное ядро. Белый карлик будет гаснуть свыше 10 квадриллионов лет, и такое число не укладывается в голове. В конце концов, он всё же остынет и превратится в чёрного карлика.
Солнце не сможет стать сверхновой, потому что ему неоткуда черпать вещество для создания аккреционного диска. Сверхновым карликом ему тоже не стать, потому что для этого у него недостаточно крупная масса.
Источник
Солнце переходит в фазу, которая изменит жизнь на Земле
Что принесет всем нам изменение активности небесного светила
В конце последней весенней недели, 29 мая, орбитальная обсерватория SDO зафиксировала мощнейшую за последние три года вспышку на поверхности Солнца.
Представители американского Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) прокомментировали это событие в апокалиптическом духе, заявив, что с Солнцем происходит что-то не то. Российские ученые отреагировали на это более сдержанно. Как пояснил, в частности, представителям СМИ главный научный сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН Сергей Богачев, случившаяся вспышка указывает на завершение аномально долгого и спокойного периода солнечной «спячки».
Начало нового солнечного цикла, по его словам, полностью определит физику нашей звезды на ближайшие годы.
«Чего же конкретно можно ожидать от нашего небесного светила в последующие несколько лет?», — поинтересовалась «СП» у других отечественных специалистов в области космической погоды.
— Процесс солнечной активности, кроме определенной регулярности и цикличности, к сожалению, еще и довольно стохастичен, то есть случаен, — подчеркнул главный научный сотрудник Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Пушкова РАН, доктор физических наук Борис Филиппов. — Известно, что во время максимума активности на Солнце довольно часто появляются пятна, предваряющие солнечные вспышки. Но уверенно заявлять, что это точно случится, например, уже в следующем месяце, довольно затруднительно, потому что процессы внутри Солнца очень сложно исследовать, и данным по ним собрано пока очень мало.
«СП»: — То есть нельзя исключить, что то, что было интерпретировано как начало очередного цикла, окажется на поверку явлением совсем другого порядка? Насколько реальна вероятность того, что Солнце, действительно, поведет себя как-то не так?
— За всю историю наблюдения за нашей звездой случаев, когда Солнце резко меняло свою циклическую активность, не было зафиксировано. Но, с другой стороны, научному изучению нашего небесного светила не так уж и много лет, всего пара-другая сотен.
«СП»: — Некоторые СМИ, рассказывая о зафиксированной 29 мая вспышке на Солнце, вспоминают о XVII веке, когда, например, в России в июле и августе падали морозы, а в сентябре — снег. Солнечная активность последних дней не сулит нам повторение подобной ситуации?
— Да, тогда, во время так называемого «минимума Маундера», действительно, фактически происходило оледенение. А в XVIII-XIX веках был еще так называемый «минимум Дальтона», — признает заместитель директора Пущинской радиоастрономической обсерватории Физического института им. Лебедева РАН, доктор физико-математических наук Игорь Чашей. — Только вот говорить об этом сейчас с уверенностью — гадать на кофейной гуще, хотя такое, в принципе, вполне возможно. Поживем — увидим.
«СП»: — Здесь нужно учитывать какие-то дополнительные факторы, кроме непосредственно солнечной активности?
— Я лично считаю, что Солнце каким-то образом влияет на климат Земли, хотя есть сторонники теории, которая связывает климат планеты с более удаленными факторами вроде космических лучей от вспышек сверхновых звезд. Сказать абсолютно определенно, так это или нет, пока не представляется возможным, поскольку статистики не хватает — слишком медленно происходят процессы, а интерес к ним возник буквально в последнее время.
«СП»: — Если предположить, что сторонники наступления очередного похолодания из-за минимума солнечной активности правы, когда ему на смену может прийти максимум активности Солнца?
— Сейчас можно говорить о выходе активности Солнца на фазу роста после довольно длительного минимума. Через несколько лет мы выйдем на максимум, после чего опять придем к минимуму. Учитывая, что период между двумя минимумами составляет в среднем 11 лет, можно предположить, что максимум наступит примерно в 2030 году. Хотя это не более чем предположение, потому что границы периодов плавают в диапазоне 8−12 лет.
«СП»: — Мы физически как-то будем ощущать максимум солнечной активности?
— Косвенное влияние вполне возможно. Вспомним, в свое время основоположник гелиобиологии, советский профессор Чижевский заметил, что 11-летний цикл характерен для целого ряда хронических заболеваний, а также социальных явлений вроде революций. Что же касается прямой зависимости, то, полагаю, очень уж сильной взаимосвязи между состоянием человека и изменением уровня солнечной активности, думаю, наблюдаться все же не будет. Хотя магнитные бури будут случаться чаще.
«СП»: — Те магнитные бури, которые, как ожидается, случатся у нас уже 8 и 9 июня и будут довольно сильными, можно уже записывать на счет последней солнечной вспышки и считать проявлением усиления солнечной активности?
— Те магнитные бури, которые ожидаются 8 и 9 июня, совершенно точно не связаны со вспышками на Солнце, зафиксированными на прошлой неделе. Просто потому, что выброс плазмы, который, собственно, и провоцирует магнитные бури, летит до Земли три дня. Так что в данном конкретном случае получается, что в огороде бузина, а в Киеве дядька, — уверяет член-корреспондент РАН, директор Института космических исследований (ИКИ) РАН, доктор физико-математических наук Анатолий Петрукович. — Когда мы говорим о взаимосвязи между вспышками на Солнце и магнитными бурями, надо четко представлять себе детализацию — где конкретно произошла вспышка, был ли при этом зарегистрирован выброс плазмы, полетел ли он по направлению именно к нашей планете или же был направлен в другую сторону, и тому подобные вещи.
«СП»: — И все же, если нынешняя вспышка все же означает переход активности Солнца от минимума к максимуму, как учащение магнитных бурь может отразиться на нашей планете?
— Вообще-то «минимумы» и «максимумы» — это бытовое восприятие солнечной активности. Здесь правильнее говорить об изменении магнитного поля Солнца, которое протекает либо относительно спокойно, либо более возмущенно (при этом моделированные кадры небесного светила приобретают усиленную «волосатость»). Так вот, на «минимуме» магнитное поле более спокойно, а при переходе к «максимуму» оно усложняется. Но это не значит, что у нас сразу начинается апокалипсис, сам по себе рост солнечной активности занимает несколько лет.
Когда мы увидим, что цикл нашего небесного светила перешло на новый цикл, мы скажем — да, теперь вспышек у нас будет больше, соответственно, магнитных бурь тоже будет больше. Но это в своем роде банальность, все равно как говорить о том, что зимой бывает снег. Главный вопрос тут в другом — а насколько очередной солнечный максимум окажется сильнее предыдущего.
Увеличение активности Солнца, конечно, окажет влияние на работу космических спутников, несколько увеличится степень радиоактивной угрозы для них. Возрастут, в частности, радиопомехи. Что же касается воздействия геомагнитных возмущений на здоровье людей, то тема эта в целом, конечно, довольно дискуссионная. Но если говорить о здоровых людях, то этот метеофактор оказывает на них стрессовое влияние.
Организм чувствует, что вокруг складывается нестандартная ситуация, и начнет на нее реагировать, и реакция эта, согласно последним взглядам на данную проблему, оказывается очень индивидуальной. Только стоит принять во внимание, что если человек проживает в городе, то на него параллельно будут воздействовать не только природные, но и другие стрессовые факторы, которых довольно много.
«СП»: — По каким-то признакам в данном случае уже можно предположить, будет ли этот грядущий максимум сильно отличаться от предыдущих?
— Тот солнечный максимум, который пришелся на конец девяностых — начало нулевых, был довольно-таки сильным. Он, конечно, рекордов все же никаких не побил, но магнитных бурь хватило всем, как говорится, за глаза. А вот следующий солнечный максимум, который был зафиксирован в десятых годах нынешнего века, честно говоря, оказался куда слабее. И основные прогнозы на грядущий солнечный максимум позволяют предположить, что он также окажется слабым. Но ведь прогнозы штука такая, что могут и не сбыться. Так что поживем — увидим.
Источник