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
Все за сегодня
Политика
Экономика
Наука
Война и ВПК
Общество
ИноБлоги
Подкасты
Мультимедиа
Наука
Forbes (США): пока Земля удаляется от Солнца, но со временем она столкнется с ним
Будь у нас возможность измерять среднее расстояние от Земли до Солнца в течение целого года и на протяжении нескольких лет, мы бы обнаружили нечто весьма тревожное. С каждым годом наша планета понемногу удаляется от Солнца — примерно на полтора сантиметра в год. Миллиарды лет Земля медленно мигрирует по своей орбите вовне, и эта тенденция должна сохраниться на миллиарды лет.
И все равно это лишь временное явление. Со временем Земля утратит свою орбитальную энергию и полетит в сторону Солнца, даже если оно не поглотит нашу планету, когда станет красным гигантом. В далеком будущем в игру в Солнечной системе вступит множество факторов, но в итоге последнее слово будет за Эйнштейном. Как же будет меняться орбита Земли вплоть до ее печальной кончины?
Мысль о том, что земная орбита со временем меняется, многим кажется странной и обескураживающей. В конце концов, мы со времен Кеплера, то есть, более 400 лет очень хорошо понимаем, как движутся планеты. Его первый закон планетарного движения гласит: орбита каждой планеты — эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце. И этот закон полностью соответствует ньютоновской теории тяготения.
Это производит еще большее впечатление, если задуматься о том, что закон всемирного тяготения Ньютона был сформулирован лишь спустя 60 лет после того, как Кеплер изложил свои законы. Тем не менее, законы Кеплера и Ньютона в действительности верны лишь приблизительно. Есть шесть отдельных явлений, которые играют роль «спойлера» в этом точном и совершенно стабильном решении. Перечислим каждое из них и расскажем о тех эффектах, которые эти явления производят.
1. Ядерный синтез в Солнце. Каждую секунду значительное количество легких атомных ядер внутри Солнца превращается в более тяжелые элементы и изотопы в ходе реакции ядерного синтеза. Когда легкие элементы объединяются в более тяжелые, тяжелые ядра становятся прочно связанными, но для этого требуется выделение энергии. Конечный продукт солнечного синтеза гелий-4 на 0,7% легче, чем четыре протона, которые образуют его в результате цепной реакции.
Таким образом, Солнце каждую секунду теряет в целом четыре миллиона тонн массы по формуле Эйнштейна E = mc². Такая потеря массы ничтожно мала, но со временем она накапливается. С каждым годом из-за такой потери массы в результате ядерного синтеза земная орбита увеличивается на полтора сантиметра. За все время своего существования Солнце из-за ядерного синтеза потеряло такое количество массы, которое соответствует массе Сатурна.
2. Обращаясь по орбите вокруг Солнца, Земля сталкивается с частицами. Это производило колоссальный эффект на раннем этапе существования Солнечной системы, когда Солнце окружал протопланетный диск вещества. Это снова будет производить колоссальный эффект, когда Солнце станет красным гигантом, потому что через 7,6 миллиарда лет оно выбросит огромное количество вещества, составляющее около 33% его общей массы.
В обоих случаях, когда это вещество сталкивается с Землей, наша орбита меняется. Точное количество этих изменений зависит от скорости вещества относительно Земли. При формировании Солнечной системы это движение вовнутрь, а в конце жизни Солнца это движение наружу. Но сейчас нас бомбардируют в основном только частицы солнечного ветра, масса которых ничтожна, составляя около 18 000 тонн в год. Это очень мало. Под воздействием этих частиц земная орбита каждый миллион лет меняется всего на ширину протона.
3. Гравитационное воздействие других массивных тел в нашей Солнечной системе. Это может играть существенную роль, а может и не играть. В нашей Солнечной системе есть много объектов, обращающихся по орбите вокруг Солнца и вокруг других тел. У каждого из них вполне определенный и немалый размер и масса, и они оказывают друг на друга взаимное гравитационное воздействие. Когда это происходит, появляется шанс на то, что эти орбиты со временем изменятся и станут хаотичными.
Согласно выводам одного недавнего исследования, существует примерно однопроцентный шанс на то, что одна или более из четырех внутренних планет Солнечной системы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) в предстоящие несколько миллиардов лет утратят свою орбитальную устойчивость. Если такое случится, орбита Земли может существенно измениться. Не исключено, что под воздействием этих сил наша планета врежется в Солнце или покинет пределы Солнечной системы. Это самая непредсказуемая составляющая земной орбиты.
4. Солнце превратится в гигантскую красную звезду. Мы знаем, что это случится, и нам также примерно известно, как это произойдет. Внутреннее ядро сократится и раскалится; внешние слои вспучатся и чудовищно увеличатся в размерах; в ядре звезды начнется гелиевый синтез; Солнце выбросит значительную часть своей массы. Но для нас важнее всего другое. Превратившись в красный гигант и увеличившись, Солнце поглотит внутренние планеты.
Исчезнет Меркурий. Венеру Солнце тоже проглотит. Земле также наступит конец, если только она не сумеет отдалиться от Солнца более чем на 15% от своего нынешнего радиуса, что весьма сомнительно и потребует от нее усиления орбитальной нестабильности в период от настоящего времени до превращения Солнца в красный гигант. Но чтобы Земля выжила при красном гиганте (а она может), ее отдаление от Солнца должно закончиться уже сейчас.
5. Другие тела в галактике. Время от времени вблизи нашей Солнечной системы будет проходить крупная масса, скажем, звезда, коричневый карлик или блуждающая планета. Очень маловероятно, что такой объект пролетит достаточно близко и выведет земную орбиту из стабильного состояния до того, как Солнце превратится в красный гигант. Но после этой фазы времени будет очень много. К тому моменту, когда возраст Вселенной в 100 тысяч раз превысит ее нынешний возраст, близкое гравитационное схождение будет намного вероятнее.
Когда исчезнет Меркурий и Венера, Земля станет самой близкой к Солнцу планетой. Когда случится неизбежное, может произойти одно из двух. Либо вторгшаяся масса выведет Землю из состояния покоя, сделав ее орбиту нестабильной, либо система Солнце-Земля (возможно, вместе с Марсом, Юпитером и другими оставшимися планетами) будет выброшена из нашей Галактики. Это хаотичный и непредсказуемый процесс, и может случиться что угодно. Надо только дождаться.
6. Гравитационное излучение. Но если Земля останется привязанной к Солнцу — а такое вполне вероятно, если остатки Солнечной системы будут выброшены за пределы Галактики, то гравитационное излучение заставит Землю медленно приближаться к Солнцу. Согласно эйнштейновской теории тяготения, когда две массы обращаются по орбите друг вокруг друга, излучаются гравитационные волны.
Контекст
Forbes: Солнце — виновник скачка содержания углерода на Земле
Коронавирус: причем здесь Солнце? (Печат)
Оптимальное топливо — на Луне
Все шесть перечисленных явлений вполне реальны, и все они способствуют изменению орбиты Земли. Каждое из них в отдельности в свое время может стать самым важным.
1. На ранних этапах существования Солнечной системы, когда планеты и их спутники еще формировались, столкновения между планетами и планетозималями очень сильно влияли на изменения в орбите Земли (прото-Земли).
2. Сегодня потеря массы из-за ядерного синтеза сильнее всего влияет на удаление Земли от Солнца.
3. При возникновении гравитационной нестабильности влияние других планет может изменить и даже разрушить орбиту Земли до того, как Солнце станет красным гигантом.
4. Когда Солнце станет превращаться в красный гигант, все будет зависеть от того, поглотит оно Землю или нет. Если поглотит, нашей планете придет конец.
5. После того как Солнце станет белым карликом, начнется космический гравитационный бильярд. Либо Земля оторвется от Солнца, либо вся оставшаяся Солнечная система вместе с Землей полетит прочь.
6. Но если Земля к тому времени еще сохранится, она будет продолжать гравитационное движение вовнутрь, пока ее не поглотит черный карлик, в которого к тому времени превратится Солнце.
Сейчас Земля медленно отдаляется от Солнца под воздействием неумолимого ядерного синтеза внутри нашей звезды. Со временем Солнце будет постепенно сжигать свое топливо, теряя при этом массу и ослабляя свою гравитационную хватку. Если это будет продолжаться до его превращения в красный гигант, к тому времени либо Солнце поглотит Землю, либо она выживет и станет свидетельницей его превращения в белый карлик.
В этот момент гравитационное излучение приведет к медленному ослаблению орбитального движения Земли, в результате чего она начнет приближаться к Солнцу. Если через Солнечную систему не пролетит блуждающий объект и не вытолкнет из нее Землю, ее сближение с Солнцем будет продолжаться, и со временем она упадет на солнечный труп. Произойдет это, когда Вселенная станет в 10 квадриллионов раз старше. Пока Земля дрейфует в сторону от Солнца, но если мы не оторвемся от нашей звезды, нашей неизбежной судьбой на отдаленную перспективу станет медленное падение на нее.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Источник