Жизненный цикл солнца
Солнце является молодой звездой третьего поколения (популяции I) с высоким содержанием металлов, то есть оно образовалось из останков звёзд первого и второго поколений (соответственно популяций III и II). Текущий возраст Солнца (точнее время его существования на главной последовательности), оценённый с помощью компьютерных моделей звёздной эволюции, равен приблизительно 4,5 млрд лет.
Считается, что Солнце сформировалось примерно 4,5 млрд лет назад, когда быстрое сжатие под действием сил гравитации облака молекулярного водорода привело к образованию в нашей области Галактики звезды первого типа звёздного населения типа T Тельца. Звезда такой массы, как Солнце, должна существовать на главной последовательности в общей сложности примерно 10 млрд лет. Таким образом, сейчас Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла. На современном этапе в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Каждую секунду в ядре Солнца около 4 млн тонн вещества превращается в лучистую энергию, в результате чего генерируется солнечное излучение и поток солнечных нейтрино. По мере того, как Солнце постепенно расходует запасы своего водородного горючего, оно становится всё горячее, а его светимость медленно, но неуклонно увеличивается.
К возрасту 5,6 млрд лет, через 1,1 млрд лет от настоящего времени, наше дневное светило будет ярче на 11 %, чем сейчас. Уже в этот период, ещё до стадии красного гиганта, возможно исчезновение жизни из-за повышения температуры поверхности Земли, вызванного увеличением яркости Солнца и парникового эффекта, индуцированного парами воды. К этому моменту Солнце достигнет максимальной поверхностной температуры (5800 К) за всё своё время эволюции в прошлом и будущем вплоть до фазы белого карлика; на следующих стадиях температура фотосферы будет меньше. Несмотря на прекращение жизни в её современном понимании, жизнь может остаться в океанах.
К возрасту 8 млрд лет (через 3,5 млрд лет от настоящего времени) яркость Солнца возрастёт на 40 %. К тому времени условия на Земле будут подобны условиям на Венере сегодня: вода с поверхности планеты исчезнет полностью и улетучится в космос. Эта катастрофа приведёт к окончательному уничтожению всех форм жизни на Земле. По мере того как водородное топливо в солнечном ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться.
К возрасту 10,9 млрд лет (6,4 млрд лет от настоящего времени), водород в ядре кончится, а образовавшийся из него гелий, ещё неспособный в этих условиях к термоядерному горению, станет сжиматься и уплотняться ввиду прекращения ранее поддерживавшего его «на весу» потока энергии из центра. Горение водорода будет продолжаться в тонком внешнем слое ядра. На этой стадии радиус Солнца увеличится в 1,59 раз, а светимость будет в 2,21 раза больше современной. В течение следующих 0,7 млрд лет Солнце будет относительно быстро расширяться (до 2,3 раз), сохраняя почти постоянную светимость, а его температура упадёт с 5500 K до 4900 K. В конце этой фазы, достигнув возраста 11,6 млрд лет (через 7 млрд лет от настоящего времени) Солнце станет субгигантом.
К возрасту 12,2 млрд лет, приблизительно через 7,6-7,8 миллиардов лет ядро Солнца разогреется настолько, что запустит процесс горения водорода в окружающей его оболочке. Это повлечёт за собой бурное расширение внешних оболочек светила, и таким образом Солнце покинет главную последовательность, на которой оно находилось почти с момента своего рождения, и станет красным гигантом. В этой фазе радиус Солнца увеличится в 256 раз по сравнению с современным. Расширение звезды приведёт к сильному увеличению её светимости (в 2700 раз) и охлаждению поверхности до 2650 К. По-видимому, расширяющиеся внешние слои Солнца в это время достигнут современной орбиты Земли. При этом исследования показывают, что ещё до этого момента из-за усиления солнечного ветра вследствие многократного увеличения площади поверхности Солнце потеряет более 28 % своей массы, что приведёт к тому, что Земля перейдёт на более далёкую от Солнца орбиту и, таким образом, избежит поглощения внешними слоями солнечной плазмы. Хотя Земля, скорее всего, всё-таки будет поглощена Солнцем вследствие замедления вращения Солнца и последующих приливных взаимодействий с его внешней оболочкой, которые приведут к приближению орбиты Земли обратно к Солнцу. Даже если наша планета избежит поглощения Солнцем, вся вода на ней перейдёт в газообразное состояние, а её атмосфера будет сорвана сильнейшим солнечным ветром.
Данная фаза существования Солнца продлится лишь около десяти миллионов лет. Когда температура в ядре достигнет 100 млн К, произойдёт гелиевая вспышка, и начнётся термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. Солнце, получившее новый источник энергии, уменьшится в размере до 9,5 современных размеров солнца. Спустя 100—110 млн лет, когда запасы гелия иссякнут, повторится бурное расширение внешних оболочек звезды, и она снова станет красным гигантом. Этот период существования Солнца будет сопровождаться мощными вспышками, временами его светимость будет превышать современный уровень в 5200 раз. Это будет происходить от того, что в термоядерную реакцию будут вступать ранее не затронутые остатки гелия. В таком состоянии Солнце просуществует около 20 млн лет.
Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. После того как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, термические пульсации приведут к тому, что его внешняя оболочка будет сорвана, и из неё образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется сформированный из ядра Солнца белый карлик, очень горячий и плотный объект, но размером только с Землю. Изначально этот белый карлик будет иметь температуру поверхности 120 000 К и светимость 3500 солнечных, но в течение многих миллионов и миллиардов лет будет остывать и угасать. Данный жизненный цикл считается типичным для звёзд малой и средней массы.
Источник
Эволюция Солнца
Сколько лет живет Солнце, когда и как оно погибнет
Около 4,5 миллиардов лет назад гигантское облако пыли и газа сближалось под действием собственной гравитации. Образовавшийся объект уплотнялся и нагревался. Наконец, в самом центре начали проходить ядерные реакции. Водород начал превращаться в гелий. Это и стало рождением новой звезды. Остатки звездного вещества кружились вокруг новорожденного Солнца. Спустя некоторое время из него сформировались планеты нашей Солнечной системы, в том числе и наша Земля.
Солнечный ветер вынес все лишнее, некоторые тела и планеты, сталкиваясь друг с другом, объединялись, в итоге явив миру то, что в наше время, мы называем Солнечной Системы.
Среди миллиардов сверкающих точек во Вселенной наше Солнце выглядит ни чем не выдающейся звездой средней величины. Существуют звезды в сотни раз его больше.
Истинный цвет Солнца отличается от того, что мы видим во время закатов и восходов. На самом деле Солнце – белая звезда, а вовсе не желтая. Конечно пик его спектра находится ближе к желтой области, и оно также излучает синий, красный, оранжевый и т.д. цвета. Все цвета воспринимаются нашим глазом как белый.
Эволюция Солнца. Возраст на шкале указан в миллиардах лет. Значения приблизительные
Такие звезды, как Солнце, вращаются намного быстрее, когда они молоды. А это совсем не похоже на наше сегодняшнее Солнце. Сейчас оно уже достигло среднее возраста и стало более уравновешенным. Ему сейчас около 4,5 млрд. лет. Это чуть меньше половины его предполагаемой жизни. Сейчас Солнце сжигает «топливо» – превращает водород в гелий с постоянной огромной скоростью. До поверхности Земли доходит лишь одна миллиардная доля энергии, излучаемой Солнцем.
Начало процесса умирания Солнца можно будет определить по изменению его яркости, изменению массы и анализу звуковой волны. Свет не может пройти через Солнце, оно непрозрачно. Свет исходит от Солнца, но сквозь него не проходит. Поэтому до недавнего времени у нас не было возможности изучения глубоких слоев Солнца, не было способа «заглянуть» во внутрь. Сейчас же наука, называемая гелиосейсмология при помощи звуковых волн способна исследовать внутреннее строение Солнца.
Как ни странно, сейчас наше Солнце на 30% ярче, чем при рождении. С возрастом его яркость будет только увеличиваться, а сама звезда становится всё ярче и мощнее.
Через 1 млрд. лет яркость нашей звезды возрастет на 10%, а температура нашей планеты будет на 40 градусов выше. Не трудно догадаться, что ждет в этом случае землю. “Парниковый эффект” в этих условиях будет выглядеть глупой сказкой.
Через 3 млрд. лет яркость Солнца возрастет уже на 40%, но нашим потомкам к тому времени будет уже все равно, так как ещё задолго до этого, жизни на Земле не будет ни в каком виде, и даже океаны успеют выкипеть до самого дна.
Когда Солнцу будет 10 млрд. лет, оно заполнит собой весь горизонт. К этому времени оно выработает весь запас «топлива» в своем ядре. Когда водород в ядре закончится, он будет продолжать соединяться в оболочке ядра, и эта дополнительная энергия будет расширять внешние слои Солнца. Это означает, что Солнце станет гораздо более мощным, более ярким, потому что слияние водорода будет происходить в оболочке.
Ядро же уплотнится в большей степени, чем обычно. Вся выделяющаяся энергия будет направлена к внешней части Солнца, что и сделает его красным гигантом. Красный гигант – это звезда, исчерпавшая свои основные водородные ресурсы, и у которой остался лишь накопленный тяжелый плотный гелий. Звезды, подобные нашему Солнцу, проводят последние свои 2 млрд. лет в стадии красного гиганта. Называется она так потому, что звезда очень сильно увеличивается в размерах (в 20 – 30 раз), начинает остывать и становится более холодной, красной звездой.
Итак, красный гигант продолжает расти, а ядро, накапливая гелий, все сжимается и становится горячее. В конце концов, температура ядра станет такой высокой, что загорится и гелий. Не просто загорится, а вспыхнет. Вспышка гелия будет достаточно горячей, чтобы создать углерод и кислород в ядре. Умирающее Солнце будет реанимировано этим новым видом энергии, но лишь на время. Когда иссякнет и гелий, ядро красного гиганта будет состоять уже только из углерода и кислорода. Ядро снова начнет сжиматься и раскаляться. Но в оболочке еще будут остатки гелия, которые будут продолжать трансформироваться в углерод и кислород. И все это будет покрыто водородной оболочкой, вступающей в реакцию с гелием.
Со стороны такая звезда будет выглядеть то большей, то меньшей, она будет сжиматься и расширяться с периодом около сотен или тысяч лет. В таких пульсациях наше Солнце поглотит Меркурий и Венеру, а Земля окажется на оно станет огромным. Что касается Земли, то она окажется у самой границы Солнца, и хотя и не растворится в недрах звезды, но окажется к тому времени выжженным безжизненным каменным шаром.
Такую детальную картину эволюции нашего Солнца получилось составить только после того, как один из инфракрасных телескопов запечатлел подобный процесс одной умирающей звезды Хи Лебеля. Она находится в 50 световых лет от Земли. Хи Лебедя приближается к финальной стадии красного гиганта. За последние 400 лет она становится то меньше и ярче, то больше и слабее.
Считается, что солнечный ветер может унести значительную часть солнечного вещества во время всех этих превращений. Таким образом, Солнце потеряет огромную часть массы. А это означает, что сила притяжения Солнца ослабнет, и Земля вместе с другими планетами перейдет на новую орбиту – отдалится от него.
Некоторые умирающие звезды заканчивают жизнь взрывом сверхновой – всплеском излучения, которое способно временно ослепить всю галактику. Но в случае Солнца этого не будет. Во-первых, Солнце не так велико, чтобы взорваться само по себе. Звезды должны быть в 8 – 10 раз массивнее нашего Солнца, чтобы взорваться самостоятельно. Во-вторых, у него нет звезды-компаньона, у которого оно могло забрать энергию, чтобы набрать массу, стать нестабильным и взорваться.
На последней стадии жизни нашего Солнца его внешняя светящаяся газовая сфера, называемая планетарной туманностью, рассеется. Останется раскаленный светящийся уголек, называемый белым карликом, размером с Землю. Этот объект будет по-прежнему хранить часть тепловой энергии Солнца. Белые карлики небольшие, но очень плотные – маленькие, как планета, и тяжелые, как звезда. Если взять кусочек белого карлика, размером с телефон, то он весил бы как слон.
В стадии белого карлика наше Солнце будет продолжать медленно умирать, экономно расходуя оставшуюся в нем энергию миллиарды, даже триллионы лет.
Все, что к тому времени останется в Солнечной системе, будет остывать. Оно по-прежнему останется на своих орбитах вокруг белого карлика, так как орбитальные связи держаться очень долго, возможно вечность.
Когда Солнце окончательно остынет, его уже невозможно будет наблюдать. Такие звезды иногда называют черными карликами или темными звездами.
Источник
Эволюция Солнца
Наше Солнце – типичный пример звезды, эволюционировавшей из звездной туманности 4,6 миллиарда лет назад. Но как выглядит рождение и развитие Солнца? Давайте внимательно изучим этапы солнечной эволюции.
Рождение и эволюция Солнца
Солнце и все ближайшие планеты начали свое существование в гигантском облаке молекулярного газа и пыли. Примерно 4,6 миллиарда лет назад это облако под воздействием внешних сил (гравитационного поля ближайших звезд или выброса энергии сверхновой) начало сжиматься. Во время сжатия внутренние силы газа и взаимодействие частиц пыли сформировали участки пространства с большей плотностью материи. Эти скопления позже дадут начало жизни бесчисленного количества звездных систем, в том числе и нашей.
В процессе сжатия скоплений из-за сил взаимодействия частиц наша будущая звезда начала вращаться. Центробежная сила создала большой шар материи в центре и плоский диск из пыли и газа ближе к краю новосозданной системы. Из центрального шара позже образуется Солнце, а из диска – планеты и астероиды. В течение первых ста тысяч лет после сжатия газового облака Солнце было коллапсирующей протозвездой. Это продолжалось пока температура и давление звезды не привели к воспламенению ее центральной части – ядра. С этого момента наша звезда превратилась в светило типа Т Тельца – очень активную звезду с сильным солнечным ветром. Со временем Солнце постепенно стабилизировалось и обрело свою теперешнюю форму. Так началась жизнь нашей ближайшей звезды, но это лишь первый этап эволюции Солнца.
Основной этап эволюции Солнца
Солнце в собственном развитии находится на основном этапе жизни, как и большинство звезд во Вселенной. В ее ядре ежесекундно 600 миллионов тонн водорода превращается в гелий и производится 4*1027 Ватт энергии. Этот процесс в ядре Солнца начался 4,6 миллиарда лет назад и не менялся с тех пор. Но запас гидрогена в звезде не безграничен: горючего светилу хватит еще на 7 миллиардов лет жизни.
Чем больше в звезде накапливается гелия, тем больше сгорает водорода. Следствием этого является больший выход энергии и увеличение яркости свечения. Вы едва ли заметите эти изменения в краткосрочной перспективе, но за последующий миллиард лет Солнце станет ярче на 10%. А это уже не обещает ничего хорошего Земле и другим планетам нашей системы.
Увеличение выхода энергии ядерного синтеза внутри Солнца за миллиард лет приведет к сильному парниковому эффекту на Земле, подобному тому, что происходит сейчас на Венере. Со временем влага, содержащаяся в атмосфере планеты, выветрится усиленным солнечным излучением.
Через 3,5 миллиарда лет Солнце будет ярче уже на 40%, чем сейчас. Температура на поверхности Земли увеличится настолько, что существование на ней жидкой воды станет невозможным. Океаны выкипят, и пар не задержится в атмосфере. Ледники растают, а снег останется лишь мифом давно забытых времен. Все условия для жизни на планете будут уничтожены безжалостным солнечным излучением. Наша голубая планета окончательно превратится в раскаленную высушенную Венеру.
Смерть звезды
Туманность Эскимос как наглядная картинка вероятной смерти нашего Солнца
Ничто не вечно. Это правило справедливо для всего: для нас, для нашего дома – Земли и для Солнца. Хоть конец Солнечной системы и не произойдет завтра и не выпадет на век кого-либо из живущих сегодня, когда-нибудь в далеком будущем звезда израсходует все топливо и отправится в последний путь, к забвению. Как же закончится развитие Солнца?
Примерно через 6 миллиардов лет Солнце израсходует все запасы водорода в ядре. После этого инертный гелий, накопившейся в ядре звезды, станет нестабильным и начнет коллапсировать под собственным весом. Вследствие этого ядро начнет нагреваться и уплотняться. Солнце начнет увеличивать свои размеры, пока не перейдет в стадию красного гиганта. Растущая звезда поглотит Меркурий, Венеру и, наверное, даже Землю. Но даже в случае, если наша планета уцелеет, жар от раскаленной звезды нагреет ее поверхность и превратит в настоящий ад для любой известной органической жизни.
Когда Солнце окончательно сгорит?
Последовательность ядерного синтеза внутри звезд
Смерть любой звезды, находящейся в стадии красного гиганта, не за горами. У Солнца будет еще достаточно температуры и давления, чтобы начать следующий этап ядерного синтеза: из гелия, который в этот раз будет топливом, синтезируется углерод. Этот этап займет около ста миллионов лет – до того момента, когда выгорит весь гелий. В конце оболочка станет нестабильной, и звезда начнет усиленно пульсировать. За весьма короткий промежуток времени эти пульсации выбросят в открытый космос большую часть атмосферы Солнца.
Когда от атмосферы недавнего гиганта ничего не останется, вместо большой и яркой звезды в пространстве повиснет белый карлик – небольшое, размером с Землю, светило из чистого карбона, по массе равное звезде. Алмаз размером с нашу планету будет еще долго светиться тепловым излучением, но этого недостаточно для ядерного синтеза. Со временем он остынет до температуры окружающей среды – пары градусов выше абсолютного нуля.
Так закончится жизнь нашего Солнца – одиноким алмазным постаментом.
Взорвется ли Солнце?
Крабовидная туманность — яркий пример остатка сверхновой
Нет ни одного реалистичного сценария, по которому Солнце бы взорвалось. Хоть нам она и кажется огромной, наша звезда невелика относительно невообразимо больших звезд, которыми полна Вселенная. Даже когда Солнце сжигает весь гидроген, она сначала растет, а потом уменьшается до размера небольшой планеты, медленно остывая триллионы лет.
Для того чтобы звезда взорвалась, ее масса должна значительно превышать массу Солнца. Если бы наша звезда была бы в десяток раз больше, тогда можно было бы говорить о взрыве. Сверхмассивные звезды после расходования водорода и гелия продолжают синтез более тяжелых элементов – вплоть до железа, синтез которого не сопровождается выделением энергии. Тогда внутреннее давление звезды, удерживавшее ее от воздействия гравитационных сил, исчезает, и звезда взрывается, выбрасывая в космос огромное количество энергии.
После взрыва от таких звезд остаются нейтронные звезды, которые быстро вращаются вокруг своей оси, или даже черные дыры.
Помните, масса Солнца слишком мала, чтобы когда-либо взорваться. И этого не произойдет, так что переживать не стоит.
Источник