Ничто не вечно: сколько осталось светить Солнцу, и что станет без него с Землей
Солнце — мы так к нему привыкли, что воспринимаем как нечто само собой разумеющееся. Светило оно нам много тысяч лет, светит и будет еще светить, правда? Но если задуматься и вспомнить, сколько происходило в мире за все то время, пока светит солнце, как многое появлялось и исчезало, то понимаешь, что планеты и звезды не вечны. Увы, ни Солнце, ни наша Земля не будут существовать до конца времен. Тогда возникают вопросы: а сколько оно еще будет светить? Что станет с нашей планетой, когда исчезнет Солнце? Сейчас мы расскажем.
Сколько лет Солнцу
Начнем с возраста небесного светила. По подсчетам ученых, главной звезде Солнечной системы сейчас около 4,5 миллиардов лет. Это достаточно молодой возраст, если учитывать долгую «жизнь» некоторых астрономических объектов. Сейчас Солнце пребывает в неизменной форме. И в таком стабильном состоянии оно останется на еще несколько миллионов или миллиардов лет. Но земляне, вероятно, не увидят, как оно начнет стареть.
Как вычислили возраст Солнца
Для определения возраста небесного светила был выбран радиоактивный метод датирования. Для этого сравнили возраст родительского элемента и его «дочерних» продуктов распада. Сопоставление полученных цифр дало постоянную величину. Найденную константу использовали для определения возраста изучаемого астрономического объекта.
Сейчас возраст Солнца насчитывает около 4,5 миллиардов лет
Многие небесные тела сформировались примерно в одно и то же время, поэтому для определения возраста некоторых астрономических объектов ученые берут лунную породу, чтобы вычислить процентное содержание элемента и его производных. В случае с Солнцем в качестве образцов также был взят лунный камень.
Сколько Солнцу светить, и как оно угаснет
Главная звезда просуществует еще около 5-10 миллиардов лет. Но земляне не увидят, как угаснет небесное светило.
Жизненный цикл звезд таков: они рождаются, затем становятся протозвездами — это начальная стадия их эволюции и заключительный этап формирования перед возникновением термоядерного синтеза. На этом этапе они становятся полноценными звездами. Такой сейчас является Солнце. Оно будет в этой фазе развития, пока не превратится в красного гиганта. Расскажем, как это произойдет.
Термоядерный синтез — это внутризвездная химическая реакция между водородом и гелием. Ученые предполагают, что в ядре звезды под влиянием нескольких факторов водород, который занимает порядка 90% объема звезды, преобразуется в гелий и другие элементы. Пока есть водород, реакция идет, а солнце продолжает светить и греть. Если первоначальный элемент закончится, то и синтеза больше не будет. В итоге оболочка звезды будет постепенно остывать и расширяться. В этот момент Солнце станет так называемым красным гигантом. Такими сейчас, к слову, считают Арктур и Альдебаран.
Затем с красного гиганта сбрасываются внешние слои (на это уходит несколько миллионов лет), вокруг него формируется планетарная туманность. А бывшее ядро звезды при этом делается белым карликом, который состоит из кислорода и углерода. Остыв окончательно, белый карлик должен превратиться в черного, но на это уйдет не один миллиард лет.
Так окончит свой жизненный цикл звезда по имени Солнце.
А что же будет с Землей без Солнца
Мы уже дважды по ходу статьи обмолвились, что население планеты Земля не увидит солнечного угасания. И вот почему.
Планеты не станет раньше.
Солнце и Земля
Вернемся к процессу горения водорода в ядре главной звезды. По мере его сжигания увеличивается скорость слияния химических элементов, что приведет к тому, что Солнце начинается ярче сиять. Где-то через миллиард лет оно будет процентов на 10 ярче того, что есть сейчас.
Наша планета при этом будет поглощать энергию в еще большем количестве. Это приведет к сильному парниковому эффекту, так что Земля станет разгоряченной. Такие температуры многие виды жизни не выдержат. Потом начнут «кипеть» океаны, от ледяных «шапок» ничего не останется, и весь этот испаряемый пар улетучится в космос. Наша планета станет похожа на Венеру — сухую и жаркую.
К тому же, как предсказывают ученые, с превращением Солнца в красный гигант орбита человеческой планеты также изменится. А с её расширением Земля станет непригодной для жизни.
Да, всё это звучит это грустно и у некоторых вызывает неприятный холодок по спине. Но пока рано грустить. На этот «апокалипсис» уйдет еще много миллиардов лет. А пока надо радоваться жизни и тому, что у нас есть Солнце, беречь свою любимую и не вечную планету.
А в продолжение нашей темы о Солнце мы предлагаем вашему вниманию следующую статью «Почему в космосе холодно, если солнце такое горячее».
Источник
Сколько еще просветит Солнце?
Солнце – единственная звезда нашей солнечной системы, а также центр и основа всего мироздания. Ни для кого не секрет, что без тепла и света жизнь на Земле была бы невозможной. Именно поэтому , еще с древних времен люди пытались найти ответ на вопрос, сколько же еще будет светить Солнце и перестанет ли оно светить вообще? Сегодня мы расскажем Вам о свойствах нашего светила и попробуем разобраться, сколько же ему осталось.
Солнце в цифрах
Диаметр: 1,390,000км
Объем: 1.4 x 10 27 м 3
Температура: 5500°C
Масса: 1.989 х 10 27 тонн или почти 2 триллиона квадриллионов тонн (двойка с 27 нулями)[1]
Объем и масса Солнца
Солнце – самый большой объект нашей солнечной системы. Причем настолько большой, что его масса в 333,000 раз больше массы Земли, в 1048 раз больше массы Юпитера, и в 3498 раз больше массы Сатурна. Более того, если сложить массу всех объектов в нашей солнечной системе, доля Солнца будет составлять 99.8%.
Объем Солнца составляет 1.4 x 10 27 м 3 . Это значит, что оно примерно в 1.3 млн раз больше чем Земля.[2] Несмотря на это, по сравнению с другими звездами, Солнце отнюдь не впечатляет размерами. Например, Бетельгейзе, одна из крупнейших среди известных астрономам звёзд, в 700 раз больше Солнца и почти в 14,000 раз ярче.
Температура на поверхности Солнца
Температура на поверхности Солнца составляет 5500-6000°C. Несмотря на это, на Солнце также есть и темные области (Солнечные пятна), температура которых равна примерно 3500°C. По предположениям ученых, энергия и тепло Солнца образуются благодаря термоядерной реакции в его ядре, и температура там составляет примерно 15 000 000 °C.[3]
Химический состав Солнца и источник его энергии
По химическому составу Солнце в основном состоит из водорода (≈73 % от массы) и гелия (≈25 %). Это соотношение постоянно меняется, так как каждую секунду Солнце превращает 600 млн тонн водорода в 596 млн тонн гелия. Оставшиеся 4 млн тонн вещества превращаются в лучистую энергию, в результате чего и генерируется солнечное излучение. Заметьте, что все это происходит за 1 секунду и за это время Солнце выделяет в 1 млн раз больше энергии, чем расходует все человечество за год.[4]
Возраст Солнца
Считается, что Солнце сформировалось примерно 4,59 млрд лет назад и за это время сожгло примерно половину своих запасов водорода. Средняя продолжительность жизни такого типа звезд составляет примерно 10 млрд лет. Таким образом, сейчас Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла и будет светить еще как минимум 5 млрд лет. С другой стороны, это свечение будет значительно отличаться от сегодняшнего. По мере того, как Солнце будет постепенно расходовать запасы своего водородного горючего, оно будет становиться всё горячее, а его светимость будет медленно, но неуклонно увеличиваться.
Через примерно 1,1 млрд лет от настоящего времени, наше дневное светило будет ярче на 11 %, чем сейчас. Это приведет к существенным климатическим изменениям на Земле и вымиранию большинству живых существ. Несмотря на это, жизнь может остаться в океанах и полярных областях. Интересно, что в этот момент, самой благоприятной для жизни планетой станет Марс.[5]
Еще через 3,5 млрд лет , когда светилу «стукнет» 8 млрд лет, его яркость возрастёт на 40 %. К тому времени условия на Земле будут подобны условиям на Венере сегодня: вода с поверхности планеты полностью исчезнет и улетучится в космос. Эта катастрофа приведёт к окончательному уничтожению всех форм жизни на Земле.
Все это время Солнце будет увеличиваться в размерах. Приблизительно ч ерез 7,6-7,8 миллиардов лет , к возрасту 12,2 млрд лет, радиус светила будет примерно в 256 раз больше современного. Такие звезды называют красными гигантами. К тому времени, Солнце расширится настолько, что поглотит Землю.
После того как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, 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, размером с Землю, который будет остывать и угасать в течение многих миллиардов лет.[6][7]
Источник
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