Будущее солнца
Солнце, обретя после бурной юности относительную стабильность, получает энергию в результате ядерного синтеза. Ежесекундно примерно 700 млн тонн атомов водорода сливаются в топке солнечного ядра, чтобы стать ядрами более тяжелого элемента – гелия. В этом процессе около 4 млн тонн вещества преобразуется в энергию.
К счастью, Солнце настолько огромно, что это – лишь мельчайшая крупица его общего энергетического запаса. Хотя за миллиарды лет этот запас медленно, но необратимо расходуется. По самым точным прогнозам, Солнце стабильно сияет приблизительно 5 млрд лет и, вероятно, ему хватит водорода, чтобы так же светить еще 5 млрд лет.
Однажды ресурс израсходуется, и начнется неизбежный процесс трансформации, который со временем приведет Солнце к гибели.
РОСТ ДО ГИГАНТА
На первой стадии этого процесса яркость Солнца неожиданно вырастет в тысячу раз в результате поисков дополнительных ресурсов питания. Начнет снижаться давление, поддерживаемое реакциями синтеза в ядре, и верхние слои Солнца опадут внутрь под действием собственной силы тяжести, сжимаясь и нагревая зону вокруг ядра до температур и давления, достаточно высоких, чтобы запустить горение водорода в оболочке.
С прекращением горения водорода в ядре центр Солнца начнет разрушаться под собственным весом, а поддерживать солнечное сияние будет оболочка сгорания водорода. Сжимающееся ядро станет значительно горячее, что повысит температуру и скорость реакций в оболочке сгорания водорода. В результате этого Солнце станет ярче. В то же время повышение давления от потока излучения звезды на ее внешние слои будет способствовать тому, что слои, лежащие выше оболочки сгорания водорода, будут раздуваться.
За миллиарды лет диаметр Солнца увеличится в 250 раз, поглотив орбиты Меркурия, Венеры и, вероятно, Земли. Несмотря на повышение яркости, увеличение площади поверхности приведет к тому, что количество энергии, излучаемой каждым квадратным метром, уменьшится. В результате температура поверхности Солнца упадет до 3000 °С, а его цвет из желтого станет красным. Так наша звезда превратится в красного гиганта.
Даже если внешние слои Солнца расширятся, его выгоревшее ядро с гелием, синтезированным из водорода, будет продолжать сжиматься, становясь плотнее и горячее. Со временем условия станут такими экстремальными (температура – примерно 100 млн °С), что ядра гелия начнут сливаться, образуя более тяжелые ядра, такие как углерод и кислород.
При гелиевой вспышке реакции синтеза стремительно распространятся по ядру, воспламеняя сердце Солнца. Повышение давления и излучения от центра приведут к тому, что оболочка сгорания водорода станет менее плотной, а количество ядерных реакций снизится настолько, что, несмотря на два источника питания, Солнце станет менее ярким. Его диаметр также уменьшится, а температура на поверхности возрастет. Но горение гелия даст Солнцу лишь короткую передышку на пути к гибели. После сравнительно короткого периода (несколько десятков миллионов лет) ядро исчерпает и этот источник питания, и превращение в красного гиганта возобновится, так как выгоревший гелий также поднимется в оболочку вокруг ядра.
На этот раз отсрочки не будет. Внешние слои Солнца будут расширяться и охлаждаться по мере сжатия ядра, но условия в ядре никогда не достигнут тех параметров, которые необходимы для горения тяжелых элементов, таких как углерод. Так как оболочки горения водорода и гелия начнут опадать внутрь Солнца, вся звезда станет нестабильной, то увеличиваясь, то уменьшаясь в размерах и меняя яркость, поскольку в ней будут противостоять друг другу процессы расширения и сжатия.
Со временем периодические импульсы расширения во внешних слоях Солнца станут настолько сильными, что раздувшаяся звезда начнет сбрасывать свои внешние слои мерцающего газа со скоростью, достаточно высокой для преодоления ими ее гравитации. Из них сформируется прекрасная, но недолговечная планетарная туманность, называемая так из-за того, что на большом расстоянии она по форме будут напоминать планету.
По космической временной шкале планетарные туманности недолговечны. Срок их жизни – всего несколько тысяч лет, так как они сбрасывают большую часть полученного от звезды газа в межзвездное пространство, где он становится материалом для будущих звезд. Этот газ еще долго будет горячим и сияющим, поскольку он будет ионизироваться излучениями из горячей центральной части Солнца, теперь напрямую попадающими в космос. Хотя реакции в его ядре прекратились, оно все еще очень горячее и способно излучать агрессивный ультрафиолет.
ПОСЛЕДНИЙ АККОРД БЕЛОГО КАРЛИКА
Формирование планетарной туманности – необратимый процесс. Если Солнце сбросит свою оболочку, все последующие реакции будут неизбежны, пока не останется только раскаленное ядро. Оно, сжатое собственной силой тяжести в шар размером с Землю, к этому моменту станет белым карликом – выгоревшей звездой, содержащей один из наиболее плотных известных материалов. Ложка этого материала, состоящего из ядер углерода и кислорода, будет весить примерно как слон.
Этап белого карлика означает конец существования звезды солнечного типа. Ее ждет медленное охлаждение в течение многих миллионов лет. Со временем температура ядра упадет до уровня, при котором оно не будет даже сиять. Белый карлик станет черным карликом, забытым звездным остатком, мимо которого будут проноситься обугленные холодные остатки бывшей Солнечной системы.
Источник
Что случится с Солнцем в будущем?
Череда невероятных совпадений привела к тому, что где-то в бесконечном космическом океане, в ничем не примечательной галактике возле самой обычной звезды зародилась жизнь. Это немного странно, но именно энергия Солнца позволила мне написать эту статью, а вам – прочитать ее. Солнце – символ самой жизни. Неудивительно, что наши предки поклонялись ему, наделяя звезду божественной силой. Но если жизнь на Земле когда-нибудь исчезнет, что произойдет с Солнцем? Современная наука и технологии позволили нам не только заглянуть в прошлое Вселенной, но и предсказать будущие события. Из этой статьи вы узнаете, поглотит ли Солнце Венеру, Меркурий и Землю.
Наше Солнца – самая обычна звезда по галактическим меркам
Жизнь и смерть Солнца
Начнем с того, что Солнце – это обычная звезда. Она озаряет Солнечную систему светом и теплом, устанавливая суточные циклы сна и бодрствования у всех живых организмов на нашей планете. Но Солнце не всегда будет таким. Наступит время, когда наша родная звезда погибнет, а вся Солнечная система превратится в очень неприятное место. Важно понимать, что все физические процессы протекающие на Солнце, в значительной степени определяют физику планет (по крайней мере ближайших к звезде).
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 150 миллионов километров. Свет преодолевает это расстояние за 8 минут. Для сравнения – следующая ближайшая к нам звезда Проксима Центавра находится от нас на расстоянии 4 световых лет.
Астрономы классифицируют Солнце как молодую звезду с высоким содержанием металлов. Это значит, что Солнце образовалось из останков более древних звезд. Текущий возраст нашего светила исследователи оценивают приблизительно в 4,6 миллиардов лет, а значит, звезда прожила примерно половину своей жизни, так как ее взросление – фаза главной последовательности – длится 10 миллиардов лет. После завершения этого срока наступит следующий этап ее эволюции. По мере того, как Солнце расходует запасы своего водородного топлива, оно становится все горячее, а его светимость увеличивается. К тому моменту, когда Солнце отметит свой 5,6 миллиардный день рождения, оно будет в 11 раз ярче, чем сегодня.
Ничто во Вселенной не вечно, тем более звезды
Исследователи полагают, что уже к этому моменту на нашей планете либо произойдет кардинальное изменение жизни, либо она и вовсе исчезнет. Вообще, некоторые ученые считают, что человеческая цивилизация погибнет задолго до того, как Солнце превратится в красного гиганта. Подробнее об этом я рассказывала в предыдущей статье.
Красный гигант
Красные гиганты – это звезды, в ядрах которых горение водорода прекратилось. По этой причине в ядре больше не выделяется энергия и оно начинает быстро сжиматься и нагреваться под действием сил гравитации. Так как во время сжатия температура ядра поднимается, то оно поджигает водород в окружающем ядро тонком слое.
Превращение желтого карлика в красного гиганта является одним из самых необычных превращений, известных современной науке: гелиевое ядро Солнца, размером с гигантскую планету, сжимается и нагревается. В ответ на это Солнце станет шире в 100 раз. Разросшееся светило поглотит Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю. Астрономы, наблюдающие из другой Солнечной системы, классифицировали бы эту раздутую версию нашего Солнца как красного гиганта.
Еще больше интересных статей о нашей галактике, Солнечной системе и Вселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.
Необходимо отметить, что с превращением Солнца в красный гигант неизбежно произойдут новые виды термоядерных реакций, в результате которых ядро звезды еще больше сожмется и нагреется. Когда температура ядра достигнет 100 миллионов градусов по Цельсию, гелий воспламенится и начнет плавиться в углерод и кислород. Это приведет к тому, что Солнце будет несколько уменьшаться, но через некоторое время – и в течение следующих 100 миллионов лет – оно снова начнет расширяться. На последней фазе жизни произойдет циклический, мягкий выброс газа – астрономы называют это планетарной туманностью.
Вот какую красоту оставляют после себя красные гиганты
Еще три с половиной миллиарда лет спустя яркость Солнца возрастет на 40%. К этому времени, как полагают исследователи, наша планета превратится в нечто, напоминающее современную Венеру: вода с поверхности Земли полностью исчезнет, что приведет к окончательной гибели всех наземных организмов (при условии, что они смогли адаптироваться к изменившимся условиям миллиарды лет назад). Спустя еще 6,4 миллиардов лет, Солнце начнет относительно быстро расширяться, сохраняя постоянную светимость. В итоге через 7 миллиардов лет от настоящего времени наша родная звезда превратится в субгиганта – звезду, в ядре которой закончилось все водородное топливо.
Сегодня около 10 миллиардов красных гигантов пылают в галактике Млечный Путь. Среди всех этих старых звезд, возможно, некоторые породили новую жизнь в далеких мирах, наподобие Европы и Энцелада. Как думаете, могут ли формы жизни развиваться на планетах во время разных этапов звездной эволюции? Поделитесь ответом в комментариях к этой статье и присоединяйтесь к участникам нашего Telegram чата, где мы общаемся обо всем на свете.
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