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
Топ-10: Что произойдет, когда умрет Солнце
Всем известно, что в какой-то момент Солнце должно умереть. Срок жизни этой звезды составляет 10 миллиардов лет, и 5 миллиардов уже позади. Этот факт поднимает важный для нас вопрос: «Что именно произойдет, когда Солнце выгорит до предела?». С течением времени на Солнце происходит постепенное замещение водорода, из которого состоит светило, в гелий в результате так называемого протон-протонного цикла. Солнце умрет, когда израсходуется весь водород. К счастью для нас, произойдет это не скоро.
10. Парниковый эффект станет очень выраженным
Одним из первых последствий того, что солнце израсходует весь водород, станет усиление яркости светила. Чем ярче станет Солнце, тем больше тепла получит Земля. Газы, находящиеся в атмосфере Земли, такие как углекислый газ, метан и закись азота, выполняют роль одеяла и удерживают поступающее от Солнца тепло, что позволяет сохранить жизнь на Земле. Когда Солнце станет посылать больше тепла, эти газы станут удерживать его больше. Земля сильно прогреется, а вода на ее поверхности начнет испаряться, что создаст плотное облако в атмосфере.
Какое-то время оно будет создавать защиту от солнечной радиации. Однако с течением времени станет слишком жарко, и океаны закипят. С этого момента жизнь на Земле станет невозможной. Если мы не умрем до этого момента, то, конечно же, погибнем от недостатка воды и высоких температур.
9. Солнце расширится
Фото: Джеймс Гитлин (James Gitlin)/STScI AVL
Солнце не только станет намного ярче, оно еще и существенно увеличится в размерах. Как только оно израсходует все свое топливо, то перейдет к следующей фазе своего жизненного цикла – фазе красного гиганта. Несмотря на увеличенные размеры, температура красного гиганта ниже, всего 2000 °С-3000 °С. Может показаться, что это достаточно горячо, но в сравнении с обычными температурными показателями на солнечной поверхности, которые составляют от 5000 °С до 9000 °С, это, определенно, холоднее.
Несмотря на то, что такая смерть ожидает Солнце, это относится не ко всем звездам. Звезды меньшего размера, известные как «красные карлики», настолько маломощны, что просто гаснут, когда израсходуют все свое топливо (хотя происходит это намного дольше, чем на других звездах). С другой стороны, белые и голубые гиганты настолько велики, что тяжелые элементы на них будут плавиться до тех пор, пока не превратятся в твердое ядро. После этого они станут сверхновыми.
8. …и тогда оно сожмется
Со временем Солнце будет продолжать меняться. Когда оно использует весь гелий, то не сможет сделать это с углеродом, и, наконец, сожмется до размеров белого карлика. Его размеры намного меньше исходных размеров Солнца.
У белых карликов намного меньше энергии, но они долговечнее. Эти звезды продолжают светить миллионы и миллионы лет, пока в какой-то момент в далеком будущем не превратятся в мертвых черных карликов. Невозможно точно сказать, сколько времени займет этот процесс, поскольку астрономы полагают, что наша вселенная еще недостаточно стара, чтобы в ней образовались черные карлики.
7. Орбита Земли изменится
Очевидно, что, когда Солнце умрет, на Земле не будет жизни, но это не означает, что планета не будет двигаться. Когда Солнце достигнет фазы красного гиганта, оно увеличится в размерах на три четверти расстояния до Земли.
Вы думаете наша планета будет сожжена дотла? Совсем наоборот. По мере приближения Солнца к Земле гравитационное тяготение на Земле и других близлежащих планетах, в действительности, ослабнет. Это ослабление позволит планетам занять дальние от слишком яркой звезды и безопасные орбиты (исключая Меркурий и Венеру, которые будут уничтожены). Но, поскольку все формы жизни на Земле к тому моменту будут уже уничтожены, такое запоздалое бегство на безопасную орбиту бессмысленно.
6. Жизнь может возникнуть в других местах
Фото: НАСА (NASA)/JPL-Caltech
Хотя к тому моменту, как Солнце станет красным гигантом, жизнь на Земле исчезнет, это не означает, что она не может возникнуть в других местах. Юпитер и Сатурн – большие планеты со множеством спутников, которые могут быть пригодными для жизни.
Европа и Ганимед – два спутника, на которых сегодня обнаружен лед. Это может звучать не слишком реалистично (океан на Европе расположен под поверхностью планеты), но, если Солнце увеличится в размерах, оно будет достаточно близко, чтобы растопить лед, и на планете создадутся условия, пригодные для похожих форм жизни.
5. Наша галактика и галактика Андромеды объединятся
Фото: НАСА (NASA)
Хотя это небесное явление не будет вызвано смертью Солнца, оно будет плотно с ним связано. Первая встреча наших двух галактик произойдет во время предсмертной солнечной агонии. Млечный Путь и Андромеда быстро движутся на встречу друг другу со скоростью 402 000 км/час и столкновение неизбежно. Страшно подумать о том, что два массивных космических тела врежутся друг в друга, но на самом деле, с нашей галактикой, включая Солнце, все будет в порядке.
Вплоть до того момента, пока Солнце не завершит свой жизненный цикл. Тогда негативные изменения в новой галактике усилятся. К счастью, если кому-то удастся каким-то образом дожить до этого момента, он станет свидетелем уникального светового шоу, когда газы и звезды двух галактик столкнутся.
4. Планеты, расположенные на окраине Солнечной системы, наконец-то почувствуют тепло
Фото: НАСА (NASA)/ Университетская Лаборатория Прикладной Физики Джона Хопкинса (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)/ Юго-восточный Исследовательский Институт (Southwest Research Institute)
Как уже говорилось, когда Солнце начнет умирать, оно станет намного больше и ярче. Это приведет к тому, что близлежащие планеты превратятся в выжженные пустыни, но что насчет тех планет и планет-карликов, которые расположены далеко от Солнца? Возьмем, к примеру, Плутон.
Сейчас температура на нем колеблется в пределах -233 °С — -223 °С. Это холодно.
Однако, когда край Солнца приблизится к планете, он сможет нагреть Плутон и другие внешние небесные тела. Хотя возникновение жизни на них маловероятно, поскольку отсутствуют другие необходимые условия, они останутся теплым напоминанием о том, что собой представляла Солнечная система.
Ситуация изменится, когда Солнце перейдет в фазу белого карлика, но по крайней мере, внешние планеты смогут получать тепло до того момента, когда Солнце умрет навсегда.
3. Жизнь человека на Земле будет абсолютно невозможна
Жизнь может возникнуть в другом месте, но это совершенно точно не произойдет на Земле. К сожалению, после смерти Солнца, все, над чем мы работали, будет уничтожено. Поверхность Земли будет слишком горячей для того, чтобы здесь существовала жизнь. Даже если мы каким-то образом сумеем разработать технологии, защищающие от зноя, маловероятно, чтобы можно было выращивать еду, или найти воду для питья. Все, что необходимо для выживания, исчезнет.
Как это ни странно, но в тот момент все это не будет иметь значения. Интернет будет мертв вместе с нашими воспоминаниями о жизни на Земле. Вот почему остается только надежда на то, что где-нибудь жизнь начнется снова. Однако маловероятно, что она будет выглядеть так же, как человеческая раса. И, даже если у них будут общие с нами черты, потребуются миллионы лет, прежде чем они эволюционируют до нашего сегодняшнего уровня.
2. Астероиды исчезнут из Солнечной системы
Мы привыкли к идее, что астероиды кишат в нашей Солнечной системе. Но, вероятно, они столкнутся с некоторыми сложностями в будущем, когда Солнце окончательно перейдет в фазу белого карлика. В этот момент Юпитер и другие внешние планеты изменят свои орбиты в результате изменений на Солнце. Из-за своей большой массы Юпитер будет играть роль своего рода тяжеловеса. Его сила гравитации огромна. Это нарушит орбиты движения астероидов и выкинет их из нашей системы. Их может также подтолкнуть к белому карлику или измельчить в пыль.
Ученые могут делать такие прогнозы, изучая современных белых карликов. Проводится множество исследований, чтобы понять, что произойдет, когда Солнце достигнет этой фазы. Было замечено, что вокруг белых карликов находится много пыли. Это доказывает, что должны были существовать каменные тела, которые вращались вокруг звезды. Эти тела должны были превратиться в пыль, которую сегодня наблюдают ученые.
1. Люди найдут другой способ выжить
Трудно сказать, какие технологии ожидают нас в будущем, но интересно представить наши потенциальные возможности. Мы уже приближаемся к тому, чтобы увидеть робо-машины и другие футуристические устройства. Все мы знаем, что в какой-то момент до исчезновения человечества, будет изобретен способ путешествия на далекие планеты. Мы знаем места, которые могут быть пригодными для жизни, и могли бы попробовать добраться до них в случае необходимости. Вполне возможно, что к тому моменту, как Солнце начнет умирать, наша раса выйдет далеко за границы нашей Солнечной системы.
Из новостей мы знаем, что НАСА работает над проектом высадки экспедиции на Марс. Многие другие компании заявляют, что будут первыми отправившими колонистов на Красную планету. Если бы эта миссия умела успех, это стало бы революцией для будущего человечества. Цель состоит в том, чтобы отправить людей на Марс в 2030 году, что совсем уже скоро. Конечно, покорение Марса совсем небольшой подвиг по сравнению с покорением новой галактики. Но как сказал Нил Армстронг (Neil Armstrong): «Это лишь маленький шаг для человека, но огромный скачок для всего человечества».
Остается надеяться, что нам удастся избежать любых катастрофических событий до тех пор, пока удастся обнаружить подходящую вселенную. Большая часть того, что находится за пределами, все еще неизвестна – наши телескопы не могут видеть так далеко. Мы не знаем настоящих масштабов вселенной, как не знаем и наших собственных возможностей. Несмотря на то, что конец Солнца может представляться нам концом жизни в том виде, в котором мы ее знаем, это может быть не так. Все что мы знаем, это то, что наш разум может увести нас гораздо дальше во вселенную, чем мы можем себе представить.
Источник