Как умирает солнце при конце света

ГИПОТЕЗЫ, ФАКТЫ, РАССУЖДЕНИЯ

Часто ли Вы, уважаемый читатель, смотрите на небо? Не заставляет ли Вас повседневная жизненная суета не замечать тот величественный и прекрасный мир, который окружает нас и нашу родную Землю? Красота и грандиозность мироздания просто потрясает воображение.

Тайны Вселенной, хотя и медленно, но постепенно открываются современной наукой. В любой науке без предположений и гипотез не обойтись. Что же тогда говорить о таких науках, как астрономия и астрофизика! Поговорим сегодня о гипотезах, связанных с так называемым концом света. Конечно, в нашем человеческом понимании под концом света имеется в виду гибель человеческой цивилизации, гибель Земли как обители живых существ и как космического объекта.

Гибели света, если под этим понимать Вселенную, вероятно, не будет никогда. Наука установила, что локальные катаклизмы во Вселенной происходят непрерывно и постоянно. Речь идет о гибели звёзд с их планетными системами и даже целых галактик. Но вместо погасших, погибших звёзд вспыхивают новые… Материю нельзя уничтожить, она из одного вида переходит в другой. Но от этих общих и, наверное, правильных рассуждений нам, людям Земли, необходимо перейти к рассуждениям о неминуемой гибели Солнца , а значит, и Земли.

По современным представлениям, продолжительность «жизни» таких звёзд, как наше Солнце, составляет 10-12 миллиардов лет. Считается, что половину этого срока Солнце уже «отработало», а значит, половина водородного топлива уже сожжена в его недрах. Как видим, правильно говорится, что всё на свете когда-то кончается. Если говорить серьёзно о конце света, т.е. о конце жизни на Земле, то это может случиться значительно раньше того момента, когда окончательно погаснет наше Солнце или (на стадии гибели) оно увеличит свои размеры настолько, что орбита Земли станет меньше, чем диаметр Солнца со всеми вытекающими отсюда последствиями. Причин для этого более чем достаточно. Итак, сегодня мы познакомимся с гипотезами о том, как будет погибать наше Солнце.

Современная наука считает, что Солнце может существовать ещё 5-6 миллиардов лет, причём в течение сотен миллионов лет останется стабильным, каким оно выглядит в настоящее время. Но изменения, конечно, будут происходить и постепенно влиять на Землю и человечество. Предположения о том, какие именно изменения произойдут с нашим Солнцем и чем они могут закончиться, сделаны учеными по результатам наблюдений за подобными звёздами, проходящими различные стадии своего развития. Некоторые гипотезы рождены в последнее время в результате компьютерного моделирования многочисленных вариантов возможного поведения нашего Солнца на том этапе, когда оно постепенно исчерпает запасы своего ядерного топлива.

Наблюдения за звездой, обозначенной астрономами как объект NEG 7027, показали, что она находится на заключительной стадии своего существования. Не все процессы, происходящие на этой «умирающей, агонизирующей» звезде, можно с уверенностью объяснить. Но то, что наблюдается, выглядит следующим образом. Звезда начала пульсировать, в результате чего внешние слои атмосферы звезды рассеиваются и создают вокруг неё оболочку, распространяющуюся на миллионы километров. Если такое будет происходить с нашим Солнцем, то граница его газовой оболочки пройдёт намного дальше Плутона (!). Масса звезды в этот период быстро уменьшается. Газ в оболочке звезды состоит в основном из молекул водорода и угарного газа. Присутствуют также и сложные углеводородные молекулы.

Параллельно с формированием наружной оболочки идут процессы и в центральной части звезды: температура поверхности поднимается выше 200000°С, а из ядра звезды идёт радиация огромной мощности, включая ультрафиолетовое излучение, которое ионизирует атомы оболочки и разрушает её молекулы. Эта фаза существования звезды очень коротка, возможно всего около 1000 лет, т.е. просто одно мгновение по галактическим меркам, после чего звезда исчезнет, превратившись в газовое облако. Звезда NEG 7027 , наблюдаемая в настоящее время, по-видимому, находится как раз в середине этой фазы окончательной гибели. Вероятно, по такой же схеме пойдут в дальнейшем и процессы на нашем Солнце.

Астрофизики считают, что через 1,1 млрд. лет температура поверхности Солнца и его яркость увеличатся более чем на 10%. Это может вызвать повышение концентрации водяного пара в атмосфере Земли , к возникновению такого стремительного парникового эффекта, к которому человечество и животный мир просто не успеют и не смогут приспособиться. Наша планета при таком развитии событий станет очень похожей на Венеру.

Поскольку при старении Солнца возрастает интенсивность ультрафиолетового излучения, это приведёт к увеличению содержания озона в земной атмосфере. Известно, чем это может грозить человечеству и животному миру.

Усиление яркости Солнца приведёт к таянию льдов в полярных районах Земли и повышению уровня Мирового океана , а увеличение испарения воды вызовет ускорение круговорота воды. Усилятся ветры, возрастёт эрозия почвы. Расчёты учёных показывают, что вследствие указанных процессов содержание углекислого газа в атмосфере Земли снизится через 900 млн. лет настолько, что растительный мир может погибнуть или дегенерировать в такой степени, что будет мало пригодным для питания человека и животных, а это уже создаст, возможно, непреодолимые трудности для земной цивилизации. Пройдёт ещё несколько миллиардов лет, и ультрафиолетовое излучение постепенно разрушит стратосферу и испарит океаны. Земля превратится в голую безмолвную пустыню, а над нею всё так же будет светить Солнце, раскаляя безжизненную поверхность, на которой когда-то процветала жизнь, рожденная этим же Солнцем.

Что же дальше будет происходить с Солнцем? Известно, что источником энергии звезды являются процессы термоядерного синтеза, проходящего в ядре звезды. Когда заканчивается водородное топливо, ядро сильно сжимается. Согласно теории, после сжатия ядра у звёзд солнечного типа происходит расширение внешних слоев в две стадии. Первая стадия происходит тогда, когда ядро сжимается и температура его становится более высокой, чем в стабильный период. Повышение температуры ядра обеспечивает синтез гелия, и при этом восстанавливается стабильность на некоторое время. Звёздное ядро становится менее сжатым, а внешние слои становятся менее широкими.

Запасы гелиевого топлива быстро расходуются звездой, и после их полного израсходования ядро снова сжимается, а внешние слои повторно расширяются. Звезда становится супергигантом со светимостью значительно более высокой, чем у исходной звезды.

Одна из гипотез предполагает способность Земли путем саморегуляции поддерживать параметры среды на своей поверхности достаточно длительный срок и в условиях повышенной яркости Солнца. Но при ближайшем рассмотрении эта гипотеза вряд ли окажется состоятельной. В самом деле, какими свойствами нужно обладать живой материи, чтобы существовать в условиях, когда светимость Солнца будет в несколько тысяч раз больше, чем в наше время? А именно такой максимум светимости предполагается у Солнца примерно через 7,5 миллиардов лет. Расчеты астрофизиков показывают, что на последних стадиях развития Солнце в большом количестве потеряет свою массу и его радиус возрастет до 168 млн. км., что намного превышает расстояние 150 млн. км., на котором находится орбита Земли в настоящее время. Орбиты планет Меркурий, Венера и Земля в этих условиях изменятся, и планеты, двигаясь по спирали, упадут на Солнце и будут уничтожены. Произойдет это, как уже было сказано, через 7,5 миллиарда лет.

В порядке утешения, некоторые учёные сообщают, что новые расчёты показывают, что с Землёй это случится примерно на 200 млн. лет позже, чем с Меркурием и Венерой. Но в конце концов поверхность Земли нагреется до такой степени, что жизнь на ней станет невозможной.

Новые расчёты показывают такое развитие событий:

Солнце теряет свою массу, его гравитация уменьшается. Вследствие этого орбита Венеры увеличится от 108 до 134 млн. км., но это не спасёт Венеру. Траектория её движения будет быстро искажаться из-за близости Солнца, и Венера упадёт в центр Солнца и рассеется по диску звезды.

Орбита Земли будет медленно увеличиваться и по мере ослабления гравитации Солнца, превратившегося в красного гиганта, Земля выйдет за пределы его внешней атмосферы. Расстояние от Солнца до Земли увеличится до 185 млн. км. Это спасёт её от падения на Солнце. Но Земля к этому моменту будет выглядеть как Меркурий, т.е. она будет представлять собой выжженную, рубцеватую глыбу с сухим дном бывших океанов. Небо Земли на 70% будет занимать красное Солнце, т.к. орбита Земли будет отстоять от поверхности Солнца на расстоянии, не превышающем 1/10 солнечного радиуса.

Избежит падения на Солнце и Марс, который будет двигаться по расширившейся орбите. Далее по расширенным орбитам будут вращаться Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Вещество, выделенное Солнцем во время его гибели, образует так называемую планетарную туманность, плотность которой будет ничтожной. Поэтому влияния на планеты, оставшиеся на своих новых орбитах, эта туманность не окажет.

Все эти процессы произойдут в очень далёком будущем, Человечество или то, во что оно в течение невообразимо огромного отрезка времени трансформируется, давно покинет планету или вымрет. Вероятно, в дальнейшем наша планетная система будет лишена жизни. Но нельзя исключать и того, что эволюция приведёт к появлению новых, нечеловеческих форм разумной жизни после ухода или изменения нашего вида. Научные гипотезы в данном случае вполне могут соединиться с фантазией, границ которой не существует.

Источник

Когда Солнце взорвется

Конец света непременно наступит — в этом сходятся все ученые. Астрономы спорят лишь о сроках и вероятных причинах этого печального события

«Большая рыбка ест маленькую» — так описывают астрономы процесс поглощения планеты звездой. До 100 миллионов звезд, подобных Солнцу, в нашей галактике дают приют планетам, состоящим из газа, как Юпитер, и мертворожденным звездам — коричневым карликам. Эти планеты и карлики обречены на то, чтобы быть «съеденными» их родительскими звездами. Иллюстрация: James Gitlin/STScI AVL

Человеческий разум любопытен, пытлив и склонен к сбору типичной информации. Когда родился, женился, умер? Когда произошло то или иное историческое событие и что послужило ему причиной? Ключевые вопросы, неизменно терзающие разум западного человека, — когда и как именно? Один из этих вечных вопросов — когда же наступит конец света и как именно это произойдет?

В конце XIX — начале XX века в мировой литературе появилось новое направление — постапокалиптика. Его представители описывали события, происходящие после конца света. Своей популярностью и многообразием это направление обязано, вероятно, страхам людей — кстати говоря, вполне обоснованным. Кроме общего печального настроения, охватившего тогда население Европы и получившего название fin-de-siecle, были очевидные угрозы из космоса: Большая сентябрьская комета 1882 года, Великая комета Дневного света 1910 года, взрыв сверхновой 1885 года. Начавшийся ХХ век повлек длинную череду все более и более кровопролитных войн и революций, а ускорившийся научно-технический прогресс дал людям реальную возможность самостоятельно, не дожидаясь космических катаклизмов, уничтожить Землю. Несмотря на множество книг, фильмов и даже компьютерных игр, созданных на эту волнующую тему, сценариев вселенской гибели не так много, и даже если она приходит из космоса или её приносит другая неудержимая природная сила, человечество погибает по своей же вине и оплошности.

Основные темы, эксплуатируемые писателями и сценаристами, известны почти всем: это третья мировая война с применением ядерного, химического или биологического оружия; вторжение инопланетян; восстание машин, ведомых искусственным разумом; пандемия; падение метеорита; возрождение динозавров… Но даже если отвлечься от сплина и декадентских мыслей о том, что человечество в скором времени само себя истребит, прогнозы вселяют тревогу.

Рождение Солнца

В настоящее время считается, что наиболее опасны для Земли столкновения с астероидами или солнечные катаклизмы.

Возраст Солнца оценивается большинством астрофизиков примерно в 4,59 миллиарда лет. Его относят к средним или даже малым по величине звездам — такие звезды существуют дольше, чем их более крупные и быстро выгорающие сестры. Солнце пока успело израсходовать меньше половины имевшегося в нем водорода: из доли в 70,6 процента от первоначальной массы солнечного вещества осталось 36,3. В ходе термоядерных реакций водород внутри Солнца превращается в гелий.

Для того чтобы пошла реакция термоядерного синтеза, необходимы высокая температура и высокое давление. Ядра водорода представляют собой протоны — элементарные частицы с положительным зарядом, между ними действует сила электростатического отталкивания, мешающая им сближаться. Но внутри действуют также значительные силы всемирного притяжения, которые мешают протонам разлетаться. Напротив, они прижимают протоны настолько близко друг к другу, что начинается ядерный синтез. Часть протонов при этом превращается в нейтроны, и силы электростатического отталкивания ослабевают; в результате светимость Солнца повышается. По оценкам ученых, на начальном этапе существования Солнца его светимость составляла только 70 процентов от того, что оно излучает сегодня, и в последующие 6,5 миллиардов лет светимость звезды будет только расти.

Впрочем, с этой самой распространенной и вошедшей в учебники точкой зрения продолжают спорить. И главной темой для спекуляций служит именно химический состав солнечного ядра, о котором можно судить только по весьма косвенным данным. В одной из конкурирующих теорий предполагается, что основным элементом в солнечном ядре является вовсе не водород, а железо, никель, кислород, кремний и сера. Легкие элементы — водород и гелий — присутствуют только на поверхности Солнца, и реакция синтеза облегчается благодаря большому количеству нейтронов, излучаемых ядром.

Оливер Мануэль (Oliver Manuel) разработал эту теорию в 1975 году и с тех пор старается убедить научное сообщество в её справедливости. У него есть некоторое количество сторонников, но большинство астрофизиков относятся к ней настороженно.

Переменная звезда V838 Единорога (V838 Monocerotis) расположена на краю нашей галактики. На этом снимке изображена часть пылевой оболочки звезды. Размер этой оболочки составляет шесть световых лет. То световое эхо, которое видно сейчас, запаздывает по отношению к самой вспышке всего на два года. Астрономы ожидают, что световое эхо будет продолжать высвечивать пылевые окрестности звезды V838 Mon в процессе расширения по крайней мере до конца этого десятилетия. Фото: NASA and The Hubble Heritage Team (AURA/STScI)

Гори, гори ясно

Какая из теорий ни была бы справедлива, «солнечное горючее» рано или поздно будет кончаться. Из-за недостатка водорода термоядерные реакции начнут приостанавливаться, и равновесие между ними и силами притяжения нарушится, отчего внешние слои прижмутся к ядру. От сжатия концентрация оставшегося водорода повысится, ядерные реакции усилятся, и ядро начнет расширяться. Общепринятая теория предсказывает, что в возрасте 7,5–8 миллиардов лет (то есть через 4–5 миллиардов лет) Солнце превратится в красного гиганта: его диаметр увеличится более чем в сто раз, так что орбиты первых трех планет Солнечной системы окажутся внутри звезды. Ядро очень горячее, а температура оболочки гигантов небольшая (около 3000 градусов) — и поэтому красного цвета.

Характерной особенностью красного гиганта можно считать то, что водород уже больше не может служить «горючим» для ядерных реакций внутри него. Теперь начинает «гореть» уже гелий, скопившийся там в больших количествах. При этом образуются неустойчивые изотопы бериллия, которые при бомбардировке их альфа-частицами (то есть теми же ядрами гелия) превращаются в углерод.

Именно на этом жизнь на Земле, да и сама Земля, скорее всего, уже гарантированно прекратит свое существование. Даже той невысокой температуры, которую на тот момент будет иметь солнечная периферия, хватит, чтобы наша планета полностью испарилась.

Конечно же, человечество в целом, как каждый человек по отдельности, надеется на вечную жизнь. Момент превращения Солнца в красного гиганта накладывает на эту мечту определенные ограничения: подобную катастрофу человечеству если и удастся пережить, то только за пределами своей колыбели.

Но уместно тут напомнить, что один из крупнейших физиков современности Стивен Хокинг (Stephen Hawking) уже давно утверждает: момент, когда единственным способом выжить для человечества станет колонизация других планет, уже почти настал. Внутриземные причины сделают эту колыбель невозможной для обитания гораздо раньше, чем что-то плохое случится с Солнцем.

Пролет над огненной бездной

Но даже если пророчеству Хокинга и его многочисленных предшественников и единомышленников во всем мире суждено сбыться и человечество отправится на строительство «внеземной цивилизации», судьба Земли по-прежнему будет волновать людей. Поэтому многие астрономы с особым интересом относятся к звездам, похожим на Солнце по своим параметрам, — в особенности когда эти звезды превращаются в красных гигантов.

Так, группа астрономов под руководством Сэма Рэгланда (Sam Ragland) с помощью инфракрасно-оптического комплекса из трех объединенных телескопов Arizona’s Infrared-Optical Telescope Array исследовала звезды с массами от 0,75 до 3 масс Солнца, приближающиеся к концу своей эволюции. Приближающийся конец довольно легко опознается по низкой интенсивности линий водорода в их спектрах, и, напротив, по высокой — линий гелия и углерода.

Баланс гравитационных и электростатических сил в таких звездах нестабилен, а водород и гелий внутри них чередуются как вид ядерного топлива, что вызывает изменения яркости звезды с периодом порядка 100 тысяч лет. Многие такие звезды проводят заключительные 200 тысяч лет своей жизни как переменные типа Мира. (Мира-переменные — это звезды, светимость которых регулярно изменяется с периодом от 80 до 1 тысячи дней. Они названы так по имени «родоначальницы» класса, звезды Мира в созвездии Кита).

Визуализированная модель красного пульсирующего гиганта, созданная в лаборатории вычислительной науки и техники Университета Минессоты. Внутренний вид ядра звезды: желтая и красная — области высоких температур, синяя и цвета морской волны — области низких температур. Иллюстрация: Wayne Peterson/LCSE/University of Minnesota

Именно в этом классе произошло довольно неожиданное открытие: вблизи звезды V 391 в созвездии Пегаса обнаружилась экзопланета, ранее погруженная в раздувшуюся оболочку звезды. Если говорить более точно, звезда V 391 пульсирует, из-за чего её радиус то увеличивается, то уменьшается. Планета, об обнаружении которой группа астрономов разных стран сообщила в сентябрьском номере журнала Nature , имеет массу, более чем втрое превышающую массу Юпитера, и радиус её орбиты в полтора раза больше расстояния, отделяющего Землю от Солнца.

Когда звезда V 391 проходила стадию красного гиганта, её радиус достиг как минимум трех четвертей от радиуса орбиты. Однако к началу расширения звезды радиус орбиты, на которой находилась планета, был меньше. Результаты этого открытия оставляют Земле шанс сохраниться после взрыва Солнца, хотя параметры орбиты, да и радиус самой планеты скорее всего изменятся.

Аналогию несколько портит тот факт, что эта планета, равно как и её материнская звезда, не очень похожи на Землю и Солнце. А главное, V 391 при превращении в красного гиганта «сбросила» значительную часть своей массы, что и «спасло» планету; но это происходит лишь с двумя процентами гигантов. Хотя «сброс» внешних оболочек с превращением красного гиганта в постепенно остывающего белого карлика, окруженного расширяющейся газовой туманностью, не такая уж редкость.

Чужое небо

Слишком близкая встреча со своей звездой — самая очевидная, но не единственная неприятность, ожидающая Землю со стороны других крупных космических тел. Вполне вероятно, что Солнце будет превращаться в красного гиганта, уже покинув нашу галактику. Дело в том, что наша галактика Млечный Путь и соседняя гигантская галактика Туманность Андромеды уже миллионы лет находятся в гравитационном взаимодействии, которое в итоге приведет к тому, что Андромеда «подтянет» к себе Млечный Путь, и он станет частью этой крупной галактики. В новых условиях Земля станет совсем другой планетой, более того, в результате гравитационного взаимодействия Солнечная система, как и сотни других систем, могут быть буквально разорваны.

Так как гравитационное притяжение Туманности Андромеды намного сильнее гравитации Млечного Пути, последний приближается к ней со скоростью около 120 км/с.

С помощью компьютерных моделей, выполненных с точностью до 2,6 миллиона объектов, ученые-астрономы определили, что примерно через 2 миллиарда лет галактики сблизятся, и сила притяжения начнет деформировать их структуры, образуя длинные притягивающиеся хвосты из пыли и газа, звезд и планет. Ещё же через 3 миллиарда лет галактики вступят в непосредственный контакт, в результате которого новая объединенная галактика примет эллиптическую форму (обе галактики на сегодня считаются спиральными).

На этом снимке зафиксировано, как в районе созвездия Большой пес две спиральные галактики (большая имеет номер NGC 2207, маленькая — IC 2163) проходят друг мимо друга, подобно величественным кораблям. Приливные силы галактики NGC 2207 исказили форму IC 2163, отбрасывая звезды и газ в потоки, растягивающиеся на сотни тысяч световых лет (в правом углу изображения). Фото: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI)

Cотрудники Гарвардско-Смитсониевского астрофизического центра (The Harvard Smithsonian Center for Astrophysics) профессор Ави Лоэб (Avi Loeb) и его ученик Т. Дж. Кокс (T.J. Cox) предположили, что, если бы мы смогли наблюдать небо нашей планеты через пресловутые 5 миллиардов лет, то вместо привычного нам Млечного пути — бледной полосы тусклых мерцающих точек — мы бы увидели миллиарды новых ярких звезд. При этом наша Солнечная система находилась бы «на задворках» новой галактики — примерно в ста тысячах световых лет от её центра вместо настоящих 25 тысяч световых лет. Впрочем, есть и другие расчеты: после полного слияния галактик Солнечная система может продвинуться ближе к центру галактики (67000 световых лет), а может случиться и так, что она попадет в «хвост» — связующее звено между галактиками. И в последнем случае из-за гравитационного воздействия находящиеся там планеты будут разрушены.

Вместе с тем, уточнить свой прогноз ученые смогут уже в 2011 году, когда на орбиту Земли будет выведен аппарат Gaia, принадлежащий Европейскому космическому агентству. Gaia займется определением скоростей галактик и определением изменения позиций звезд.

Рассматривать будущее Земли, Солнца, Солнечной системы в целом и Млечного Пути столько же увлекательно, сколько и условно-научно. Огромные отрезки времени прогнозов, недостаток фактов и относительная слабость технологий, а также в немалой степени привычка современного человека мыслить категориями кинематографа и триллеров, влияют на то, что предположения о будущем больше похожи на научную фантастику, только с особым упором на первое слово.

Источник