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
Солнце — описание эволюции
На протяжении последних нескольких веков астрономы пришли к пониманию, что звезды огромны в своих размерах. Издалека, Солнце будет выглядеть так же, как и любая другая звезда — точка света. Как и у любой звезды, у Солнца есть срок жизни, рано или поздно Солнце прекратит свое существование. Осознание того, что Солнце является звездой, произвело переворот в астрономии. Изучая Солнце, как ближайшую звезду, ученые узнали общие свойства всех звезд. Наоборот, изучая звезды, во всем их многообразии, мы узнали о прошлом и будущем нашего Солнца.
Солнце – это жизнь для Земли
Важность Солнца для Земли является одной из основных причин изучения Солнца. Стимулом солнечной науки в начале этого века стали геологи. В начале этого века, они считали, что самые древние породы на Земле имеют возраст около 4 млрд. лет и, что Солнце так же имеет возраст 4,5 — 5 миллиардов лет. Возраст Солнца дал стимул к изучению источников энергии. Если бы Солнце, теоретически состояло из угля и кислорода, то оно бы сгорело в течение 20 000 лет.
Возникли три доказанные теории:
Во-первых, Солнце должно быть очень горячим и плотным, в центре, для поддержания своей массы.
Во-вторых, физики сравнили вес четырех атомов водорода и одного атома гелия. Водород и гелий состоит по существу из такого же количества субатомных частиц. Тем не менее, гелий имеет меньшую массу.
В-третьих, теория Альберта Эйнштейна доказала, что материя может быть преобразована в энергию (E = MC 2).
На первый взгляд, эти три теории могут показаться никак не связанными друг с другом.
Но на основании их сделан вывод, что источником энергии Солнца есть процесс, неизвестный ранее на Земле: ядерный синтез водорода в гелий. Глубоко в центре Солнца ядра водорода сжимаются или сливаются, в атомы гелия с выделением огромного количества энергии. Атом гелия имеет меньшую массу, чем водород и эта недостающая масса превращается в энергию. Небольшое количество водорода может производить огромное количество энергии — и именно поэтому атомные бомбы настолько разрушительны, и потому Солнце может сохранять сияние в течение миллиардов лет.
Как зародилось и возникло Солнце?
Ближайшим примером рождения звезд является Большая туманность Ориона, яркие звезды хорошо видны невооруженным глазом. Это звездные ясли – огромное облако холодного газа и пыли, которое превращается в сотни новых голубых звезд.
Постепенно газ и пыль концентрируется в куски, куски в образования сравнимые с планетой. Дальнейшее наращивание массы этого образования приводит к увеличению температуры внутри этого образования.
Когда температура в ядре достигает нескольких миллионов градусов, атомы водорода начинают сливаться вместе, начинается процесс ядерного синтеза и образуется звезда. Цепная реакция будет продолжаться в течение миллиардов лет. Внешнее давление, создаваемое этим ядерным синтезом, уравновешивается внутренним давлением силы тяжести.
В зависимости от размера первоначальный комок пыли и газа, в процессе рождения, может привести к образованию разного рода звезд. Небольшой кусок, протозвезда, у которой нет достаточной массы, температуры для начала ядерного синтеза называется — коричневый карлик.
Больший кусок материи становится большой звездой, настолько горячим и ярким, что он сжигает в себе все ядерное топливо за несколько десятков миллионов лет.
Средний кусок, становится средней звездой, таким как Солнце. Если бы Солнце было гораздо меньше, на Земле был бы темный, мертвый мир, если бы гораздо больше, и Земля пылала бы в огне.
К счастью для нас, Солнце имеет идеальный размер для поддержания жизни на Земле.
Изучая горные породы, ископаемые и антарктический лёд, ученые установили, что Солнце с течением времени изменяет свою интенсивность. Ученые установили, что Солнце будет существовать еще около 5 миллиардов лет.
Что произойдет, когда Солнце сожжет все ядерное топливо?
Солнце все равно будет иметь запасы водорода в слоях, окружающих ядро. За счет сжатия Солнца, вследствие угасания ядерных реакций нагреется внешняя оболочка, состоящая из водорода. Когда оболочка нагревается достаточно для превращения водорода в гелий, высвобождение энергии будет происходить там.
Источник энергии больше не будет плотным, массивным ядром, а будет находиться ближе к поверхности — и это расширит Солнце.
Радиус увеличится более чем в 30 раз, Солнце в этом случае становится красным гигантом, похожим на звезду Арктур, хотя и гораздо меньшим, чем сверхгигант Бетельгейзе в созвездии Ориона.
Красный гигант назван красным, потому что его температура от 9000 до 3000 градусов по Фаренгейту, это значительно меньше, чем у сегодняшнего Солнца. Эта стадия красного гиганта будет длиться около 2 млрд. лет.
Новые открытия в области звезд
Новые данные Европейского космического агентства вынудили экспертов урезать оценку размера красных звезд (красных гигантов). Теперь они считают, что Солнце не поглотит Землю, когда станет красным гигантом, как считалось ранее. Но это будет слабым утешением.
Красный гигант будет излучать на Землю в тысячу раз больше энергии, что сделает жизнь на планете невозможной. Красный гигант может растопить воды, которые сейчас заморожены на спутниках Юпитера и Сатурна. Человечество, если оно все еще будет существовать, может переместиться туда.
Что произойдет после того, как гелий израсходуется во внешней оболочке?
Произойдет схлопывание, опускание внешней оболочки на мертвое, но все еще горячее ядро Солнца, что сделает его более плотным. Это поднимает температуру ядра и вдруг, в считанные секунды – начнется термоядерная реакция.
Через 5 миллиардов лет после схлопывания.
Солнце должно изменять свою внутреннюю структуру снова и снова, в качестве источника энергии вновь становится ядро. Размер звезды будет меньше чем сейчас. Эта фаза длится еще 500 миллионов лет.
Термоядерная реакция в этот период менее эффективна.
Когда исчерпается гелий в ядре, Солнце вновь запустит термоядерную реакцию во внешних слоях. Снова расширится. На этот раз оно растет настолько сильно, что его внешний край будет иметь слабую гравитационную связь с ядром, едва сдерживая себя. Через 100 миллионов лет, все начнет разваливаться. Внешние слои Солнца, освобождаются от гравитационных сил ядра, и разлетаются во вселенной. В течение примерно 10 000 лет, эти слои будут распространяться в пространстве в форме огромной газовой сферы освещенной горячим еще ядром. Эти слои представляют собой «планетарную туманность», она называется так потому, что в небольшой телескоп газовое облако выглядит как диск планеты. Горячее ядро является теперь «белым карликом», звездным шлаком. В белом карлике не идут термоядерные процессы, оно светится потому, что еще горячее.
Следующее поколение звезд
Газовая сфера дрейфует и в конечном итоге собирается в новые облака, что бы стать частью следующего поколения звезд. Может быть, в один прекрасный день пепел Солнца превратится в другую звезду, что бы обогревать планеты с жизнью, а может быть, и нет.
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