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
Что будет, если Солнце погаснет
Солнце, как и любая другая звезда, представляет собой газовый шар, который состоит в основном из водорода и гелия (73% и 25% соответственно). Средняя плотность Солнца намного меньше Земли и лишь немного превышает среднюю плотность воды – это значение составляет 1.4 кг на кубический метр. Что будет если Солнце погаснет?
Общие сведения о Солнце и его прошлое
Наше Солнце является источником жизни на Земле. Для сравнения тепловой поток из недр Земли примерно в 5 тысяч раз меньше, чем величина солнечной постоянной (количество энергии которое получает в среднем квадратный метр земной поверхности).
Материалы по теме
Наблюдения за Солнцем в режиме реального времени
Звезда Солнечной Системы находится в 270 тысяч раз ближе к Земле по сравнению со второй ближайшей звездой к нам (Проксима Центавра). Источником энергии на Солнце являются термоядерные реакции слияния ядер более легких химических элементов в ядра более тяжелых химических элементов. Под действием термоядерных реакций каждую секунду на Солнце происходит преобразование 600 миллионов тонн водорода в гелий. Согласно знаменитой формуле Эйнштейна E=mс 2 каждую секунду масса Солнца уменьшается примерно на 4 миллионов тонн. Для сравнения на Земле за год добывается около 4 миллиардов тонн нефти, 7 миллиардов тонн угля и 3 миллиардов тонн железной руды.
Солнце является звездой второго поколения. Это означает, что вещество Солнца было изначально обогащено более тяжелыми элементами, которые образовались в недрах других умерших звезд. При этом химический состав Солнца не является уникальным: известны звезды, у которых содержание тяжелых элементов во много раз превышают показатели Солнца.
По современным оценкам Солнечная система с Солнцем родились около 4.5 миллиардов лет назад в сравнительно малочисленном звездном скоплении, которое состояло лишь из нескольких сотен или тысяч звезд. В связи с этим поиск родственников нашего Солнца является крайне сложной задачей (изучение параметров нескольких миллионов звезд смогло выявить лишь несколько кандидатов в такие родственники).
Наша звезда является “середнячком“ среди звездного населения Млечного Пути, она относится к желтым карликам главной последовательности. К примеру, у красных карликов звездная масса на порядок меньше, чем у нашего Солнца, а светимость в тысячи раз слабее. Напротив, у звезд-сверхгигантов масса превышает солнечную в сотни раз, а их светимость может быть эквивалентна нескольким миллионам “солнц”.
Материалы по теме
Почему светит Солнце?
После своего рождения Солнце проходило непрерывную эволюцию. Сегодня, мы знаем о прошлом Солнца благодаря изучению молодых звезд похожих на Солнце (звезд солнечного типа). Для молодых звезд характерно быстрое вращение, частые вспышки и пониженная светимость. Одной из причин пониженной светимости молодых звезд являются плотные протопланетные газопылевые облака, которые приводят к ослаблению светимости Солнца для земного наблюдателя. Другой причиной пониженной светимости Солнца в прошлом является тот факт, что термоядерные реакции легких химических элементов происходят при более низких температурах по сравнению с термоядерными реакциями более тяжелых химических элементов (к примеру, кислорода или железа). Доказательством пониженной светимости древнего Солнца являются свидетельства продолжительных ледниковых периодов в прошлом Земли. Так согласно теории “Snowball Earth” (“Земля-снежок”) 630-850 миллионов лет назад ледники полностью покрывали нашу планету (от полюсов до экватора).
Эволюция Солнца и грядущая гибель Солнечной Системы
По мере “взросления” Солнца происходит рост его светимости вместе с повышением температуры ядра, увеличением его размеров и замедлением вращения вокруг оси (сейчас период вращения Солнца составляет около 25 суток). Кроме того, как говорилось выше, уменьшается и масса Солнца вместе с его средней плотностью. Согласно астрофизическим моделям рост светимости Солнца приведет к тому, что через 1.1 миллиард лет, произойдет испарение всех земных океанов (средняя температура на поверхности Земли в этот момент составит около 57 градусов Цельсия, сейчас она близка к 14 градусам Цельсия). Через 3.5 миллиардов лет температура поверхности Земли сравняется с нынешней температурой поверхности Венеры (около 500 градусов Цельсия).
Теоретическое превращение нашей прекрасной планеты в ад
Дальнейший процесс расширения атмосферы Солнца ознаменует его превращение в красный гигант примерно через 5.4 миллиардов лет. Через порядка 8 миллиардов лет светимость Солнца достигнет максимума и она в 5 тысяч раз превысит нынешнюю светимость. При этом радиус Солнца сравняется с размером нынешней земной орбиты (сейчас диаметр Солнца составляет около миллиона километров, а диаметр земной орбиты примерно 300 миллионов километров). С другой стороны процесс раздувания Солнца будет приводить к снижению температуры поверхности нашей звезды с нынешних 7 тысяч градусов Цельсия до примерно 3 тысяч градусов Цельсия. Судьба Земли и даже соседней Венеры в этом случае остаётся неопределенной.
Прогноз изменений радиуса Солнца в будущем (иллюстрация из журнала “Наука и жизнь” за май 2018 года)
Одни теоретики считают, что Земля будет поглощена солнечной атмосферой, другие считают, что по причине изменений в гравитационном поле Солнечной Системы (разбухание Солнца может привести к смещению центра тяжести нашей планетной системы) Земля может перейти на более высокую орбиту и тем самым избежать поглощения Солнцем. Похожая неопределенность существует и для Венеры.
В маловероятном случае выброса планеты Земля в межзвездное пространство до момента полного испарения океанов существует даже теоретическая вероятность сохранения на ней простейших микроорганизмов. Расчеты показывают, что на блуждающей планете массой с нашу Землю теоретически возможно существование подледного океана под панцирем льда толщиной около 10 км (как известно глубина Марианской впадины достигает 11 км). Другие теоретики рассматривают возможность искусственного удаления орбиты Земли на безопасное расстояние от Солнца (к примеру, через изменение периода вращения Земли с помощью различных технических средств наподобие реактивных двигателей).
Новые аспекты в теме внеземной жизни в связи со смертью Солнца
На примере других звезд мы знаем, что за стадией красного гиганта следует стадия сброса его оболочки, и образование планетарной туманности с белым карликом внутри. Процесс сброса оболочки приведет к дальнейшей дестабилизации гравитационного поля Солнечной Системы, что повлечет за собой сильное смещение орбит всех планет нашей системы, а также астероидов и комет. В ходе этой дестабилизации одни тела могут столкнуться с Солнцем, с другими объектами Солнечной Системы или быть выброшенными за пределы Солнечной Системы в межзвездное пространство. Нынешние поиски транзитных планет у белых карликов подтверждают эти предположения. Так вблизи белых карликов практически не наблюдаются крупные планетоподобные объекты (все современные находки в этой области ограничены лишь объектами размерами с Цереру или меньше).
Прогнозирование динамики изменения радиуса зоны обитаемости у Солнца во время стадии красного гиганта с течением времени
Интересным вопросом является тема расширения зоны обитаемости Солнца во время стадии красного гиганта. Как говорилось выше, во время этой стадии светимость Солнца превысит нынешнюю примерно в 5 тысяч раз. В результате этого произойдет расплавление поверхностного льда на крупных шарообразных телах периферии Солнечной Системы: к примеру, на спутниках Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна (за исключением Тритона, который по прогнозам должен быть разрушен приливными силами Нептуна через 3.6 миллиардов лет). Теоретически этот процесс может привести даже к появлению сложной (многоклеточной) жизни на этих телах (в настоящее время рассматривается вопрос наличия жизни в подледных океанах Европы, Энцелада и т.д.). Более того, не исключено образование океанов, состоящих из жидкой воды и на более отдаленных объектах Солнечной Системы – крупнейших объектах пояса Койпера (Плутон, Эрида, Хаумеа, Макемаке, Кваовар и т.д.).
Изучение планетарных туманностей – новые горизонты знаний о будущем Солнечной Системы
Планетарная туманность “Вороний глаз” с белым карликом внутри хорошо иллюстрирует будущее Солнечной Системы
Интересным направлением в последние годы стало изучение остаточных туманностей, которые образуются во время финальных стадий эволюции звезд. Так наблюдение Крабовидной туманности привело к обнаружению у них множества небольших сгущений (т.н. “globulletes”). Оцениваемая масса этих сгущений примерно соответствует массе нашей планеты, их наблюдаемое количество в туманности достигает нескольких десятков или сотен.
Предполагается, что данные сгущения являются зародышами блуждающих планет и коричневых карликов
Вышеприведенные слайды взяты из видеозаписи семинара НКЦ SETI “Планеты-кочевники и малые (субпланетные) тела в Галактике”.
С другой стороны можно предположить, что наблюдаемые сгущения наоборот являются следствием разрушения крупных оортоидов или небольших блуждающих планет в облаках горячего газа расширяющейся туманности. Аналогичные процессы должны происходить и в планетарных туманностях (газ в таких туманностях нагрет до примерно 10 тысяч Кельвинов). Сгущения в планетарных туманностях называются “cometary knots”, их типичная масса сравнима с массой Земли при размере с Солнечную систему при внешней границе по орбите Нептуна.
Оцениваемая масса типичной планетарной туманности составляет около одной десятой массы Солнца, а её примерное время жизни порядка 10 тысяч лет. Для сравнения суммарная масса планет Солнечной Системы примерно в тысячу раз меньше массы Солнца: тем самым в планетарной туманности находится объем строительного материала, которого может хватить для образования примерно ста Юпитеров. Типичная скорость расширения планетарных туманностей составляет 20-40 км в секунду, что незначительно превышает третью космическую скорость в Солнечной Системе (16 км в секунду).
‘ alt=»yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7 — Что будет, если Солнце погаснет» title=»Что будет, если Солнце погаснет»>
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Источник