Почему Солнце до сих пор не сгорело?
Персональный обогреватель нашей планеты невероятно эффективен.
Наше Солнце — довольно средняя звезда в галактике Млечный путь — не самая яркая, не самая большая и существует всего 4,5 миллиарда лет. Она уникальна только тем, что её свет и тепло поддерживают жизнь на единственной обитаемой планете, которую мы знаем во Вселенной. К счастью для нас, людей, Солнце не сгорело с тех пор, как мы появились несколько сотен тысяч лет назад. Но откуда у него могло быть столько топлива? Почему оно не погасло, как свеча или костер? И когда оно наконец сгорит?
Это был насущный вопрос в XIX веке. В 1848 году немецкий естествоиспытатель Роберт фон Майер ( Robert von Mayer) выдвинул гипотезу, согласно которой Солнце нагревается благодаря бомбардировке его метеоритами. Разумеется, эта теория даже в то время не выдерживала критики. Поэтому, во второй половине XIX века наиболее правдоподобной считалась теория, выдвинутая немецким и британским физиками Германом Гельмгольцем ( Hermann von Helmholtz) и Уильямом Томсоном (лордом Кельвином), согласно которой Солнце нагревается за счёт медленного гравитационного сжатия. Этот процесс известен, как механизм Кельвина — Гельмгольца — остывание поверхности небесного тела приводит к падению внутреннего давления, из-за чего звезда сжимается, что в свою очередь приводит к разогреванию её ядра.
Однако, основанные на этом механизме расчёты оценивали максимальный возраст Солнца в 20 млн лет, что значительно меньше его действительного возраста.
Согласно другой гипотезе, популярной в XIX веке, Солнце буквально горит, т.е. происходит химическая реакция, которую мы видим, когда зажигаем спичку или разводим костер. Но и расчеты возраста Солнца по это гипотезе давали результат, который не соответствовал тому, что мы знали о возрасте Солнечной системы — 4,5 миллиарда лет. Если бы Солнце сжималось или горело, у него бы закончилось топливо задолго до того, как мы появились в этом мире. Очевидно, что-то происходило ещё, помимо сжатия и горения.
Спустя несколько десятилетий, в 1920-х годах, было найдено правильное объяснение механизмов «горения» Солнца. Сначала «отец» ядерной физики и лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года Эрнест Резерфорд ( Ernest Rutherford) предположил, что источником энергии Солнца является радиоактивный распад .
Позднее, вооружившись знаменитым уравнением Эйнштейна E=mc², которое утверждает, что всё, что имеет массу, должно иметь эквивалентное количество энергии, британский астрофизик Артур Стэнли Эддингтон ( Arthur Stanley Eddington) предположил, что Солнце фактически преобразует свою массу в энергию. Вместо печи, которая превращает древесину и уголь в золу (попутно испуская свет и тепло), центр Солнца больше похож на гигантскую атомную электростанцию.
Солнце содержит огромное количество атомов водорода. Как правило, нейтральный атом водорода содержит положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон, который вращается вокруг него. Когда этот атом встречает один из других атомов водорода, их соответствующие внешние электроны магнитно отталкиваются друг друга. Это предотвращает столкновение и слияние протонов друг с другом. Но ядро Солнца настолько горячее и сжатое, что атомы носятся с такой громадной кинетической энергией, что они преодолевают силу, связывающую их частицы вместе, и электроны отделяются от своих протонов. Это означает, что протоны, обычно защищенные электронами внутри ядра атома водорода, могут соприкасаться друг с другом и соединяются вместе в процессе, называемом термоядерным синтезом.
Так же, как внутри ядерного реактора, атомы внутри ядра Солнца постоянно врезаются друг в друга. Чаще всего четыре протона водорода сливаются друг с другом, чтобы создать один атом гелия. Попутно в этом процессе крошечная часть массы в этих четырех микроскопических протонах «теряется», но поскольку Вселенная сохраняет материю, она не может просто так исчезнуть. Эта «потерянная» масса ежесекундно трансформируется в огромное количество энергии, которую и излучает Солнце. Мощность этого излучения составляет 3,9×10²⁶ Вт. Это настолько огромное количество энергии, оно больше, чем всё электричество на Земле, которое будет использоваться свыше нескольких сотен тысяч столетий.
Эффективность термоядерного синтеза является основной причиной того, что Солнце так долго излучает тепло. Энергия, выделяемая при превращении всего одного килограмма водорода в гелий, такая же, как при сжигании 20 000 тонн угля. Поскольку Солнце очень массивное и относительно молодое, ученые считают, что оно использовало только около половины своего производящего энергию водорода.
В конце концов, ядро Солнца преобразует весь внутренний водород в гелий, и наша звезда умрет. Но, это произойдет только через около пяти миллиардов лет.
Источник
Солнце: когда и как умрет наша звезда?
Солнце, без которого жизнь никогда не была бы возможна на Земле, не вечно. Вот как должен выглядеть конец нашей звезды, возраст которой сегодня составляет 4,6 миллиарда лет.
Для звезд продолжительность жизни определяется их массой. Чем больше она массивна, тем больше жизнь коротка и состоит из нескольких миллионов лет, чтобы наконец закончиться неистовым пламенем космического фейерверка, сверхновой.
Для нашего Солнца все будет иначе. Наша звезда представляет собой желтый карлик, общая продолжительность жизни которого по массе (в 330 000 раз больше массы Земли) составляет около 10 миллиардов лет. Хорошая новость для жизни на Земле: сейчас ей всего 4,6 миллиарда лет, поэтому она должна еще светить пять миллиардов лет, по оценкам астрономов.
Тем не менее по-прежнему необходимо будет думать о перемещении, потому что Земля станет непригодной для жизни менее чем через миллиард лет (несмотря на текущее глобальное потепление). Почему? Потому что светимость Солнца будет продолжать расти примерно на 10% каждые миллиард лет. Таким образом, наша нежно-голубая постепенно превратится в печь, подобно, возможно, тому аду, который сейчас царит на нашей соседке Венере.
Следовательно, обитаемая зона в нашей Солнечной системе сместится. Также можно представить, что Homo sapiens мигрирует на Марс, который станет более мягким. Но если бы это случилось, это не продлилось бы долго. Поэтому, возможно, нам придется отправиться на другие звезды, если человеческий род тогда сможет это позволить.
Что будет, когда Солнце умрет?
Со временем запасы водорода, накопленные Солнцем при рождении, иссякнут. Обладая относительно небольшой массой, звезда на протяжении миллиардов лет поддерживала баланс между гравитацией и излучением (в результате синтеза водорода). Но наступит «день», когда топливо закончится.
Тогда в сердце звезды будет править гелиевое ядро (созданное путем слияния водорода), которое рухнет на себя. Температура, которая увеличивается при сжатии, высвобождает энергию, которая отталкивает внешние слои Солнца. Всего за пять миллионов лет звезда значительно вырастет и превратится в то, что астрофизики называют красным гигантом. Красный, потому что температура его поверхности упадет (до 3000 К).
Согласно исследованию, опубликованному в 2008 году, ее радиус переместится с примерно 700.000 километров сегодня до более 170 миллионов километров! Другими словами, Меркурий, Венера, а также Земля будут перенесены внутрь, наконец, они будут уничтожены (если орбита нашей планеты не будет отодвинута назад, это будет зависеть от массы, потерянной красным гигантом). При сжатии ядро гелия нагревается и успевает достичь температуры 100 миллионов градусов. В этих условиях гелий может начать ковать углерод. Это известно как «гелиевая вспышка». Но это не продлится долго. И дальше он не пойдет, потому что оставшейся массы Солнца не хватит, чтобы достичь 600 миллионов градусов в центре — температуры, необходимой для воспламенения углеродного ядра. Вокруг нее в течение нескольких тысяч лет будут гореть водород и гелий, в результате чего наша звезда отслаивается и еще больше расширяется ее внешняя оболочка.
В конце концов, потому что не будет излучения, уравновешивающего его, возобладает гравитация. Остальная часть ядра нашей звезды сжимается и становится белым карликом, телом размером с Землю, чрезвычайно плотным и горячим (около 30 000 °C). В то же время внешние слои, которые находятся слишком далеко, будут растворяться в космосе. Около 10 000 лет оболочка будет сиять изнутри, светясь в свете еще теплого центрального очага. В результате получится планетарная туманность. Станет ли она видимой из других планетарных систем, подобных тем, которые мы можем видеть через наши телескопы? Среди наиболее известных — Туманность Кольцо, в созвездии Лиры и Туманность Гантель в созвездии Лисички.
Смогут ли наши потомки в изгнании наблюдать за остальным Солнцем, вокруг которого процветала жизнь? Исследование, опубликованное в мае 2018 года, показало с помощью моделей звездной эволюции, что это будет возможно. Из-за своей массы Солнце было бы на пределе светимости. Таким образом, планетарная туманность будет видимой, но очень слабой.
Что дальше? Это действительно будет конец? Нет. Огненному сердцу понадобятся миллиарды лет, чтобы остыть и стать черным карликом. Тем временем, у Солнца впереди еще много прекрасных дней.
Источник
Когда погаснет свет: страшные предсказания о гибели Солнца оказались правдой
Солнце — важный источник космической энергии, который даёт свет и тепло для жизни на нашей планете. С древних времён светилу предсказывали страшное будущее. Лайф разбирался, что для нас Солнце и сможем ли мы без него.
Недавно был День Солнца — праздник, призванный объяснить всем жителям планеты ценность и необычность звезды.
Внутри Солнца температура 15 миллионов градусов по Цельсию
В основном Солнце состоит из водорода (около 73%) и гелия (около 25%), на долю других элементов приходится примерно 2%. У светила нет твёрдой поверхности.
Астроном, старший научный сотрудник Института Штернберга Владимир Сурдин объясняет, что сейчас на Солнце происходят ядерные реакции синтеза: лёгкий водород превращается в гелий и при этом выделяется большая энергия, как в непрерывной водородной бомбе.
На Солнце есть вода
По словам астронома, на Солнце даже есть немного воды.
— В верхних слоях Солнца не так жарко, как внутри, — это пять с половиной тысяч градусов. Но некоторое количество воды там есть. Она не жидкая, а в виде пара, отдельных атомов, — объясняет Владимир Сурдин.
Солнце уже на середине своего жизненного пути
Общий возраст Вселенной — примерно десять миллиардов лет, а возраст Солнца — четыре с половиной миллиарда лет.
Чтобы подсчитать время жизни Солнца, астрономы учли его массу, скорость реакций и выделения ядерной энергии и определили, на сколько хватит солнечного топлива при такой скорости выделения энергии.
Солнце скоро погаснет
— Конечно, Солнце погаснет. Любой костёр догорает, а Солнце — это тоже костёр, только термоядерный — более долгого горения. Но топливо всё же закончится. Правда, не так скоро. Примерно через пять миллиардов лет, — говорит астроном.
Солнце изменит Солнечную систему
— В конце жизни, через пять миллиардов лет, Солнце раздуется раз в 200. На нашем небе оно займёт место в полнебосвода, — рассказывает Владимир Сурдин. — При этом сначала светило съест Меркурий, так как он ближе всех к Солнцу, потом Венеру и вплотную подберётся к Земле.
Солнце проглотит Землю
За четыре с половиной миллиарда лет в центре светила выгорела почти половина запаса водорода. После того как водород окажется на исходе, оно увеличится в размерах и станет красным гигантом. Его горение будет продолжаться в перемещающемся наружу слое.
— Последние расчёты говорят, что оно и Землю проглотит. Сначала жители Земли, конечно, сгорят. Потом Земля нырнёт в недра Солнца. После этого Солнце погаснет, но это для нас уже будет неважно, — рассуждает астроном.
Источник
ТОП-10: Страшные опасности нашего Солнца, которые беспокоят ученых
Солнце оказывает огромное влияние на все грани жизни на нашей планете. Раскаленный, светящийся газовый шар находится в центре нашей Солнечной системы и влияет на все живое, а также на условия на других планетах. Многие культуры поклонялись Солнцу как Богу, и не зря. Без выделяемых им света и тепла жизнь просто не существовала бы.
Но Солнце также хранит множество тайн, и некоторые из них довольно опасны. На самом деле, некоторые наши ученые беспокоятся не зря! Вот десять довольно страшных опасностей нашего Солнца, которые заставляют некоторых ученых быть более чем «немного» обеспокоенными.
Отчасти из-за истощения озонового слоя в нашей атмосфере вредное ультрафиолетовое излучение постоянно бомбардирует поверхность нашей планеты. Хотя в некотором смысле оно полезно, у него также есть опасные недостатки. УФ излучение может привести ко многим проблемам, включая рак кожи, преждевременное старение, катаракту, и даже подавление иммунной системы у людей. Но что делает его еще более страшным, так это то, что истощение озона фактически привело к увеличению распространенности рака кожи за последние 30 лет, и некоторые исследователи опасаются, что эта цифра будет продолжать расти.
9. Солнечные вспышки
Солнечная вспышка представляет собой огромный, интенсивный всплеск излучения, который выстреливает наружу от поверхности Солнца. Эти вспышки являются результатом выброса магнитной энергии и на самом представляют собой самые мощные взрывы, которые происходят в нашей Солнечной системе. Но может ли солнечная вспышка потенциально навредить или уничтожить Землю? НАСА говорит «нет», хотя вспышки способны «временно изменить верхнюю атмосферу путем создания пробоев в ней». Это может посеять хаос в электрических устройствах на Земле, включая спутники GPS и аналогичные технологии. Другими словами, вспышки могут вызвать дорогостоящий беспорядок . . . но они не обязательно представляют непосредственную опасность для людей на Земле.
8. Выброс корональной массы
Фото: NASA Goddard Space Flight Center
Выбросы корональной массы или ВКМ, по существу являются солнечными взрывами, которые приводят к формированию больших облаков плазмы, вылетающих наружу от Солнца. Они могут извергаться в любом направлении и продолжать движение в этом направлении после извержения, подталкиваемые солнечным ветром. Эти выбросы могут содержать миллиарды тонн материи и могут ускоряться, пока не разовьют скорость в несколько миллионов километров в час, что довольно страшно!
Но могут ли правильно направленные ВКМ нанести ущерб Земле или даже уничтожить ее?
Опять же, ученые НАСА говорят, что нет. Но в мире, который все больше зависит от электроники, многие обеспокоены последствиями таких явлений, происходящих на Солнце, для нашей технологической инфраструктуры. ВКМ может высвобождать и стимулировать всплески частиц, которые могут поразить Землю и стать причиной массовых разрушений наших электрических систем. Они могут вызывать электрические колебания, взрывать трансформаторы в энергосистеме и нарушать работу спутниковых систем.
7. Корональные дыры
Фото: NOAA
Корональные дыры могут образовываться в любом месте на Солнце в любое время. Они обычно появляются как «темные области» на его поверхности и чаще встречаются в года минимальной солнечной активности в 11-летнем цикле Солнца. Дыры выглядят темными, потому что они холоднее и на самом деле состоят из открытых однополярных магнитных полей. Но плохо в этих дырах то, что через них может выходить солнечный ветер. Если он воздействует на нашу атмосферу, то может накрыть нашу планету на несколько дней и вызвать геомагнитные бури. Такие бури могут быть как легкими, так и опасными и даже очень страшными.
Ученые говорят, что по большей части солнечный ветер не представляет серьезной или «прямой» опасности для людей на Земле, но он опасен для наших спутников, мировых электронных систем и для астронавтов, находящихся в космическом пространстве. Северное сияние и Южное полярное сияние вызваны солнечным ветром, и эти явления можно увидеть невооруженным глазом. Астронавты в космосе столкнутся с самой серьезной угрозой, если окажутся на пути солнечного ветра. У них может возникнуть повреждение хромосом и/или развиться рак от воздействия радиации. Такое влияние может оказаться фатальным, если будет слишком сильным, и сделает солнечный ветер опасной проблемой для будущего космического полета.
6. Геомагнитная буря
Еще в 1859 году учеными была зафиксирована крупнейшая в современной истории солнечная буря. Ее окрестили Суперштормом Кэррингтона (Carrington). Буря стала результатом «мега-вспышки», создавшей невероятные геомагнитные возмущения на Земле. Явление было настолько масштабным, что Северное сияние можно было увидеть в Гонолулу, а Южное сияние в Чили. В то время во всем мире было не много чувствительного электронного оборудования, но телеграфисты сообщали, что «с оборудования соскакивали искры», иногда даже начинались пожары!
Исследователи говорят, что, если бы геомагнитная буря такого масштаба произошла сегодня, она могла бы парализовать современную жизнь. Она может нарушить связь, повлиять на спутники и даже привести к отключению электросети. Некоторые исследования даже указывают на то, что «солнечный мегашторм» может парализовать современные спутники на срок до 10 лет. Но что самое страшное? Многие ученые считают, что это только вопрос времени, когда подобный мегашторм свалится на нашу планету. Это редкое явление, но, конечно, оно не исключается.
5. Солнце делает межпланетные путешествия намного опаснее
Мы уже упоминали, что солнечная радиация может быть опасна для астронавтов, но она создает еще более страшную вторичную проблему. Мы все знаем, что часы жизни на Земле тикают. Это лишь вопрос времени, когда наша планета станет неспособной поддерживать жизнь. Многие считают, что нам придется стать «межпланетным видом», если мы хотим выжить в долгосрочной перспективе. Но солнечная радиация может сделать это чрезвычайно проблематичным!
По данным НАСА, есть два типа излучения, с которыми астронавтам приходится иметь дело, когда они покидают защитный «пузырь» магнитосферы Земли. Часть этого излучения исходит от галактических космических лучей . . . но остальное исходит от самого Солнца. Исследователи постоянно работают над новыми технологиями, чтобы защитить людей от этой радиации, но даже короткая поездка на Марс представляет много проблем. Возникает вопрос: Сможем ли мы научиться защищать себя от межпланетного излучения на достаточно длительный срок, чтобы спастись с умирающей Земли?
4. В конце концов Солнце испарит водные запасы Земли
С этого момента все начинает выглядеть мрачно. Наше Солнце в настоящее время находится в стадии своего жизненного цикла, где оно классифицируется как звезда главной последовательности. На данном этапе оно в основном стабильно и мирно преобразует водород в гелий. Хорошие новости, верно? Звезда размером с наше Солнце обычно проводит в этой фазе около восьми миллиардов лет. Это означает, что у Солнца, которому, по оценкам, около 4,5 миллиардов лет, есть еще много лет жизни.
А каковы плохие новости? Когда Солнце сжигает водород, его яркость увеличивается примерно на десять процентов каждый миллиард лет или около того. Десятипроцентное увеличение яркости изменит гостеприимную зону в нашей Солнечной системе, что приведет к катастрофическим изменениям в нашем мире. Десятипроцентное увеличение яркости Солнца сделает Землю достаточно горячей, чтобы океаны на ней стали испаряться.
3. Океаны закипят
К сожалению, после того, как Солнце начнет испарять океаны, все еще более усугубится. Есть определенные предположения о том, что именно произойдет, но в целом ученые согласны с тем, что по мере испарения океанов в нашу атмосферу попадет больше воды.
Это, в свою очередь, создаст парниковый эффект, когда все больше тепла будет поглощаться атмосферой, что заставит еще больше океанов испаряться. В конце концов, наши океаны закипят… И этот цикл будет продолжаться до тех пор, пока Земля не станет практически сухой, а большая часть воды будет аккумулирована в атмосфере при очень высокой температуре.
2. Солнце будет «высасывать» воду из нашей атмосферы
Если в атмосфере останется вода, значит, будет еще надежда на существование человека и жизни в целом, верно? Не совсем так. По мере того, как Солнце продолжит превращаться в красного гиганта, вода, содержащаяся в атмосфере, будет подвергаться воздействию солнечного излучения. В итоге это приведет к распаду молекул, что позволит воде высвободиться из атмосферы в виде кислорода и водорода. Итак, после того, как океаны закипят, Солнце будет «высасывать» воду прямо из нашей атмосферы по капельке.
1. Ученые расходятся во мнениях, сколько времени это займет, но Солнце в конце концов умрет
Фото: Fsgregs at the English language Wikipedia project
Разные модели предсказывают разные варианты кончины нашей планеты. Но что касается Солнца, есть только один главный вопрос, вызывающий разногласия — сколько времени это займет. Некоторые модели предполагают, что жизнь быстро исчезнет, и в течение следующего миллиарда лет наша планета станет бесплодным куском камня. Другие думают, что некоторые формы жизни могут продержаться немного дольше, учитывая, какими сложными являются некоторые системы.
В конце концов, когда наша звезда станет красным гигантом, силы, вызывающие сжатие в ее центре, позволят поверхности расшириться. Наше Солнце, которое сейчас раскалено добела, остынет и станет раскаленным. Тем не менее, оно будет расти больше, гореть ярче, и в конечном итоге притянет Землю к своей массивной поверхности и сожжет ее. Или, может быть, Земля отойдет дальше от Солнца, когда оно потеряет массу, но в любом случае наша планета станет неузнаваемой мертвой скорлупой. Это будет ее конец.
Многие ученые сходятся во мнении, что однажды в далеком будущем наше Солнце, вероятно, уменьшится до размеров белого карлика, прежде чем у него полностью закончится топливо, и оно превратится в планетарную туманность. Исследователи полагают, что это займет около десяти миллиардов лет, но каковы шансы, что люди будут еще существовать, чтобы это засвидетельствовать? Давайте согласимся с тем, что такие шансы чертовски малы.
Источник