Далёкое будущее нашей Солнечной системы
Если привести историю Вселенной с момента Большого взрыва и до сегодняшнего дня к масштабу «одного вселенского года», как бы тогда выглядело наше будущее?
Чтобы полюбить что-либо, необходимо представить, что вы можете это потерять.
— Г. К. Честертон
Один из самых интересных связанных со Вселенной фактов состоит в том, что несмотря на небольшой срок наблюдений, всего несколько сотен лет, люди, изучавшие основные компоненты и силы, составляющие нас и остальную Вселенную, смогли точно разобраться в ней.
Законы природы почти полностью поняты. Мы знаем, что возраст нашей Вселенной составляет примерно 13,8 миллиардов лет, несмотря на то, что длительность наших наблюдений варьировалась от нескольких долей секунды до нескольких лет. Наши исследования законов природы позволяют нам заглянуть в отдалённую историю Вселенной и понять, какой она была 13,8 миллиардов лет назад, и как она пришла к такому состоянию.
Это тем более впечатляюще, если мы перейдём на логарифмическое мышление. В отдалённом прошлом Вселенной, когда ей было всего 380 000 лет, было ещё слишком горячо для того, чтобы могли сформироваться нейтральные атомы. Это мы видим в остаточном свечении Большого взрыва – в реликтовом излучении! Это было в то время, когда возраст Вселенной составлял 0,0028% от сегодняшнего, или 1/36 300 долю сегодняшнего возраста.
Мы можем экстраполировать и дальше, в то время, когда во Вселенной появились первые ядра атомов, когда нам было всего 200 секунд от роду, или 4 × 10 -16 текущего возраста. А ещё раньше было так горячо, что пары материя/антиматерия рождались спонтанно, когда возраст Вселенной составлял 10 -18 от её текущего возраста, и ещё дальше, когда все частицы, создаваемые нами в ускорителях, включая бозон Хиггса, часто встречались во Вселенной, на максимально доступных для нашего научного понимания энергиях, в возрасте 10 -28 от её текущего,
Недавно я сделал картинку, показывающую важные события в истории не только на логарифмической шкале, но и на сжатой линейной шкале: как выглядела бы наша история, если вместо 13,81 млрд лет сжать её до календарного года. Результат оказался потрясающим и очень хорошо демонстрирует временные перспективы, которые мы можем оценить.
Некоторые события со шкалы:
• 1 января в 0:14 испускается реликтовое излучение, и формируются первые нейтральные атомы
• 3 января появляются первые звёзды
• 13 января испускает свет самая далёкая из видимых нами галактик
• 14 февраля начинают формироваться крупномасштабные структуры
• 6 марта появляются первые сформировавшиеся галактические скопления
• 3 сентября формируются Солнце и протопланетный диск
• 21 сентября на Земле появляются первые формы жизни
• 12 октября погибает Марс, теряя атмосферу
• 2 декабря на Земле появляются первые организмы, размножающиеся половым путём
• 30 декабря в 6:25 утра происходит последнее Великое вымирание, включающее и динозавров
• 31 декабря в 23:53 появляются первые люди
• 31 декабря в 23:59:59 люди выходят в космос
Но эта картинка рассказывает только о прошедшей истории. А что насчёт нашего будущего? Как сказал известный физик Нильс Бор, очень сложно делать предсказания, особенно касающиеся будущего.
Могу сказать, что ничего особенно приятного нас не ждёт. Лично я проживу примерно до 00:00:00.1 1 января «второго Вселенского года». Известные нам созвездия будут более-менее узнаваемыми до 0:02, а через несколько минут начнётся следующий ледниковый период.
Но это всё происходит так быстро из-за очень сильного сжатия временной шкалы. Зачем отвлекаться на такие мелкомасштабные события, если мы можем думать по-крупному? Наши законы физики позволяют нам проводить экстраполяцию не только в прошлое, но и в будущее. И мы можем начать с крупнейшего по угловому размеру объекта в нашем ночном небе: галактики Андромеды.
Как столкнутся Млечный путь и Андромеда
Через 3-5 миллиардов лет галактика Андромеда (и, очень возможно, меньшая галактика Треугольника) сольются с Млечным путём, что приведёт к кардинальному изменению структуры нашей галактики и ночного неба. Сейчас она находится в 2,5 миллиона световых лет от нас, но движется к нам со скоростью в 43 км/с, и, судя по лучшим симуляциям первое столкновение и взрывное формирование звёзд (4-й кадр на изображении вверху) случится через 3,8 млрд лет – или 10 апреля «второго Вселенского года». Закончится оно через 5,5 миллиардов лет, то есть 25 мая.
Из-за гравитации локальная группа галактик в результате сольётся с нами, но из-за тёмной энергии все остальные галактики и скопления – не связанные с нами сегодня – убегут от нас и покинут наблюдаемую часть Вселенной через миллиарды или сотни миллиардов лет.
Но, ни ускоренное расширение Вселенной, ни столкновение галактик не повлияют на нашу Солнечную систему. Кстати, вы знаете, сколько звёзд, скорее всего, столкнутся друг с другом из-за слияния двух крупнейших галактик нашей локальной группы? Всего шесть штук, из триллиона! Так что лучше мы сфокусируемся на нашем уголке космоса в Солнечной системе и посмотрим, что будет происходить конкретно у нас.
Солнце будет разогреваться с возрастом и вскипятит океаны примерно через 1-2 миллиарда лет – то есть 8 февраля 2 года, плюс-минус 2 недели – и уничтожит жизнь на Земле. Через 5-7 миллиардов лет в ядре Солнца закончится горючее, из-за чего оно превратится в красного гиганта, поглотив Меркурий и Венеру. Это случится 8 июня, плюс-минус месяц. Из-за особенностей звёздной эволюции система Земля/Луна будет выброшена наружу, и мы будем избавлены от судьбы наших внутренних соседей.
После сжигания оставшегося ядерного горючего – в основном, гелия – Солнце отбросит верхние слои, из-за чего появится планетарная туманность, а его ядро сожмётся и превратится в белого карлика. Такова судьба почти всех звёзд в нашей Вселенной. Но планеты всё так же будут вращаться вокруг холодного и тусклого звёздного трупа, и этот процесс завершится через 9,5 млрд лет, или 8 сентября 2 года.
Всё это время Земля продолжит вращаться вокруг Солнца, а Луна – притягиваться к Земле. Именно из-за этого и существует вращательный момент – из-за воздействия внешней силы на вращающийся объект. В результате Луна отдалится от Земли, одновременно замедляя скорость её вращения. Замедление будет трудно заметить – продолжительность дня уменьшается всего на 1,4 миллисекунды за сто лет. Но время у нас есть.
И после 50 миллиардов лет период обращения Луны составит уже 47 дней (по сравнению с сегодняшними 27,3), а наш 24-часовой день тоже замедлится, и станет равным 47 сегодняшним дням. В этот момент Земля и Луна будут приливно связаны друг с другом, то есть будут сохранять то же самое положение в небе друг у друга. Это произойдёт 14 августа «5-го вселенского года».
Белые карлики, в конце концов, станут чёрными, остыв и излучив всю энергию. Это займёт очень много времени: порядка 10 16 лет по моим прикидкам, или примерно в миллион раз дольше текущего возраста Вселенной. Все их атомы будут на своих местах, просто их температура будет чуть выше, чем абсолютный ноль. В это время ночное небо будет чёрным, поскольку все звёзды нашей локальной группы выгорят. Это случится примерно в 724 000 вселенском году!
Примерно так будет выглядеть небо. Да, очень тёмным.
Галактика превратится в довольно жестокое место. Звёзды крайне малы по сравнению с расстояниями между ними – существует лишь 0,1% шанс того, что звезда типа Солнца на протяжении своего существования столкнётся с другой звездой. Но между нами, Андромедой и другими членами локальной группы существует порядка триллиона звёзд и звёздных останков. В этом хаосе типичная звёздная система может существовать очень долго без столкновений с чем-либо, но время у нас есть.
После примерно 10 21 лет чёрный карлик в центре Солнечной системы столкнётся с ещё одним чёрным карликом, что приведёт к появлению сверхновой типа Ia, и уничтожит остатки Солнечной системы. Это случится примерно в 100-миллиардном вселенском году – что во вселенских годах уже больше, чем сегодняшний возраст Вселенной в земных годах!
По крайней мере, это может случиться. Это может быть концом жизненного пути многих звёзд нашей локальной группы, но не всех. Ведь существует ещё один процесс, который, по моим подсчётам, более вероятен в нашем случае – это гравитационный выброс звезды из локальной группы, известный, как «резкая разрядка» [violent relaxation]. В присутствии множества тел на хаотичных орбитах иногда одно из них резко покидает орбиту, а остальные оказываются связанными ещё более сильно.
Это периодически происходит в шаровых скоплениях и объясняет как их компактность, так и большое число отдельно живущих голубых звёзд – или старых звёзд, объединившихся в группу – в ядре этих древних реликтов!
Если нас выбросит, что тогда? Будут ли оставшиеся планеты вращаться вокруг мёртвой звезды в центре Солнечной системы вечно?
Если это случится, то у Вселенной будет достаточно времени, чтобы решить, что делать с нашей системой. И мы бы оставались в таком состоянии вечно, если бы не это ужасное гравитационное излучение!
Наши орбиты будут очень медленно уменьшаться со временем. Это может занять очень долго, порядка 10 150 лет, но в итоге Земля, и все планеты, уменьшат свои орбиты и по спирали упадут на центральную массу Солнечной системы. В это время разница между обычными годами и вселенскими годами будет уже не принципиальной – просто отнимите 10 от степени, и получите 10 140 вселенских лет.
Ещё больше времени, 10 200 лет, если не больше, заняло бы спиральное падение последних нескольких звёзд локальной группы на центральную массу, оставшуюся от слияния Млечного пути и Андромеды. Но эта возможность меня уже не волнует.
Ведь этого не произойдёт! Поскольку находящаяся там чёрная дыра уже испарится благодаря излучению Хокинга! Оно устранит даже самые сверхмассивные чёрные дыры во Вселенной всего за 10 100 лет, а чёрные дыры солнечной массы – за 10 67 лет. Так что, если не существует иных механизмов разрушения, это самые большие временные промежутки, на которых может сохраниться то, что напоминает звёзды, галактики, чёрные дыры и солнечные системы.
Вот такое оно, далёкое будущее нашей Солнечной системы, основанное на известных нам сегодня законах физики!
Источник
Что ждет нашу Вселенную в будущем?
Судьба Вселенной определена законами природы, контролирующими и направляющими все события, которые в ней происходят. Будучи разумным и весьма и любопытным видом, мы поставили перед собой задачу узнать все эти законы, хотя и понимаем, что не в состоянии их изменить.
Наши нынешние знания в области астрономии помогают нам предположить, какие интересные события произойдут во Вселенной в далеком будущем. Итак, начнем:
Спустя 100 000 лет: смерть красного сверхгиганта
Красный сверхгигант — звезда Антарес настолько велика, что если ее разместить в центре нашей Солнечной системы, она поглотит орбиту Марса.
Солнце по сравнению со звездой Антарес. Источник: Википедия
Такие массивные, как Антарес, звезды сжигают свое ядерное топливо всего за несколько миллионов лет, а затем разрушаются под действием собственной чудовищной гравитации, что вызывает впечатляющий взрыв, называемый сверхновой. Взрыв Антареса будет настолько ярким, что будет виден на Земле даже днем, даже на расстоянии полутора тысяч световых лет! Земля будет находиться на достаточно безопасном расстоянии от этого события, и оно не будет являться для нас угрозой.
Через 300 000 лет: возможный поток гамма-лучей, который может уничтожить жизнь на Земле
Одна из звезд в звездной системе WR 104, расположенной 7500 световых лет от нас, находится на стадии, предшествующей появлению сверхновой. Существует вероятность того, что звезда при переходе в состояние сверхновой может создать плотно сфокусированный луч высокоэнергетических гамма-лучей с обоих своих полюсов. Такие гамма-всплески (GRB) признаны явлением с наибольшей энергетикой, присущей известным космическим объектам.
Представление художника о взрывающейся звезде, излучающей гамма-всплеск (GRB). Источник: ESO
Сфокусированные гамма-лучи могут легко уничтожить всю жизнь на нашей планете, даже если придут с относительно большого расстояния. Изучив свойства этой звезды, мы предполагаем, что GRB может произойти в направлении, которое приблизительно ориентировано на Землю. Существует очень небольшая вероятность того, что направление GRB будет именно таким, которое мгновенно уничтожит всю жизнь на Земле.
Через 1 миллиард лет: Солнце становится все больше и ярче
Прежде чем стать красным гигантом, Солнце увеличит свою яркость на 10%. Это в конечном итоге приведет к снижению уровня углекислого газа, что сделает невозможным фотосинтез. Более высокая светимость также увеличит среднюю температуру на Земле до таких значений, при которых испарятся все океаны. Добро пожаловать на Марс!
Иллюстрация художника о бесплодной Земле, лишенной океанов. Источник: Public Domain Pictures
С этого момента сложная жизнь на Земле станет практически невозможна. Земли, которую мы знаем сегодня, больше не будет. По мере того, как Солнце будет становиться все больше и ярче, вся жизнь на Земле постепенно погибнет, и средняя температура поверхности нашей планеты преодолеет отметку в тысячу градусов.
Через 4 миллиарда лет: столкновение галактик Андромеда и Млечный путь
Галактика Андромеда столкнется с галактикой Млечный Путь. Это будет великолепный гравитационный танец из триллионов звезд Андромеды и более 200 миллиардов звезд Млечного Пути. Но из-за огромных расстояний между каждой звездой очень маловероятно, что любые две звезды столкнуться в ходе этого процесса.
Столкновение двух галактик
Однако такое столкновение галактик создаст новые звезды из-за повышения плотности газообразного водорода. Объединенная галактика, скорее всего, будет эллиптической, и будет называться, к примеру, Андро-Путь. Ну или Млечномеда. Две сверхмассивные черные дыры (SBHs) в центре каждой из бывших галактик сольются в поистине гигантскую черную дыру, имеющую массу
1 миллиард масс Солнца!
Через 100 миллиардов лет: все солнцеподобные звезды мертвы, жизнь вокруг таких звезд невозможна
Чем больше звезда, тем быстрее и эффектнее ее смерть. Самые большие звезды Вселенной умирают всего за несколько миллионов лет, так как они быстро тратят свое ядерное топливо. Материал, выброшенный из них, в конечном итоге рождает менее массивные звезды, подобные Солнцу. Солнцеподобные звезды умирают медленнее, поскольку они потребляют свое ядерное топливо умеренно, и способны поддерживать жизнь на планетах, обращающихся вокруг них, в течение достаточно долгого времени.
Временная диаграмма, показывающая жизненный цикл солнечных звезд. Источник: Википедия
Максимальная продолжительность жизни таких звезд составляет не более
10 миллиардов лет, после чего они становятся умирающими белыми карликами, неспособными поддерживать жизнь вокруг себя.
Через 100 миллиардов лет все существующие солнцеподобные звезды будут долгожителями.
Вряд ли какие-либо новые звезды, подобные Солнцу, будут созданы после этого срока. Это связано с замедлением скорости звездообразования в галактике.
1 триллион лет: красные карлики — единственные звезды, которые еще существуют
Звезды, которые меньше Солнца, красные карлики, расходуют топливо еще медленнее. Продолжительность жизни таких звезд составляет
1-20 трлн. лет, что по крайней мере в 100 раз больше, чем жизнь солнцеподобных звезд. Известно, что около 75% из 200 миллиардов звезд в нашей галактике являются красными карликами, что делает их наиболее распространенным типом звезд. Таким образом красные карлики являются единственной надеждой на поддержание жизни в будущем.
Сравнение размеров звезды красного карлика с нашим Солнцем. Источник: НАСА
Поскольку звезды типа красного карлика довольно малы и распространены, в сочетании с их впечатляюще долгим «срокам службы», они будут существовать около100 трлн. лет. По сравнению с младенческим возрастом нашей Вселенной (
13,8 миллиарда лет), 100 триллионов лет возможного развития жизни вокруг красных карликовых звезд является довольно серьезным преимуществом в пользу этих маленьких звездочек.
Однако, как это не печально, примерно через 100 триллионов лет даже стойкие красные карлики умрут, не оставив звезд, способных сохранять жизнь.
Ближайшая звезда к Солнцу, Proxima Centauri, является красным карликом и находится всего в 4,3 световых годах от нас. Мы знаем, что делать, чтобы спасти себя.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник