Содержание
Какие миры смогут выжить после гибели Солнца? / Хабр
Когда у нашего Солнца закончится горючее, оно станет красным гигантом, а затем превратится в планетарную туманность с белым карликом в центре. Туманность Кошачий Глаз – великолепный и красочный пример этой возможной судьбы, а замысловатая, многослойная и асимметричная форма этой туманности говорит о возможном наличии у звезды компаньона.
Ничто на Земле не вечно, и эта истина простирается даже на те объекты, что мы видим в нашем небе. Солнце, дарящее свет и тепло всем мирам Солнечной системы, будет сиять не вечно. Сейчас в его ядре происходит синтез гелия из водорода, в результате чего с каждой ядерной реакцией небольшое количество массы превращается в чистую энергию, согласно эйнштейновскому E = mc2.
Но это не может продолжаться вечно, ибо количество топлива в ядре ограничено. Солнце уже потеряло в этом процессе массу, эквивалентную массе Сатурна, а через 5-7 млрд лет полностью израсходует всё горючее в ядре.
Раздувшись до красного гиганта, оно в результате сбросит внешние слои, породив планетарную туманность, а его ядро сожмётся и превратится в белого карлика. Для внешнего наблюдателя это будет прекрасный и красочный вид. Но внутри Солнечной системы это приведёт к катастрофе.
Сегодня Солнце имеет весьма малый размер, по сравнению с гигантами, однако оно вырастет до размера Арктура в своей фазе красного гиганта, и раздуется до 250 раз от текущего размера. До чудовищного гиганта вроде Антареса ему никогда не дорасти.
Первое, что нужно знать о красных гигантах – они огромны. Нам кажется, что наше Солнце крупное: 1,4 млн км в поперечнике, с массой в 300 000 раз больше, чем у Земли, однако по сравнению с красным гигантом это ничто. С такой массой наше Солнце вырастет в 100 раз по сравнению с предыдущим размером, поглотив Меркурий и Венеру. Земля, скорее всего, будет вытолкнута дальше, во время роста и потери массы Солнцем, и хотя её и может поглотить звезда, учёные пока спорят о том, выживет она или нет.
Если расчёты верны, Солнце не должно будет поглотить Землю, когда оно раздуется до красного гиганта. Однако она должна будет стать очень горячей и претерпит катастрофические изменения.
В таком случае Земля и Марс превратятся в обуглившиеся, бесплодные миры. Океаны и атмосферы этих планет вскипят и исчезнут с поверхности, и эти миры станут безвоздушными и горячими, как сегодняшний Меркурий. Эти эффекты будут простираться далеко за пределы орбит внутренних скалистых миров Солнечной системы.
Видите ли, красные гиганты не просто огромны, они также всё ещё разогреты до многих тысяч градусов, а сияют в тысячи раз ярче, чем сегодняшнее Солнце. Большая часть выброшенного материала – по массе составляющего от трети до половины Солнца – останется разогретым до экстремальных температур и дойдёт до внешних краёв нашей Солнечной системы. Астероиды расплавятся, потеряв все летучие компоненты, и от них останутся только скалистые ядра.
В астероидах есть некоторое количество летучих компонентов, и они часто демонстрируют хвосты, приближаясь к Солнцу.
Со временем, когда Солнце дорастёт до красного гиганта, эти астероиды расплавятся, потеряют все летучие материалы, и станут либо кучками булыжников, либо расплавленными камнями – в любом случае, став гораздо меньше текущих размеров
Но газовые гиганты будут достаточно массивными, чтобы и дальше удерживать свои газовые одежды, которые, возможно, даже вырастут, когда Солнце войдёт в эту фазу. К примеру, сегодня мы находим на орбите вокруг красных гигантов только газовых гигантов, размером гораздо больше даже Юпитера. Возможно, это результат селекции – и мы видим их потому, что их легче всего увидеть – но, возможно, это результат неизбежного процесса.
Огромные количества материала, покидающего Солнце, будут сталкиваться с гигантскими мирами, обладающими мощными гравитационными полями. Большая часть материала, которая встретится с этими атмосферами, издаст шлепок космических масштабов и увеличит размер и массу этих миров. В результате Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун могут оказаться крупнее и массивнее, чем сегодня.
Визуально сразу бросается в глаза большой разрыв между размерами миров земного типа и планет типа Нептуна – и превращение Солнца в красного гиганта лишь увеличит эту разницу. Земля и Марс потеряют атмосферы, а, возможно, и часть поверхности, при этом газовые гиганты вырастут, поглощая больше и больше материи, когда Солнце будет сбрасывать внешнюю оболочку.
Однако Солнце станет таким ярким и горячим, что большая часть внешней Солнечной системы будет полностью уничтожена. У каждого из газовых гигантов есть свои кольца; наиболее известны кольца Сатурна, но у всех наших четырёх гигантов они есть. В основном они состоят из различных льдов – водяного, метанового и замёрзшего углекислого газа. Благодаря экстремальной энергии, выдаваемой Солнцем, эти льды не просто расплавятся – их отдельные молекулы приобретут такую энергию, что их выкинет за пределы Солнечной системы.
Кольца Нептуна, снятые на широкоугольную камеру аппарата Вояджер-2 с большой экспозицией.
Можно видеть, насколько они непрерывны. Кольца Нептуна, как и кольца всех газовых гигантов, состоят из летучих ледяных компонентов, и расплавятся, вскипят и сублимируют, когда Солнце превратится в красного гиганта.
То же будет верно для лун, богатых водой, вращающихся вокруг этих миров. Замёрзшая поверхность Европы, под которой находится водяной лёд, полностью выкипит. То же случится и с Энцеладом, у которого испарится практически всё, кроме скалистого ядра с примесью металлов. Практически все луны Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна значительно уменьшатся в размере, их атмосферы выкипят, их внешние слои расплавятся и исчезнут; останутся лишь ядра этих спутников, состоящие из камня и металла. Некоторые луны, полностью состоящие из летучих веществ, могут полностью исчезнуть.
Энцелад – луна Сатурна, почти полностью состоящая из водяного льда. Столб материи, извергающийся с него, свидетельствует о наличии большого подповерхностного океана, но увеличившаяся яркость Солнца приведёт к его выкипанию, и оставит лишь голое ядро.
Даже крупнейшие и хорошо известные объекты пояса Койпера не защищены от этой беды. Даже миры, находящиеся на таких огромных расстояниях, как Тритон, Эрида или Плутон будут получать в четыре раза больше энергии на единицу поверхности, чем сегодня получает Земля. Их атмосферы и поверхности, ныне покрытые различными типами льда, и, возможно, содержащие подповерхностные океаны, также полностью испарятся. Когда Солнце станет красным гигантом, и внутренние миры превратятся в обгорелые останки или будут поглощены Солнцем, миры типа Плутон не станут потенциально обитаемыми планетами: они сгорят. Они превратятся в голые ядра из камня и металла, и станут похожими на сегодняшний Меркурий.
Геологическая структура под поверхностью равнины Спутника. Возможно, что на Плутоне под тонкой корой находится океан жидкой воды. Когда Солнце станет красным гигантом, все внешние слои сублимируются и выкипят, оставив за собой лишь ядро из камня и металла.
Несколько десятков или сотен миллионов лет будет надежда на наличие более приемлемых условий на поясе Койпера, на расстоянии в 80-100 раз большем, чем расстояние от Солнца до Земли.
На этот небольшой, по космическим меркам, промежуток времени объекты на этом расстоянии будут получать примерно столько же солнечного света, сколько сегодня получает Земля. Однако для обитаемости миру нужно нечто большее, чем солнечный свет; нужно иметь достаточно массы, подходящий размер и соответствующие ингредиенты. Луна и Земля очень сильно отличаются по обитаемости, несмотря на получение практически идентичного количества солнечной энергии на единицу площади.
Орбиты известных седноидов, вместе с предполагаемой Девятой планетой. Даже когда Солнце станет красным гигантом, Девятая планета – чьё существование и так спорно – не дойдёт до температуры, достаточной для того, чтобы стать потенциально обитаемой. Другие миры пояса Койпера, даже те, что окажутся на нужном расстоянии, будут слишком мелкими с этой точки зрения.
Однако даже гипотетическая Девятая планета окажется слишком далёкой для того, чтобы стать потенциально обитаемой, а всё, что окажется на нужном расстоянии, будет слишком мелким для того, чтобы там смогла существовать жизнь.
Солнечная система станет расплавленной катастрофой, где останутся только голые ядра планет, лун и других объектов. Газовые гиганты, возможно, разбухнут и вырастут, растеряют свои кольца и многие спутники, но всё остальное станет не более чем кусками мусора, богатыми металлом. Если вы надеетесь, что замёрзшие внешние миры Солнечной системы, наконец, получат свой шанс блеснуть, вы будете разочарованы. Когда Солнце дойдёт до конца своей жизни, эти миры, как и наши надежды на выживание, столкнутся с тем, что всё самое важное расплавится и исчезнет.
Больше статей на научно-популярную тему вы сможете найти на сайте Golovanov.net. Читайте: когда появились тёмная материя и тёмная энергия; можно ли создать жизнь в лаборатории; кто выживет после гибели Солнца; серию статей по космологии «Спросите Итана».
Напоминаю, что проект существует только благодаря поддержке читателей (банковские карты, яндекс.деньги, вебмани, биткоины, да хоть как). Спасибо всем, кто уже оказал поддержку!
BBC Russian — Наука и техника
Последнее обновление: среда, 22 августа 2012 г.
, 12:57 GMT 16:57 MCK
- Версия для печати
Через пять миллиардов лет Солнце станет красным гигантом и, возможно, поглотит Землю
Астрономам удалось зафиксировать некоторые свидетельства того, что звезда поглотила одну из планет в своей системе. Такая же судьба может ждать и Землю через миллиарды лет, считают ученые.
Группа астрономов обнаружила необычные изменения в химическом составе красной звезды, свидетельствующие о том, что одна из планет была недавно поглощена звездой.
Ученые также полагают, что некоторые планеты переместились на другие орбиты из-за процесса исчезновения соседней планеты.
Результаты исследования астрономов были опубликованы в научном журнале Astrophysical Journal Letters.
Открытие было сделано группой ученых из США, Испании и Польши во время изучения звезды BD+48 740 — одной из тех, которые называют красными гигантами.
Красные гиганты – это старые звезды, в ядре которых уже закончилось горение водорода. Предположительно, Солнце станет красным гигантом примерно через 5 млрд лет.
Исследования проводились с помощью телескопа Hobby Eberly в обсерватории американского штата Техас.
Красные гиганты
Когда звезда превращается в красного гиганта, температура на ее поверхности начинает расти, сама звезда увеличивается в размерах, а это означает, что планеты, расположенные на ближайших к звезде орбитах, неминуемо должны погибнуть.
«Похожая судьба может ждать и планеты Солнечной системы через пять миллиардов лет, когда Солнце превратится в красную звезду, начнет расширяться и поглотит Землю», — говорит профессор университета Пенсильвании Александр Вольшчан.
О том, что звезда поглотила планету, позволяет судить особый химический состав звезды.
Спектроскопический анализ звезды BD+48 740 показал необычно высокий уровень содержания лития — очень редкого элемента, который, как считается, появился в результате Большого взрыва 14 млрд лет назад.
Попадая в поле звезды, литий очень быстро исчезает, поэтому наличие этого элемента в химическом составе старой звезды очень нехарактерно.
«Теоретики определили, что за исключением Большого взрыва, есть всего несколько обстоятельств, которыми можно объяснить такое явление», — говорит профессор Вольшчан.
«В случае с BD+48 740 наличие высокого уровня лития в химическом составе звезды можно объяснить поглощением одной из планет», — говорит ученый.
Необычная орбита
Еще одно свидетельство в пользу этого предположения – сильно вытянутая, необычной эллиптической формы орбита новой планеты, обнаруженной в системе красного гиганта. При этом новая планета как минимум в 1,6 раз массивнее Юпитера.
Один из исследователей из университета имени Коперника в Польше Анджей Неджелски говорит, что такие орбиты редко встречаются даже в системах красных гигантов.
«По правде говоря, орбита планеты в системе BD+48 740 – самая вытянутая из всех нам известных», — добавляет ученый.
Такая необычная форма орбиты объясняется гравитационным взаимодействием планет.
Астрономы предполагают, что процесс поглощения звездой одной из планет мог сопровождаться выбросом энергии, которая повлияла на форму орбиты большой планеты.
«Поймать момент, когда планета поглощается звездой, — практически нереальная задача из-за скорости этого процесса, однако свидетельства этого события могут быть обнаружены с помощью анализа химического состава звезды», — говорит Эва Виллавер из Автономного университета Мадрида.
«Мы заметили, что у большой планеты, обнаруженной в системе красного гиганта, сильно вытянутая орбита. Это может быть одним из свидетельств того, что звезда недавно поглотила одну из планет», — говорит астроном.
красных гигантов: факты, определение и будущее Солнца
Расширяющиеся красные гиганты поглощают планеты с близкой орбитой. В нашей Солнечной системе Солнце поглотит Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю.
(Изображение предоставлено Джеймсом Гитлином/STScI AVL)
Красный гигант — умирающая звезда, находящаяся на завершающей стадии звездной эволюции.
Примерно через пять миллиардов лет наше собственное Солнце превратится в красного гиганта, расширится и поглотит внутренние планеты — возможно, даже Землю.
Что ждет в будущем свет нашей Солнечной системы и других подобных ей?
Факты о звездах: основы названий звезд и звездная эволюция
Формирование гиганта
Большинство звезд во Вселенной являются звездами главной последовательности — теми, которые превращают водород в гелий в своих ядрах посредством ядерного синтеза.
В течение их «нормальной» жизни внешнее давление синтеза внутри звезд главной последовательности уравновешивает внутреннее давление гравитации. Однако, как только синтез ядра прекращается, гравитация берет верх и начинает сжимать звезду.
«Это повышает внутреннюю температуру звезды и воспламеняет водородную оболочку, горящую вокруг инертного ядра», — написал Технологический университет Суинберна в Австралии в объяснении звездной эволюции .
«Тем временем гелиевое ядро продолжает сжиматься и повышаться температура, что приводит к увеличению скорости генерации энергии в водородной оболочке», — продолжает объяснитель.
«Это заставляет звезду сильно расширяться и увеличивать светимость — звезда становится красным гигантом».
Красные гиганты увеличиваются в диаметре до 62–620 миллионов миль (от 100 миллионов до 1 миллиарда километров) — в 100–1000 раз шире, чем наше Солнце сегодня. Поскольку энергия этих звезд распределена по такой большой площади, температура их поверхности на самом деле относительно низкая, достигая всего от 4000 до 5800 градусов по Фаренгейту (от 2200 до 3200 градусов по Цельсию), что составляет немногим более половины температуры Солнца. Это изменение температуры заставляет звезды светиться в более красной части спектра, что приводит к названию «красный гигант», хотя они часто выглядят более оранжевыми.
Тем не менее, температура ядра красных гигантов продолжает расти по мере дальнейшего сжатия ядра, в конечном итоге достигая уровня, при котором гелий плавится, образуя углерод. (Этот процесс известен как «тройной альфа-процесс », поскольку в нем участвуют три изотопа гелия-4, или альфа-частицы.
) Если звезда как минимум в 2,2 раза массивнее нашего Солнца, преобразование гелия в углерод воспламенение является относительно постепенным процессом. А вот у менее массивных звезд это происходит со взрывной вспышкой.
В конце концов, гелий в ядре заканчивается, и синтез прекращается. Ядро снова сжимается, а гелиевая оболочка сразу за ним воспламеняется, как это произошло с водородом вскоре после того, как звезда сожгла свои запасы первоначального топлива.
Это воспламенение заставляет внешние слои гиганта расширяться еще больше, но его ядро продолжает разрушаться само по себе. Звезда со временем становится невероятно компактной, превращаясь в сверхплотный объект, известный как белый карлик. Примерно во время этого перехода звезда выбрасывает свои внешние слои в огромные облака газа и пыли, известные как планетарные туманности. (Вводящее в заблуждение название было дано ранними астрономами, которые думали, что эти небесные достопримечательности выглядят как планеты.) Эти оболочки намного больше и тусклее, чем их родительские звезды.
Проведя около 1 миллиарда лет в качестве красного гиганта, наше собственное Солнце станет белым карликом, упаковав большую часть своей первоначальной массы в сферу размером примерно с Землю. Эта участь ожидает и многие другие звезды — на самом деле все они менее чем в восемь раз массивнее Солнца.
Сценарий конца жизни гигантских звезд иной. Звезды примерно в 8-40 раз массивнее Солнца, например, проходят фазу «красного сверхгиганта». Их ядра разогреваются настолько, что сжигают углерод, чего никогда не будет делать наше Солнце, и в конце концов они погибают в результате мощных взрывов сверхновых. Когда все сказано и сделано, эти массивные звезды оставляют после себя либо нейтронную звезду, либо черную дыру.
И все это происходит довольно быстро, по космическим меркам, потому что огромные звезды очень быстро сжигают свое топливо. Например, в то время как наше Солнце будет в конечном итоге синтезировать водород в своем ядре в течение примерно 10 миллиардов лет, звезды, которые станут красными сверхгигантами, истощат свои запасы всего за 10 миллионов лет или около того.
И они проходят другие этапы поздней жизни даже быстрее.
Одни из самых ярких и известных звезд на ночном небе — красные сверхгиганты. Бетельгейзе, образующая плечо созвездия Ориона (Охотник), является красным сверхгигантом. Как и Антарес, самая яркая звезда в созвездии Скорпиона.
Связанный: Удивительные фотографии взрывов сверхновых
Изучение красных гигантов
В последние годы астрономы внимательно изучили несколько относительно близких красных гигантов, узнав больше о том, как действуют эти гиганты.
Например, в 2017 году международная группа астрономов исследовала поверхность красного гиганта π1 Груиса с помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории. Они обнаружили, что звезда, которая находится примерно в 530 световых годах от Земли, имеет всего несколько конвективных ячеек или гранул, каждая из которых имеет диаметр около 75 миллионов миль (120 миллионов километров). Для сравнения, на Солнце около двух миллионов конвективных ячеек, каждая из которых имеет размер около 930 миль (1500 км) в поперечнике.
В том же году исследователи использовали радиотелескоп Atacama Large Millimeter/submmillimeter Array в Чили для изучения W Hydrae, красного гиганта, обнаруженного примерно в 320 световых годах от Земли. Они нашли удивительно яркое, компактное пятно в атмосфере гиганта.
«Наши измерения яркого пятна показывают, что в атмосфере звезды существуют мощные ударные волны, температура которых достигает более высоких температур, чем предсказывают современные теоретические модели», — Тео Хури, астроном из Технологического университета Чалмерса в Швеции и соавтор исследования. отчет о результатах исследования, говорится в заявлении в то время (открывается в новой вкладке).
Красные сверхгиганты также становятся более четкими. Например, Бетельгейзе начала заметно тускнеть осенью 2019 года и к февралю следующего года потеряла около двух третей своей видимой яркости. Некоторые астрономы считали, что гигантская звезда, возможно, вступает в предсмертную агонию, последние стадии перед тем, как она будет уничтожена взрывом сверхновой.
Однако к апрелю 2020 года Бетельгейзе, которая в 11 раз массивнее нашего Солнца и в 900 раз больше по объему, вернулась к своему нормальному уровню яркости. Похоже, что «Великое затемнение» было вызвано облаком космической пыли, которое временно попало между звездой и телескопами здесь, на Земле. Исследователи считают, что некоторое внутреннее охлаждение звезды также могло сыграть свою роль.
Истории по теме:
Будущее Солнца
Примерно через пять миллиардов лет наше собственное Солнце перейдет в фазу красного гиганта. Когда он расширится, его внешние слои поглотят Меркурий и Венеру, а также достигнут Земли. Ученые до сих пор спорят, будет ли наша планета поглощена или она будет вращаться в опасной близости от красного гигантского солнца. В любом случае жизнь, какой мы ее знаем на Земле, перестанет существовать.
На самом деле жизнь на поверхности нашей планеты, скорее всего, будет уничтожена задолго до того, как Солнце превратится в красного гиганта.
Наша звезда нагревалась на протяжении тысячелетий, как и звезды главной последовательности такой же массы, и через несколько сотен миллионов лет она станет достаточно горячей, чтобы начать испарять океаны. Так что, возможно, нашему раздувшемуся красному гигантскому солнцу не так много осталось, чтобы его уничтожить.
«Будущее Земли — умереть, когда солнце вскипит в океанах, но раскаленные камни выживут», — сказал Рейтер астрофизик Дон Курц из Университета Ланкашира .
Однако наше изменяющееся солнце может дать надежду другим планетам. Когда звезда превращается в красного гиганта, она меняет «обитаемую зону» своей родной системы — диапазон орбитальных расстояний, на котором на поверхности мира может существовать жидкая вода. Поскольку звезда остается красным гигантом в течение примерно миллиарда лет, вполне возможно, что жизнь может возникнуть на удаленных планетах и спутниках, которые, наконец, получат некоторое тепло.
«Когда звезда стареет и становится ярче, обитаемая зона смещается наружу, и вы, по сути, даете второе дыхание планетарной системе», — сказал исследователь экзопланет Рамзес М.
Рамирес, исследователь из Института Карла Сагана Корнельского университета. заявление (откроется в новой вкладке). «В настоящее время объекты в этих внешних регионах заморожены в нашей собственной солнечной системе, такие как Европа и Энцелад — спутники, вращающиеся вокруг Юпитера и Сатурна».
Однако окно возможностей будет открыто ненадолго. Когда Солнце и другие меньшие звезды уменьшатся до размера белых карликов, живительный свет рассеется. И сверхновые от более крупных звезд могут представлять другие проблемы с обитаемостью.
Дополнительные ресурсы
Вы можете найти хорошее введение в основы звездной эволюции на этой странице Технологического университета Суинберна (открывается в новой вкладке) и от НАСА здесь (открывается в новой вкладке). Чтобы узнать больше о красных гигантах, ознакомьтесь с этой лекцией (откроется в новой вкладке), опубликованной Орегонским университетом. А на сайте экзопланет НАСА есть хорошее резюме (откроется в новой вкладке) того, что произойдет в нашей Солнечной системе, когда Солнце станет красным гигантом.
- Ястроу, Роберт. «Красные гиганты и белые карлики: эволюция звезд, планет и жизни», Харпер и Роу, 19 лет.67. https://www.amazon.com/Red-giants-white-dwarfs-evolution/dp/B0006BO9H8 (открывается в новой вкладке)
- Ландау, Элизабет. «Жизнь и смерть планетной системы». https://exoplanets.nasa.gov/life-and-death/intro/ (открывается в новой вкладке)
- НАСА, «Жизненные циклы звезд: как образуются сверхновые». https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/lessons/xray_spectra/background-lifecycles.html (открывается в новой вкладке)
- Vlemmings, Wouter et al. «Ударно нагретая атмосфера асимптотической звезды ветви гигантов, разрешенная ALMA», Nature Astronomy 1, 848–853 (2017). https://www.nature.com/articles/s41550-017-0288-9(открывается в новой вкладке)
Подписывайтесь на Нолу Тейлор Редд по телефону @NolaTRedd или по телефону в Facebook . Следите за нами по телефону @Spacedotcom (открывается в новой вкладке) или по телефону Facebook (открывается в новой вкладке) .
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Нола Тейлор Тиллман — автор статей для Space.com. Она любит все, что связано с космосом и астрономией, и наслаждается возможностью узнать больше. Она имеет степень бакалавра английского языка и астрофизики в колледже Агнес Скотт и проходила стажировку в журнале Sky & Telescope. В свободное время она обучает своих четверых детей дома. Подпишитесь на нее в Twitter на @NolaTRedd
.
Солнце не умрет в течение 5 миллиардов лет, так почему же людям на Земле осталось всего 1 миллиард лет?
Через несколько миллиардов лет Солнце станет красным гигантом настолько большим, что поглотит нашу планету. Но Земля станет непригодной для жизни гораздо раньше. Примерно через миллиард лет солнце станет достаточно горячим, чтобы вскипятить наши океаны.
Солнце в настоящее время классифицируется как звезда «главной последовательности». Это означает, что он находится в наиболее стабильной части своей жизни, превращая водород, присутствующий в его ядре, в гелий. Для звезды размером с нашу эта фаза длится немногим более 8 миллиардов лет. Нашей Солнечной системе чуть более 4,5 миллиардов лет, поэтому Солнце находится чуть больше половины своего стабильного жизненного цикла.
Даже звезды умирают
После 8 миллиардов лет счастливого сжигания водорода в гелий жизнь Солнца становится немного интереснее. Все меняется, потому что в ядре Солнца заканчивается водород — остается только гелий. Проблема в том, что солнечное ядро недостаточно горячее или плотное, чтобы сжигать гелий.
В звезде гравитационная сила притягивает все газы к центру. Когда у звезды есть водород для горения, создание гелия создает достаточное внешнее давление, чтобы уравновесить гравитационное притяжение. Но когда в ядре звезды не остается ничего, что могло бы гореть, в дело вступают гравитационные силы.
В конце концов эта сила сжимает центр звезды до такой степени, что он начинает сжигать водород в небольшой оболочке вокруг мертвого ядра, которое все еще полно гелия. Как только Солнце начнет сжигать больше водорода, оно будет считаться «красным гигантом».
Процесс сжатия в центре позволяет внешним областям звезды расширяться наружу. Горящий водород в оболочке вокруг ядра значительно увеличивает яркость Солнца. Поскольку размер звезды увеличился, поверхность остывает и становится раскаленной докрасна. Поскольку звезда ярче, краснее и физически больше, чем раньше, мы называем эти звезды «красными гигантами».
Огненная гибель Земли
Общеизвестно, что Земля как планета не переживет превращение Солнца в полноценную красную гигантскую звезду. Поверхность Солнца, вероятно, достигнет нынешней орбиты Марса, и, хотя орбита Земли, возможно, также немного расширилась наружу, этого будет недостаточно, чтобы спасти ее от втягивания в поверхность Солнца, после чего наша планета быстро распадаются.
Жизнь на планете столкнется с проблемами задолго до того, как сама планета распадется. Еще до того, как Солнце закончит сжигать водород, его нынешнее состояние изменится. Солнце увеличивает свою яркость примерно на 10% каждый миллиард лет, когда оно сжигает водород. Увеличение яркости означает увеличение количества тепла, получаемого нашей планетой. По мере нагревания планеты вода на поверхности нашей планеты начнет испаряться.
Увеличение светимости Солнца на 10% по сравнению с текущим уровнем звучит не так уж и много, но это небольшое изменение яркости нашей звезды будет довольно катастрофическим для нашей планеты. Это изменение является достаточным увеличением энергии, чтобы изменить расположение обитаемой зоны вокруг нашей звезды. Пригодная для жизни зона определяется как диапазон расстояний от любой данной звезды, где жидкая вода может быть стабильной на поверхности планеты.
Великолепное корональное массовое извержение.
НАСА, CC BY
При увеличении яркости нашей звезды на 10% Земля больше не будет находиться в обитаемой зоне.
Это ознаменует начало испарения наших океанов. К тому времени, когда Солнце перестанет сжигать водород в своем ядре, Марс окажется в обитаемой зоне, а Земля будет слишком горячей, чтобы поддерживать воду на своей поверхности.
Неопределенные модели
Это 10-процентное увеличение яркости солнца, вызывающее испарение наших океанов, произойдет в течение следующего миллиарда лет или около того. Прогнозы того, насколько быстро будет разворачиваться этот процесс, зависят от того, с кем вы разговариваете. Большинство моделей предполагают, что по мере испарения океанов все больше и больше воды будет находиться в атмосфере, а не на поверхности. Это будет действовать как парниковый газ, улавливая еще больше тепла и заставляя все больше и больше океанов испаряться, пока земля не станет в основном сухой, а атмосфера будет удерживать воду, но при чрезвычайно высокой температуре.
Когда атмосфера насыщается водой, вода, находящаяся в самых высоких частях нашей атмосферы, будет подвергаться бомбардировке высокоэнергетическим солнечным светом, который расщепляет молекулы и позволяет воде выйти в виде водорода и кислорода, в конечном итоге обескровливая Земля сухая от воды.