Вселенная сегодня


Новости космоса и астрономии



Всемирное координированное время (UTC): Суббота, 24.06.2017, 18:08

Вселенная Сегодня » 2016 » Ноябрь » 5 » Выживет ли Земля, когда Солнце станет красным гигантом?

05.11.2016
Выживет ли Земля, когда Солнце станет красным гигантом?
Автор: Matt Williams

Иллюстрация выжженной Земли, когда Солнце вступило в фазу красного гиганта. Предоставлено: Wikimedia Commons/Fsgregs.

С начала истории человечества люди поняли, что Солнце является центральной частью их жизни. Свидетельством тому является важность бесчисленных мифологических и космологических систем по всему миру (например, гелиоцентрическая система мира). Но так как наше понимание этого созревало со временем, мы узнали, что Солнце было задолго до нас, и будет существовать ещё долго после того, как мы уйдём. Образовавшись около 4,6 миллиарда лет назад, наше Солнце начало свой жизненный цикл за 40 миллионов лет до образования Земли.


Как мы знаем, Солнце - это звезда главной последовательности, где термоядерный синтез в его ядре заставляет его излучать энергию и свет, "питая" нас здесь на Земле. Это продлится ещё 4,5 - 5,5 миллиардов лет, после чего оно исчерпает запас водорода и гелия и пройдёт через ряд серьёзных изменений. Предполагая, что человечество всё ещё живёт и называет Землю своим домом в то время, мы возможно захотели бы выбраться отсюда!

Рождение нашего Солнца

Популярная теория о том, как образовалось Солнце и Солнечная Система, - это Небулярная Гипотеза, которая гласит, что Солнце и все планеты сформировались миллиарды лет назад в гигантском облаке молекулярного газа и пыли. Тогда приблизительно 4,57 миллиарда лет назад это облако испытало гравитационный коллапс в центре из-за пролетающей мимо звезды или сверхновой, вызвавшими ударную волну, запустившую процесс, который привёл к рождению нашего Солнца.

В целом, это произошло после того, как карманы пыли и газа начали собираться в более плотные участки. Пока эти регионы притягивали всё больше и больше материи, сохранение импульса заставило их начать вращаться, в то же время увеличивающееся давление заставило их нагреваться. Большая часть вещества собралась в шар в центре, в то время как остальная материя была распределена в большом плоском диске, который окружал этот шар.


Молодые звёзды имеют диски из газа и пыли вокруг себя, называемые протопланетным диском. Из этого диска образуются планеты, а присутствие водяного льда в диске влияет на то, где сформируются различные типы планет. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech.

Шар в центре в конечном счёте образует Солнце, в то время как диск из вещества сформирует планеты. Затем в течение следующих 100 000 лет Солнце будет коллапсирующей протозвездой перед тем, как температура и давление внутри него запустят термоядерный синтез. Наше Солнце началось как звезда Т Тельца - дико-активная звезда с вырывающимися наружу интенсивными солнечными ветрами. Спустя несколько миллионов оно приняло нынешнюю форму.

Звезда главной последовательности

За прошедшие 4,57 миллиарда лет Солнце находилось в главной последовательности своей жизни. Что характеризуется процессами, где водородное топливо при невероятных давлении и температуре в ядре звезды превращается в гелий. В дополнение к изменению свойств составляющей его материи, этот процесс также производит огромное количество энергии. Учёные считают, что наша звезда каждую секунду превращает 600 миллионов тонн вещества в нейтрино, солнечное излучение и примерно 4 х 1027 ватт энергии.

Естественно, этот процесс не может длиться вечно, он зависит от присутствия материи, которую можно регулярно потреблять. А время идёт, и водород превращается в гелий, ядро продолжит сжиматься, позволив внешним слоям Солнца переместиться ближе к центру и испытать большую гравитационную силу.

Это создаст большее давление в ядре, которое испытывает сопротивление со стороны итогового увеличения скорости прохождения термоядерного синтеза. В целом, это значит, что Солнце продолжит расходовать водород в своём ядре, процесс термоядерного синтеза ускорится, и выработка нашей звезды возрастёт. В настоящее время это приводит к 1% приросту светимости каждые 100 миллионов лет, и 30% приросту в итоге за прошедшие 4,5 миллиарда лет.


Жизненный цикл звезды, похожей на Солнце, от её рождения слева до её эволюции в красного гиганта справа спустя миллиарды лет. Предоставлено: ESO/M. Kornmesser.

Приблизительно через 1,1 миллиарда лет с текущего времени Солнце станет ярче на 10%. Этот прирост в светимости будет означать прирост и в тепловой энергии, которую поглощает атмосфера Земли, что запустит парниковый эффект, подобный тому, что превратил Венеру в страшный ад в наши дни.

Через 3,5 миллиарда лет наша звезда будет ярче на 40%, чем сейчас, что приведёт к закипанию океанов, постоянному таянию ледяных шапок на полюсах, и весь водяной пар из атмосферы будет утерян в космосе. При таких условиях жизнь, которую мы знаем, не сможет выжить на поверхности планеты Земля, и наша планета полностью преобразуется в ещё один горячий и сухой мир, такой как Венера.

Фаза красного гиганта

Через 5,4 миллиарда лет с текущего времени Солнце войдёт в так называемую фазу красного гиганта в своей эволюции. Это начнётся, когда в ядре истощатся все запасы водорода, а инертный гелий, накопившийся там, станет нестабилен и коллапсирует под собственным весом. Это приведёт к нагреву ядра и его уплотнению, после этого наша звезда вырастет в размерах.

Учёными подсчитано, что расширяющееся Солнце вырастет настолько сильно, что поглотит орбиту Меркурия, Венеры и может даже Земли. Даже если Земля бы выжила, её близость в сильному жару этого красного гиганта опалила бы нашу планету и сделала её совершенно непригодной для жизни. Однако астрономы отметили, что когда Солнце расширится, то и орбиты планет скорей всего изменятся.



Когда наша звезда достигнет этой последней стадии в своей эволюции, она потеряет огромное количество массы в виде мощных звёздных ветров. В общем, когда она вырастет, то потеряет массу, заставив планеты двигаться по спирали наружу из Солнечной Системы. Поэтому вопрос состоит в том, обгонит ли расширяющееся Солнце планеты, двигающиеся по спирали наружу, или Земля (или может даже Венера) избежит этой участи?

К. Шредер и Роберт Кэннон Смит - двое исследователей, пытающиеся ответить на этот вопрос. В своей исследовательской статье под названием "Ещё раз о далёком будущем Солнца и Земли", появившейся в журнале "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society", они пробежались в расчётах самых последних моделей звёздной эволюции.

По словам Шредера и Смита, когда Солнце станет красным гигантом через 7,59 миллиарда лет. оно начнёт быстро терять массу. К тому времени, когда оно достигнет своего наибольшего радиуса, в 256 раз больше текущего размера, Оно будет иметь всего 67% от своей текущей массы. Когда Солнце начнёт расширение, это произойдёт настолько быстро, что пронесётся через всю внутреннюю Солнечную Систему всего за 5 миллионов лет.

Именно тогда наступит относительно короткий период (130 миллионов лет) - фаза сжигания гелия, в этот момент звезда расширится до орбиты Меркурия, а затем и Венеры. К тому времени, когда она достигнет Земли, наша звезда будет терять 4,9 х 1020 тонн массы ежегодно (8% массы Земли).

Но выживет ли Земля?

Сейчас я вам сообщу плохие и хорошие новости. Плохие новости, по словам Шредера и Смита, заключаются в том, что Земля НЕ выживет при расширении Солнца. Даже если бы Земля перешла на более отдалённую орбиту, на 50% дальше сегодняшней её орбиты (1,5 а.е.), у неё не было бы шансов. Расширяющаяся звезда поглотит нашу планету прежде, чем достигнет конца фазы красного гиганта, и Солнце продолжит расширяться ещё на 0,25 а.е. в течение 500 000 лет.


Изображение художником красного гиганта. Предоставлено: NASA/ Walt Feimer.

Оказавшись внутри солнечной атмосферы, Земля столкнётся с частицами газа. Её орбита нарушится, и она начнёт двигаться по спирали к звезде. Если бы Земля была чуть дальше от Солнца, чем сейчас, в 1,15 а.е., она смогла бы пережить фазу расширения нашей звезды. Если мы смогли бы оттолкнуть нашу планету на это расстояние, с нами скорее всего было бы всё хорошо. Однако такие разговоры носят исключительно спекулятивный характер и из области научной фантастики на данный момент.

А теперь к хорошим новостям. Задолго до того, как наша звезда войдёт в фазу красного гиганта, её зона обитаемости сдвинется. Астрономы оценивают, что эта зона будет простираться мимо орбиты Земли через миллиард лет. Нагрев Солнцем испарит океаны Земли, а затем солнечное излучение вырвет водород из молекул воды. Земля больше никогда не будет иметь океанов, и в конечном счёте станет расплавленной.

Да, это хорошие новости... Но обратная сторона этого в том, что мы можем с уверенностью сказать, что человечество будет вынуждено покинуть свою родную планету, прежде чем её поглотит Солнце. И учитывая тот факт, что мы имеем дело со сроками далеко за пределами того, с чем мы можем иметь дело, мы совершенно не уверены, что какая-то другая катастрофа ни истребит нас раньше, или что мы не сможем уйти далеко от нашей текущей эволюционной фазы.

Интересный побочный эффект будет в том, что изменение границ зоны обитаемости Солнца изменит Солнечную Систему. Эта новая зона обитаемости будет простираться от 49,4 а.е. до 71,4 а.е. - как раз до Пояса Койпера - это значит, что ранее ледяные миры растают, и жидкая вода будет существовать за орбитой Плутона.



Возможно, карликовая планета Эрида будет нашим новым домом, карликовая планета Плутон будет новой Венерой, а Хаумеа, Макемаке и остальные объекты будут находится во внешней Солнечной Системе. Но что, пожалуй, самое увлекательное из всего этого то, как люди могут спросить "будет ли всё это в будущем всё еще здесь?", особенно когда данное будущее настанет через миллиарды лет.

Почему-то объекты, которые были до нас, и которые будут здесь после того, как мы уйдём, продолжают нас очаровывать. И когда имеешь дело с вещами как Солнца, Земля и известная Вселенная, это становится совершенно необходимым. До сих пор наше существование было вспышкой по сравнению с космосом, и сколько мы вытерпим, остаётся открытым вопросом.


Название прочитанной вами статьи "Выживет ли Земля, когда Солнце станет красным гигантом?".

Похожие статьи:
Категория: Космический справочник | Просмотров: 1144 | Теги: солнце, красный гигант, Земля | Рейтинг: 0.0/0
Читайте также:
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]