С самого начала истории человечества люди поняли, что Солнце является центральной частью жизни, какой мы ее знаем. Важным свидетельством этого является бесчисленное множество мифологических и космологических систем по всему миру. Но когда наше понимание этого созрело, мы узнали, что Солнце было здесь задолго до нас и будет здесь еще долго после того, как мы уйдем. Сформировавшись примерно в 4,6 миллиарда лет назад, наше Солнце начало свою жизнь примерно за 40 миллионов лет до образования нашей Земли.
С тех пор Солнце находится в том, что известно как его Главная Последовательность, где ядерный синтез в его ядре заставляет его излучать энергию и свет, питая нас здесь, на Земле. Это продлится еще 4,5-5,5 миллиарда лет, после чего он истощит запасы водорода и гелия и претерпит серьезные изменения. Предполагая, что человечество все еще живо и в это время зовет Землю домой, мы можем рассмотреть возможность уйти с дороги!
Рождение нашего Солнца:
Преобладающая теория о том, как сформировались наша Солнце и Солнечная система, известна как Небулярная Теория, которая утверждает, что Солнце и все планеты начали миллиарды лет назад как гигантское облако молекулярного газа и пыли. Затем, примерно 4,57 миллиарда лет назад, это облако испытало гравитационный коллапс в своем центре, где все, от проходящей звезды до ударной волны, вызванной сверхновой, вызвало процесс, который привел к рождению нашего Солнца.
По сути, это произошло после того, как скопления пыли и газа начали собираться в более плотные районы. По мере того как эти области притягивали все больше и больше материи, сохранение импульса заставляло их вращаться, в то время как повышение давления заставляло их нагреваться. Большая часть материала оказалась в центре шара, в то время как остальная часть вещества была сплющена в большой диск, который обвился вокруг него.
Шар в центре в конце концов сформирует Солнце, а диск материала - планеты. Затем Солнце провело следующие 100 000 лет в качестве коллапсирующей протозвезды, прежде чем температура и давление во внутреннем пространстве зажгли термоядерный синтез в его ядре. Солнце зародилось как звезда T Tauri - дико активная звезда, которая взорвала сильный солнечный ветер. И всего несколько миллионов лет спустя он утвердился в своем нынешнем виде.
Основная последовательность:
За последние 4,57 миллиарда лет (дайте или возьмите день или два) Солнце было в Главной Последовательности своей жизни. Это характеризуется процессом, в котором водородное топливо под огромным давлением и температурой в его ядре превращается в гелий. В дополнение к изменению свойств составляющего его вещества, этот процесс также производит огромное количество энергии. В общем, каждую секунду 600 миллионов тонн вещества превращаются в нейтрино, солнечную радиацию и примерно 4 х 10.27 Вт энергии.
Естественно, этот процесс не может длиться вечно, поскольку он зависит от наличия вещества, которое регулярно потребляется. С течением времени все больше водорода превращается в гелий, ядро будет продолжать сокращаться, позволяя внешним слоям Солнца приблизиться к центру и испытать более сильную гравитационную силу.
Это будет оказывать большее давление на ядро, чему противостоит результирующее увеличение скорости, с которой происходит слияние. По сути, это означает, что, поскольку Солнце продолжает расходовать водород в своем ядре, процесс синтеза ускоряется, и выход Солнца увеличивается. В настоящее время это приводит к увеличению яркости на 1% каждые 100 миллионов лет и увеличению на 30% за последние 4,5 миллиарда лет.
Приблизительно через 1,1 миллиарда лет Солнце будет на 10% ярче, чем сегодня. Это увеличение светимости также будет означать увеличение тепловой энергии, которую поглощает атмосфера Земли. Это вызовет безудержный парниковый эффект, который похож на то, что превратило Венеру в ужасную теплицу, которой она является сегодня.
Через 3,5 миллиарда лет Солнце будет на 40% ярче, чем сейчас, что приведет к кипению океанов, постоянному таянию ледяных шапок и потере всех водяных паров в атмосфере в космос. В этих условиях жизнь, как мы знаем, не сможет выжить где-либо на поверхности, и планета Земля будет полностью преобразована в другой горячий, сухой мир, такой же, как Венера.
Фаза красного гиганта:
Через 5,4 миллиарда лет Солнце вступит в так называемую фазу своего красного гиганта. Это начнется, когда весь водород истощится в ядре, а накопившаяся там инертная гелиевая зола станет нестабильной и разрушится под действием собственного веса. Это заставит ядро нагреваться и становиться более плотным, в результате чего Солнце будет увеличиваться в размере.
Подсчитано, что расширяющееся Солнце станет достаточно большим, чтобы охватить орбиты Меркурия, Венеры и, возможно, даже Земли. Даже если Земля выживет, будучи поглощенной, ее новая близость к интенсивному теплу этого красного солнца опалит нашу планету и сделает жизнь совершенно невозможной для выживания. Однако астрономы отмечают, что с расширением Солнца орбита планеты, вероятно, также изменится.
Когда Солнце достигает этой поздней стадии своей звездной эволюции, оно теряет огромное количество массы благодаря мощным звездным ветрам. В основном, когда он растет, он теряет массу, заставляя планеты вращаться наружу. Таким образом, вопрос заключается в том, настигнет ли расширяющееся Солнце планеты, движущиеся по спирали наружу, или Земля (и, может быть, даже Венера) избежит своего захвата?
К.-П Шредер и Роберт Кэннон Смит - два исследователя, которые обратились к этому самому вопросу. В исследовательской работе под названием «Далёкое будущее Солнца и Земли обновлено», Который появился в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического обществаони провели расчеты с самыми современными моделями звездной эволюции.
По словам Шредера и Смита, когда Солнце станет красной гигантской звездой через 7,59 миллиарда лет, оно начнет быстро терять массу. К тому времени, когда он достигнет своего наибольшего радиуса, в 256 раз превышающего его текущий размер, он уменьшится до 67% от его текущей массы. Когда Солнце начнет расширяться, оно сделает это быстро, проникая во внутреннюю Солнечную систему всего за 5 миллионов лет.
Затем он войдет в свою относительно короткую (130 миллионов лет) фазу горения гелия, после чего он расширится за орбиту Меркурия, а затем и Венеры. К тому времени, когда он приблизится к Земле, он потеряет 4,9 х 1020 тонн массы каждый год (8% массы Земли).
Но выживет ли Земля?
Теперь это где-то вроде ситуации «хорошие новости / плохие новости». Плохие новости, согласно Шредеру и Смиту, в том, что Земля НЕ переживет расширение Солнца. Несмотря на то, что Земля может выйти на орбиту, которая на 50% дальше, чем там, где она находится сегодня (1,5 AU), у нее не будет шанса. Расширяющееся Солнце поглотит Землю незадолго до того, как оно достигнет вершины фазы красного гиганта, и у Солнца будет еще 0,25 АЕ и 500 000 лет для роста.
Попав в атмосферу Солнца, Земля столкнется с частицами газа. Его орбита распадется, и она будет двигаться по спирали внутрь. Если бы Земля была сейчас немного дальше от Солнца, на уровне 1,15 а.е., она бы смогла пережить фазу расширения. Если бы мы могли От себя наша планета на таком расстоянии, мы также будем в бизнесе Однако такие разговоры носят исключительно умозрительный характер и в настоящий момент являются областью научной фантастики.
А теперь хорошие новости. Задолго до того, как наше Солнце войдет в фазу Красного Гиганта, его обитаемая зона (как мы ее знаем) исчезнет. По оценкам астрономов, эта зона расширится за орбиту Земли примерно через миллиард лет. Нагревающее Солнце испарет океаны Земли, а затем солнечная радиация выбросит водород из воды. У Земли никогда не будет океанов, и она в конечном итоге станет расплавленной.
Да, это хорошие новости ... вроде. Но плюс в том, что мы можем с уверенностью сказать, что человечество будет вынуждено покинуть гнездо задолго до того, как оно поглотит Солнце. И учитывая тот факт, что мы имеем дело с временными рамками, которые намного превосходят все, с чем мы действительно можем иметь дело, мы даже не можем быть уверены, что какое-то другое катастрофическое событие не потребует нас раньше, или что мы не переместимся далеко за пределы нашего нынешнего времени. фаза эволюции.
Интересным дополнительным преимуществом будет то, как изменение границ обитаемой зоны нашего Солнца также изменит Солнечную систему. В то время как Земля, находящаяся всего в 1,5 а.е., больше не будет находиться в обитаемой зоне Солнца, большая часть внешней Солнечной системы будет. Эта новая обитаемая зона простирается от 49,4 а.е. до 71,4 а.е. - вглубь пояса Койпера - это означает, что ранее ледяные миры растают, а жидкая вода будет присутствовать за орбитой Плутона.
Возможно, Эрида станет нашим новым родным миром, карликовая планета Плутона станет новой Венерой, а Хомо, Макемаке, а остальное будет внешней «Солнечной системой». Но что, пожалуй, самое захватывающее во всем этом, так это то, что у людей даже возникает соблазн спросить, «будет ли он еще здесь в будущем», особенно когда это будущее наступит через миллиарды лет.
Каким-то образом темы того, что было до нас, и что будет здесь, когда мы уйдем, продолжают очаровывать нас. И когда имеешь дело с такими вещами, как наше Солнце, Земля и известная Вселенная, это становится совершенно необходимым. Наше существование до сих пор было вспышкой по сравнению с космосом, и как долго мы будем терпеть, остается открытым вопросом.
Мы написали много интересных статей о Солнце здесь, в журнале Space. Вот какого цвета Солнце? Какую звезду представляет Солнце? Как Солнце производит энергию? И Можем ли мы терраформировать Солнце?
В Astronomy Cast также есть несколько интересных эпизодов на эту тему. Проверьте их - Эпизод 30: Солнце, пятна и все, Эпизод 108: Жизнь Солнца, Эпизод 238: Солнечная активность.
Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с Руководством по солнечной системе НАСА.
