Что случится с солнцем в будущем
Что случится с Солнцем в будущем?
Череда невероятных совпадений привела к тому, что где-то в бесконечном космическом океане, в ничем не примечательной галактике возле самой обычной звезды зародилась жизнь. Это немного странно, но именно энергия Солнца позволила мне написать эту статью, а вам – прочитать ее. Солнце – символ самой жизни. Неудивительно, что наши предки поклонялись ему, наделяя звезду божественной силой. Но если жизнь на Земле когда-нибудь исчезнет, что произойдет с Солнцем? Современная наука и технологии позволили нам не только заглянуть в прошлое Вселенной, но и предсказать будущие события. Из этой статьи вы узнаете, поглотит ли Солнце Венеру, Меркурий и Землю.
Наше Солнца – самая обычна звезда по галактическим меркам
Начнем с того, что Солнце – это обычная звезда. Она озаряет Солнечную систему светом и теплом, устанавливая суточные циклы сна и бодрствования у всех живых организмов на нашей планете. Но Солнце не всегда будет таким. Наступит время, когда наша родная звезда погибнет, а вся Солнечная система превратится в очень неприятное место. Важно понимать, что все физические процессы протекающие на Солнце, в значительной степени определяют физику планет (по крайней мере ближайших к звезде).
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 150 миллионов километров. Свет преодолевает это расстояние за 8 минут. Для сравнения – следующая ближайшая к нам звезда Проксима Центавра находится от нас на расстоянии 4 световых лет.
Астрономы классифицируют Солнце как молодую звезду с высоким содержанием металлов. Это значит, что Солнце образовалось из останков более древних звезд. Текущий возраст нашего светила исследователи оценивают приблизительно в 4,6 миллиардов лет, а значит, звезда прожила примерно половину своей жизни, так как ее взросление – фаза главной последовательности – длится 10 миллиардов лет. После завершения этого срока наступит следующий этап ее эволюции. По мере того, как Солнце расходует запасы своего водородного топлива, оно становится все горячее, а его светимость увеличивается. К тому моменту, когда Солнце отметит свой 5,6 миллиардный день рождения, оно будет в 11 раз ярче, чем сегодня.
Ничто во Вселенной не вечно, тем более звезды
Исследователи полагают, что уже к этому моменту на нашей планете либо произойдет кардинальное изменение жизни, либо она и вовсе исчезнет. Вообще, некоторые ученые считают, что человеческая цивилизация погибнет задолго до того, как Солнце превратится в красного гиганта. Подробнее об этом я рассказывала в предыдущей статье.
Красный гигант
Красные гиганты – это звезды, в ядрах которых горение водорода прекратилось. По этой причине в ядре больше не выделяется энергия и оно начинает быстро сжиматься и нагреваться под действием сил гравитации. Так как во время сжатия температура ядра поднимается, то оно поджигает водород в окружающем ядро тонком слое.
Превращение желтого карлика в красного гиганта является одним из самых необычных превращений, известных современной науке: гелиевое ядро Солнца, размером с гигантскую планету, сжимается и нагревается. В ответ на это Солнце станет шире в 100 раз. Разросшееся светило поглотит Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю. Астрономы, наблюдающие из другой Солнечной системы, классифицировали бы эту раздутую версию нашего Солнца как красного гиганта.
Еще больше интересных статей о нашей галактике, Солнечной системе и Вселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.
Необходимо отметить, что с превращением Солнца в красный гигант неизбежно произойдут новые виды термоядерных реакций, в результате которых ядро звезды еще больше сожмется и нагреется. Когда температура ядра достигнет 100 миллионов градусов по Цельсию, гелий воспламенится и начнет плавиться в углерод и кислород. Это приведет к тому, что Солнце будет несколько уменьшаться, но через некоторое время – и в течение следующих 100 миллионов лет – оно снова начнет расширяться. На последней фазе жизни произойдет циклический, мягкий выброс газа – астрономы называют это планетарной туманностью.
Вот какую красоту оставляют после себя красные гиганты
Еще три с половиной миллиарда лет спустя яркость Солнца возрастет на 40%. К этому времени, как полагают исследователи, наша планета превратится в нечто, напоминающее современную Венеру: вода с поверхности Земли полностью исчезнет, что приведет к окончательной гибели всех наземных организмов (при условии, что они смогли адаптироваться к изменившимся условиям миллиарды лет назад). Спустя еще 6,4 миллиардов лет, Солнце начнет относительно быстро расширяться, сохраняя постоянную светимость. В итоге через 7 миллиардов лет от настоящего времени наша родная звезда превратится в субгиганта – звезду, в ядре которой закончилось все водородное топливо.
Сегодня около 10 миллиардов красных гигантов пылают в галактике Млечный Путь. Среди всех этих старых звезд, возможно, некоторые породили новую жизнь в далеких мирах, наподобие Европы и Энцелада. Как думаете, могут ли формы жизни развиваться на планетах во время разных этапов звездной эволюции? Поделитесь ответом в комментариях к этой статье и присоединяйтесь к участникам нашего Telegram чата, где мы общаемся обо всем на свете.
Что случится с Солнцем в будущем?
Череда невероятных совпадений привела к тому, что где-то в бесконечном космическом океане, в ничем не примечательной галактике возле самой обычной звезды зародилась жизнь. Это немного странно, но именно энергия Солнца позволила мне написать эту статью, а вам – прочитать ее. Солнце – символ самой жизни. Неудивительно, что наши предки поклонялись ему, наделяя звезду божественной силой. Но если жизнь на Земле когда-нибудь исчезнет, что произойдет с Солнцем? Современная наука и технологии позволили нам не только заглянуть в прошлое Вселенной, но и предсказать будущие события. Из этой статьи вы узнаете, поглотит ли Солнце Венеру, Меркурий и Землю.
Начнем с того, что Солнце – это обычная звезда. Она озаряет Солнечную систему светом и теплом, устанавливая суточные циклы сна и бодрствования у всех живых организмов на нашей планете. Но Солнце не всегда будет таким. Наступит время, когда наша родная звезда погибнет, а вся Солнечная система превратится в очень неприятное место. Важно понимать, что все физические процессы протекающие на Солнце, в значительной степени определяют физику планет (по крайней мере ближайших к звезде).
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 150 миллионов километров. Свет преодолевает это расстояние за 8 минут. Для сравнения – следующая ближайшая к нам звезда Проксима Центавра находится от нас на расстоянии 4 световых лет.
Астрономы классифицируют Солнце как молодую звезду с высоким содержанием металлов. Это значит, что Солнце образовалось из останков более древних звезд. Текущий возраст нашего светила исследователи оценивают приблизительно в 4,6 миллиардов лет, а значит, звезда прожила примерно половину своей жизни, так как ее взросление – фаза главной последовательности – длится 10 миллиардов лет. После завершения этого срока наступит следующий этап ее эволюции. По мере того, как Солнце расходует запасы своего водородного топлива, оно становится все горячее, а его светимость увеличивается. К тому моменту, когда Солнце отметит свой 5,6 миллиардный день рождения, оно будет в 11 раз ярче, чем сегодня.
Ничто во Вселенной не вечно, тем более звезды
Исследователи полагают, что уже к этому моменту на нашей планете либо произойдет кардинальное изменение жизни, либо она и вовсе исчезнет. Вообще, некоторые ученые считают, что человеческая цивилизация погибнет задолго до того, как Солнце превратится в красного гиганта. Подробнее об этом я рассказывала в предыдущей статье.
Красный гигант
Красные гиганты – это звезды, в ядрах которых горение водорода прекратилось. По этой причине в ядре больше не выделяется энергия и оно начинает быстро сжиматься и нагреваться под действием сил гравитации. Так как во время сжатия температура ядра поднимается, то оно поджигает водород в окружающем ядро тонком слое.
Превращение желтого карлика в красного гиганта является одним из самых необычных превращений, известных современной науке: гелиевое ядро Солнца, размером с гигантскую планету, сжимается и нагревается. В ответ на это Солнце станет шире в 100 раз. Разросшееся светило поглотит Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю. Астрономы, наблюдающие из другой Солнечной системы, классифицировали бы эту раздутую версию нашего Солнца как красного гиганта.
Необходимо отметить, что с превращением Солнца в красный гигант неизбежно произойдут новые виды термоядерных реакций, в результате которых ядро звезды еще больше сожмется и нагреется. Когда температура ядра достигнет 100 миллионов градусов по Цельсию, гелий воспламенится и начнет плавиться в углерод и кислород. Это приведет к тому, что Солнце будет несколько уменьшаться, но через некоторое время – и в течение следующих 100 миллионов лет – оно снова начнет расширяться. На последней фазе жизни произойдет циклический, мягкий выброс газа – астрономы называют это планетарной туманностью.
Вот какую красоту оставляют после себя красные гиганты
Еще три с половиной миллиарда лет спустя яркость Солнца возрастет на 40%. К этому времени, как полагают исследователи, наша планета превратится в нечто, напоминающее современную Венеру: вода с поверхности Земли полностью исчезнет, что приведет к окончательной гибели всех наземных организмов (при условии, что они смогли адаптироваться к изменившимся условиям миллиарды лет назад). Спустя еще 6,4 миллиардов лет, Солнце начнет относительно быстро расширяться, сохраняя постоянную светимость. В итоге через 7 миллиардов лет от настоящего времени наша родная звезда превратится в субгиганта – звезду, в ядре которой закончилось все водородное топливо.
Сегодня около 10 миллиардов красных гигантов пылают в галактике Млечный Путь. Среди всех этих старых звезд, возможно, некоторые породили новую жизнь в далеких мирах, наподобие Европы и Энцелада. Как думаете, могут ли формы жизни развиваться на планетах во время разных этапов звездной эволюции? Поделитесь ответом в комментариях к этой статье и присоединяйтесь к участникам нашего Telegram чата, где мы общаемся обо всем на свете.
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).
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.
Туманное будущее: какая судьба ждёт наше Солнце
Из гиганта в карлика
Согласно многочисленным исследованиям, жизненный цикл звёзд, сопоставимых по массе с Солнцем, как правило, длится около 10 млрд лет. Таким образом, наше небесное светило, возраст которого 5 млрд лет, уже прошло половину своего эволюционного пути.
Астрофизики из Манчестерского университета (Великобритания) спрогнозировали, какой будет вторая половина жизни Солнца, и пришли к неожиданным выводам.
С помощью компьютерной модели учёные определили, что примерно через 4—4,5 млрд лет ядро Солнца нагреется до такой степени, что своими палящими лучами уничтожит всё живое на Земле. Затем оболочка Солнца начнёт рассеиваться, превращаясь в массивное кольцо из межзвёздной пыли и газа — планетарную туманность. При этом ядро, в котором постепенно прекратятся термоядерные реакции, остынет, превратившись в белого карлика.
Описанному сценарию эволюции следует около 90% звёзд. Однако раньше считалось, что Солнце слишком мало, чтобы на нём происходили подобные процессы. Более того, согласно расчётам британских астрофизиков, перед тем как превратиться в белого карлика, ядро Солнца раскалится в три раза быстрее, чем предполагалось ранее.
Ряд российских учёных поддержали выводы своих коллег с Туманного Альбиона.
«Термоядерное топливо постепенно заканчивается в недрах Солнца. Сейчас в его ядре водород превращается в гелий, на следующей стадии гелий будет превращаться в углерод и кислород. Через несколько миллиардов лет солнечное ядро настолько раскалится, что водород в окружающей его оболочке начнёт сгорать. Из-за этого внешние слои звезды будут рассеиваться, образуя планетарную туманность. Затем Солнце перейдёт в стадию красного гиганта. Ядро останется и, постепенно остыв и сжавшись, превратится в белого карлика, лишённого собственных источников термоядерной энергии», — рассказал в интервью RT доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ им. М.В. Ломоносова Сергей Попов.
Учёный, как и исследователи из Манчестерского университета, считает, что жизнь на Земле исчезнет гораздо раньше из-за резкого роста мощности солнечного излучения.
В поисках запасной планеты
Российские эксперты полагают, что интенсивность солнечного излучения резко вырастет примерно через 1 млрд лет. Это, в свою очередь, приведёт к радикальным изменениям климата на Земле.
«Температура на планете станет настолько высокой, что вся вода постепенно испарится. Жизнь исчезнет гораздо раньше, чем Солнце превратится в красного гиганта», — отметил Попов.
По словам учёных, в свете последних апокалиптических прогнозов возможное переселение человечества на другую планету не выглядит таким уж фантастическим.
«Есть версия, что Марс — самое подходящее место: на этой планете сила тяготения гораздо меньше, чем на Земле, поэтому нам будет легче приспособиться к жизни там. Другие планеты даже рассматривать не стоит», — сказала в беседе с RT ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ им. М.В. Ломоносова Елена Сейфина.
Наиболее перспективной для жизни Красную планету считает и сотрудник ГАИШ МГУ им. М.В. Ломоносова Михаил Кузнецов.
«В пределах нашей Солнечной системы с наименьшими затратами колонизировать получится Марс. Но без освоения Луны это, наверное, будет невозможно осуществить. Дело в том, что разработанные для колонизации технологии нужно будет испытывать, обкатывать, и лучше это делать где-то поближе, где более безопасно, например на Луне», — отметил Кузнецов.
По мнению учёного, если какое-либо развитое государство поставит цель ускоренно усовершенствовать технологии для освоения планет, то колонизация будет возможна уже через 15—20 лет.
«Если говорить о нашем государстве, то пока таких целей в космической программе нет. Всё зависит от того, насколько востребовано будет космическое пространство для промышленной деятельности», — подытожил Кузнецов.
Последний вздох Ученые назвали срок гибели всего живого на Земле. Как именно это произойдет?
В будущем, примерно через семь миллиардов лет, Солнце станет горячее и превратится в красный гигант, который, скорее всего, поглотит Землю. Но планета перестанет быть пригодной для обитания живых организмов намного раньше. Это произойдет не только из-за испарения океанов, но и из-за серьезных изменений в составе атмосферы. «Лента.ру» подробно рассказывает о новой научной работе ученых из США и Японии, которые считают, что максимальный срок существования сложной жизни на Земле — около одного миллиарда лет.
Тысячи судеб
В настоящее время биосфера Земли поддерживает долю кислорода в атмосфере на уровне 20 процентов за счет фотосинтезирующих организмов. Известно, что большую часть истории Земли уровень кислорода был ниже, чем в наши дни, а его концентрация в атмосфере начала повышаться только после появления наземных растений. Эволюция биосферы ускорила геохимические циклы таких важных для жизни химических элементов, как фосфор. Однако фотосинтеза самого по себе недостаточно для поддержания высокого уровня кислорода на планете.
Предыдущие исследования, посвященные обитаемости Земли в будущем, были сосредоточены на взаимосвязи между разогреванием Солнца при его превращении в красного гиганта, карбонат-силикатным геохимическим циклом и потерями воды. С течением времени, по мере того как Солнце становится ярче, концентрация углекислого газа будет падать, что нарушит важные для биосферы геохимические циклы. Ряд теоретических моделей предполагает, что климат Земли в ближайшие два миллиарда лет станет влажным из-за мощного парникового эффекта, в результате чего большое количество воды начнет улетучиваться из стратосферы в космос.
Круговорот углерода на Земле
В новом исследовании ученые спрогнозировали обитаемость Земли в будущем на основе подробной модели, отслеживающей влияние Солнца на такие геохимические циклы, как цикл углерода, кислорода, фосфора и серы. Специалисты добавили к этому цикл метана, включающий метаболизм живых организмов, а также окислительно-восстановительный обмен между корой и мантией, позволяющий отследить процессы, контролирующие уровень кислорода в атмосфере в геологических масштабах времени. Такая модель способна охватить миллиарды лет истории планеты в будущем.
Исследователи использовали стохастический подход, случайным образом подбирая значения параметров для модели, включая изменения в скорости дегазации мантии Земли, а также ускорения эрозии. Они задали начальные условия (этап инициализации) для Земли 600 миллионов лет назад, а затем прогнали модель приблизительно 400 тысяч раз, охватив эволюцию планеты до настоящего времени. Из всей выборки прогонов лишь около пяти тысяч воспроизвели условия на Земле, приближенные к современным. Именно они были использованы для прогнозирования будущего.
Все плохо
Несмотря на некоторую неопределенность, ни по одному из сценариев обогащенная кислородом атмосфера не будет существовать дольше 1,5 миллиарда лет. Это реализуется лишь в заведомо невозможном сценарии, где Солнце не увеличивает свою яркость.
Именно уменьшение количества поступающего в атмосферу углекислого газа приведет к фотохимической дестабилизации атмосферы и резкому падению уровня кислорода. Это происходит как за счет геохимического цикла углерода, затрагивающего цикл кислорода, так и из-за снижения биосферной активности, то есть глобального фотосинтеза. Так, растения с С3-фотосинтезом (большинство растений используют именно этот тип фотосинтеза) исчезнут примерно через 500 миллионов лет, что ударит по атмосферной оксигенации.
Сравнительные размеры Солнца в настоящее время и красного гиганта
Из-за исчезновения растений подавляется химическое выветривание и связанный с ним цикл фосфора, при котором важное минеральное вещество попадает с суши в океан. Уровень активности морских экосистем со временем тоже уменьшится.
Биосфера на Земле станет похожа на ту, что существовала во времена архея, до Великого кислородного события 2,45 миллиарда лет назад. В частности, уровень атмосферного кислорода при новом равновесном состоянии окажется на много порядков ниже, чем в настоящее время, а уровень метана резко возрастет. В то же время будет одно существенное отличие: снижение уровня углекислого газа, что увеличивает соотношение CH4 и CO2 и приводит к появлению органической дымки.
После того как глобальная температура поверхности Земли превысит 300 кельвинов, дальнейшее потепление начнет подавлять остаточную наземную и морскую биосферную активность. В любом случае на планете не сможет жить никто, кроме микроорганизмов.
Другие миры
Как пишут авторы работы, органическая дымка может послужить биосигнатурой (признаком существования жизни) на планетах типа Земли, находящихся в системе звезд главной последовательности. Такой потенциальной планетой считается, например, Kepler-452b, вращающаяся вокруг звезды G2, чей возраст достигает примерно шесть миллиардов лет. В настоящее время этот мир получает от родительской звезды на 10 процентов больше тепла, чем Земля от Солнца. Органическая дымка также способна обеспечить долгосрочную стабильность нового типа климата в будущем.
Представление художника о гибели Земли
Использованные учеными модели включали влияние биосферы Земли, однако планеты могут иметь и совершенно непохожие биосферы — например, лишенные растительного покрова. Чтобы изучить, насколько существенно это влияние, ученые исключили земную биосферу из модели. Как и ожидалось, отсутствие наземных растений приводит к более низким уровням атмосферного O2 на протяжении всей планетарной эволюции. Однако кислорода все равно останется достаточно в течение миллиарда лет, чтобы его можно было обнаружить с помощью астрономических инструментов. Такой результат предполагает, что наличие или отсутствие земной биосферы (но не биосферы вообще) оказывает лишь вторичное влияние на деоксигенацию воздушной оболочки.
Работа исследователей поможет поиску потенциально пригодных для жизни планет, поскольку время, когда существует кислородная атмосфера, сильно ограничено, и лишь часть истории Земли будет характеризоваться надежно обнаруживаемыми уровнями кислорода. Прямое обнаружение O2 в видимом диапазоне длин волн будет сложной задачей на протяжении большей части времени существования планеты типа Земли за исключением 1,5-2 миллиарда лет. Это примерно соответствует 20-30 процентам времени существования Земли как обитаемого мира, включая эпоху микробов. В то же время наблюдения за следами озона в ультрафиолетовых волнах могут расширить это «окно».