Судьба Солнца и Солнечной системы – каково наше прошлое и будущее. Ученые подтверждают, что с солнцем происходят странные аномалии Солнце что с ним будет

Астрономы вплоть до конца 30-х годов прошлого века придер­живались версии о том, что история Солнечной системы закон­чится в полнейшей тьме и холоде, а Землю ожидает весьма неза­видное будущее. Считалось, что Солнце просто-напросто начнет постепенно угасать , отдавая все меньше и меньше энергии.

Земля из-за этого превратится в ледяной мир, лишенный света и тепла, и положение на нашей планете в будущем окажется даже хуже, чем сейчас на Плутоне. Такого же мнения о судьбе Солнца и Земли придерживается и большинство простых людей, хотя наука давно «написала» сценарий дальнейшего развития Солнечной системы.

Откуда астрономы могли узнать, что будет с Солнцем и пла­нетами через миллионы и миллиарды лет? Это стало возмож­ным благодаря многочисленным наблюдениям и созданию на их основе нескольких теорий, подтверждающихся на практике. В частности, сейчас существует работающая теория эволюции звезд , благодаря которой можно с уверенностью сказать, что было с той или иной звездой в далеком прошлом и что ожидает ее в будущем.

Если не вдаваться в подробности, то общий смысл этой тео­рии сводится к следующему: развитие, жизнь и гибель звезды зависит от ее первоначальной массы и химического состава. При этом звезды одного класса (близкие по массе, размерам, химическому составу, светимости, цвету и т. д.) «проживают» одинаковую жизнь - однотипно развиваются и гибнут.

Все это в полной мере относится и к нашему Солнцу - его будущее легко предсказывается на основе наблюдений за мил­лионами звезд и согласно разработанной теории звездной эво­люции. По этой теории, наше светило находится примерно на половине своего жизненного цикла , но его «смерть» будет совсем не такой, как было описано вначале.

Солнце относится к звездам средних размеров , которых больше всего во Вселенной. Такие звезды являются достаточно стабильными, а их общая продолжительность жизни состав­ляет более 20 миллиардов лет. Здесь не зря говорится именно об общей продолжительности существования звезды - на раз­ных этапах своего развития одна и та же звезда представляет собой совершенно разные объекты с непохожими характери­стиками и качествами.

В настоящее время Солнце находится на самом стабильном и самом продолжительном этапе своей жизни - он начался око­ло 4,59 миллиарда лет назад, а закончится не ранее чем через 4, а то и 5 миллиардов лет. Поэтому и говорят, что время жизни нашего светила составляет примерно 10 миллиардов лет - ведь потом Солнце уже будет совсем не таким , как сейчас.

Итак, примерно через 4,5 миллиарда лет Солнце начнет ме­няться. Эти изменения будут вызваны уменьшением количества водорода и увеличением количества гелия (ведь, как известно, на Солнце сейчас наблюдаются термоядерные реакции синтеза гелия из водорода, в ходе которых и выделяется огромная энер­гия). Наше светило будет постепенно увеличиваться в размерах и буквально краснеть . При этом невидимое глазом ядро звезды, в котором и собрана основная масса водорода с гелием, будет сжиматься и сильно разогреваться.

Но на этапе красного гиганта Солнце не остановится - даль­ше его развитие будет продолжаться гораздо быстрее. Так, через 7,8 миллиарда лет в ядре звезды сложатся условия, при которых начнется термоядерное «горение» гелия, в ходе которого будут выделяться кислород и углерод. Эта стадия очень неустойчива, внешняя оболочка будущего Солнца будет еще сильнее расши­ряться и даже может достигнуть современной орбиты Земли. Но вот что интересно - наша планета не сгорит в атмосфере звезды.

Дело в том, что Солнце, будучи красным гигантом, будет стремительно «худеть», то есть терять свою массу - это связано с усилившимся солнечным ветром. И к тому времени как звезда достигнет орбиты Земли, она станет гораздо менее массивной, что скажется на вращении всех планет. Согласно законам не­бесной механики, при снижении массы центрального объекта все вращающиеся вокруг него тела отдаляются, расширяя свои орбиты, то есть Земля просто-напросто перейдет на более даль­нюю орбиту и не будет сожжена Солнцем. Но даже это не спасет все, что будет находиться к тому времени на нашей плане­те - повышение температуры будет таково, что даже атмос­фера улетучится в космос, а о существовании жизни даже и говорить не приходится.

Как было сказано, этот период солнечной жизни крайне не­устойчив, но он не завершится взрывом - масса Солнца для этого недостаточна. Вместо взрыва внутреннее давление ядра относительно «тихо» сорвет внешнюю оболочку звезды. Эта обо­лочка, постепенно расширяясь, образует так называемую плане­тарную туманность, которая через несколько десятков тысяч лет полностью рассеется в космическом пространстве.

На месте Солнца останется маленькая звезда , сравнимая по размерам с Землей, - белый карлик (будет ли в то время су­ществовать наша планета, неизвестно, тут уж как повезет). Эта звезда светит за счет накопленного тепла, а его в белом карлике достаточно - по современной теории, температура внутри звез­ды достигает нескольких миллионов градусов. Время существо­вания такой звезды даже по астрономическим меркам огромно - оно может доходить до сотен миллиардов и даже триллионов лет! Постепенно белый карлик будет остывать, тускнеть и, наконец, должен полностью остыть и стать «трупом» звезды - темным, холодным и неподвижным.

Так что Землю ожидает незавидная судьба. Сначала нашей планете предстоит стать раскаленным пустынным шариком, лишенным воды, воздуха и жизни. А потом, если ей удастся уцелеть при сбросе оболочки красного гиганта, она станет хо­лодным спутником едва греющего и со временем угасающего белого карлика.

Часто ли Вы, уважаемый читатель, смотрите на небо? Не заставляет ли Вас повседневная жизненная суета не замечать тот величественный и прекрасный мир, который окружает нас и нашу родную Землю? Красота и грандиозность мироздания просто потрясает воображение.

Тайны Вселенной, хотя и медленно, но постепенно открываются современной наукой. В любой науке без предположений и гипотез не обойтись. Что же тогда говорить о таких науках, как астрономия и астрофизика! Поговорим сегодня о гипотезах, связанных с так называемым концом света. Конечно, в нашем человеческом понимании под концом света имеется в виду гибель человеческой цивилизации, гибель Земли как обители живых существ и как космического объекта.

Гибели света, если под этим понимать Вселенную, вероятно, не будет никогда. Наука установила, что локальные катаклизмы во Вселенной происходят непрерывно и постоянно. Речь идет о гибели звёзд с их планетными системами и даже целых галактик. Но вместо погасших, погибших звёзд вспыхивают новые... Материю нельзя уничтожить, она из одного вида переходит в другой. Но от этих общих и, наверное, правильных рассуждений нам, людям Земли, необходимо перейти к рассуждениям о неминуемой гибели , а значит, и Земли.

По современным представлениям, продолжительность "жизни" таких звёзд, как наше Солнце, составляет 10-12 миллиардов лет. Считается, что половину этого срока Солнце уже "отработало", а значит, половина водородного топлива уже сожжена в его недрах. Как видим, правильно говорится, что всё на свете когда-то кончается. Если говорить серьёзно о конце света, т.е. о конце жизни на Земле, то это может случиться значительно раньше того момента, когда окончательно погаснет наше Солнце или (на стадии гибели) оно увеличит свои размеры настолько, что орбита Земли станет меньше, чем диаметр Солнца со всеми вытекающими отсюда последствиями. Причин для этого более чем достаточно. Итак, сегодня мы познакомимся с гипотезами о том, как будет погибать наше Солнце.

Современная наука считает, что Солнце может существовать ещё 5-6 миллиардов лет, причём в течение сотен миллионов лет останется стабильным, каким оно выглядит в настоящее время. Но изменения, конечно, будут происходить и постепенно влиять на Землю и человечество. Предположения о том, какие именно изменения произойдут с нашим Солнцем и чем они могут закончиться, сделаны учеными по результатам наблюдений за подобными звёздами, проходящими различные стадии своего развития. Некоторые гипотезы рождены в последнее время в результате компьютерного моделирования многочисленных вариантов возможного поведения нашего Солнца на том этапе, когда оно постепенно исчерпает запасы своего ядерного топлива.

Наблюдения за звездой, обозначенной астрономами как объект NEG 7027, показали, что она находится на заключительной стадии своего существования. Не все процессы, происходящие на этой "умирающей, агонизирующей" звезде, можно с уверенностью объяснить. Но то, что наблюдается, выглядит следующим образом. Звезда начала пульсировать, в результате чего внешние слои атмосферы звезды рассеиваются и создают вокруг неё оболочку, распространяющуюся на миллионы километров. Если такое будет происходить с нашим Солнцем, то граница его газовой оболочки пройдёт намного дальше (!). Масса звезды в этот период быстро уменьшается. Газ в оболочке звезды состоит в основном из молекул водорода и угарного газа. Присутствуют также и сложные углеводородные молекулы.

Параллельно с формированием наружной оболочки идут процессы и в центральной части звезды: температура поверхности поднимается выше 200000°С, а из ядра звезды идёт радиация огромной мощности, включая ультрафиолетовое излучение, которое ионизирует атомы оболочки и разрушает её молекулы. Эта фаза существования звезды очень коротка, возможно всего около 1000 лет, т.е. просто одно мгновение по галактическим меркам, после чего звезда исчезнет, превратившись в газовое облако. Звезда NEG 7027 , наблюдаемая в настоящее время, по-видимому, находится как раз в середине этой фазы окончательной гибели. Вероятно, по такой же схеме пойдут в дальнейшем и процессы на нашем Солнце.

Астрофизики считают, что через 1,1 млрд. лет температура поверхности Солнца и его яркость увеличатся более чем на 10%. Это может вызвать повышение концентрации водяного пара , к возникновению такого стремительного парникового эффекта, к которому человечество и животный мир просто не успеют и не смогут приспособиться. Наша планета при таком развитии событий станет очень похожей на Венеру.

Поскольку при старении Солнца возрастает интенсивность ультрафиолетового излучения, это приведёт к увеличению содержания озона в земной атмосфере. Известно, чем это может грозить человечеству и животному миру.

Усиление яркости Солнца приведёт к таянию льдов в полярных районах Земли и повышению уровня , а увеличение испарения воды вызовет ускорение круговорота воды. Усилятся ветры, возрастёт эрозия почвы. Расчёты учёных показывают, что вследствие указанных процессов содержание углекислого газа в атмосфере Земли снизится через 900 млн. лет настолько, что растительный мир может погибнуть или дегенерировать в такой степени, что будет мало пригодным для питания человека и животных, а это уже создаст, возможно, непреодолимые трудности для земной цивилизации. Пройдёт ещё несколько миллиардов лет, и ультрафиолетовое излучение постепенно разрушит стратосферу и испарит океаны. Земля превратится в голую безмолвную пустыню, а над нею всё так же будет светить Солнце, раскаляя безжизненную поверхность, на которой когда-то процветала жизнь, рожденная этим же Солнцем.

Что же дальше будет происходить с Солнцем? Известно, что являются процессы термоядерного синтеза, проходящего в ядре звезды. Когда заканчивается водородное топливо, ядро сильно сжимается. Согласно теории, после сжатия ядра у звёзд солнечного типа происходит расширение внешних слоев в две стадии. Первая стадия происходит тогда, когда ядро сжимается и температура его становится более высокой, чем в стабильный период. Повышение температуры ядра обеспечивает синтез гелия, и при этом восстанавливается стабильность на некоторое время. Звёздное ядро становится менее сжатым, а внешние слои становятся менее широкими.

Запасы гелиевого топлива быстро расходуются звездой, и после их полного израсходования ядро снова сжимается, а внешние слои повторно расширяются. Звезда становится супергигантом со светимостью значительно более высокой, чем у исходной звезды.

Одна из гипотез предполагает способность Земли путем саморегуляции поддерживать параметры среды на своей поверхности достаточно длительный срок и в условиях повышенной яркости Солнца. Но при ближайшем рассмотрении эта гипотеза вряд ли окажется состоятельной. В самом деле, какими свойствами нужно обладать живой материи, чтобы существовать в условиях, когда светимость Солнца будет в несколько тысяч раз больше, чем в наше время? А именно такой максимум светимости предполагается у Солнца примерно через 7,5 миллиардов лет. Расчеты астрофизиков показывают, что на последних стадиях развития Солнце в большом количестве потеряет свою массу и его радиус возрастет до 168 млн. км., что намного превышает расстояние 150 млн. км., на котором находится орбита Земли в настоящее время. Орбиты планет Меркурий, Венера и Земля в этих условиях изменятся, и планеты, двигаясь по спирали, упадут на Солнце и будут уничтожены. Произойдет это, как уже было сказано, через 7,5 миллиарда лет.

В порядке утешения, некоторые учёные сообщают, что новые расчёты показывают, что с Землёй это случится примерно на 200 млн. лет позже, чем с Меркурием и Венерой. Но в конце концов поверхность Земли нагреется до такой степени, что жизнь на ней станет невозможной.

Новые расчёты показывают такое развитие событий:

Солнце теряет свою массу, его гравитация уменьшается. Вследствие этого орбита Венеры увеличится от 108 до 134 млн. км., но это не спасёт Венеру. Траектория её движения будет быстро искажаться из-за близости Солнца, и Венера упадёт в центр Солнца и рассеется по диску звезды.

Орбита Земли будет медленно увеличиваться и по мере ослабления гравитации Солнца, превратившегося в красного гиганта, Земля выйдет за пределы его внешней атмосферы. Расстояние от Солнца до Земли увеличится до 185 млн. км. Это спасёт её от падения на Солнце. Но Земля к этому моменту будет выглядеть как Меркурий, т.е. она будет представлять собой выжженную, рубцеватую глыбу с сухим дном бывших океанов. Небо Земли на 70% будет занимать красное Солнце, т.к. орбита Земли будет отстоять от поверхности Солнца на расстоянии, не превышающем 1/10 солнечного радиуса.

Избежит падения на Солнце и Марс, который будет двигаться по расширившейся орбите. Далее по расширенным орбитам будут вращаться Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Вещество, выделенное Солнцем во время его гибели, образует так называемую планетарную туманность, плотность которой будет ничтожной. Поэтому влияния на планеты, оставшиеся на своих новых орбитах, эта туманность не окажет.

Все эти процессы произойдут в очень далёком будущем, Человечество или то, во что оно в течение невообразимо огромного отрезка времени трансформируется, давно покинет планету или вымрет. Вероятно, в дальнейшем наша планетная система будет лишена жизни. Но нельзя исключать и того, что эволюция приведёт к появлению новых, нечеловеческих форм разумной жизни после ухода или изменения нашего вида. Научные гипотезы в данном случае вполне могут соединиться с фантазией, границ которой не существует.

Считается, что Солнцу 4,8 [Лейбахер и др., 1985] или 4,6 миллиардов лет [Молодое Солнце..., 2002]. Оно возникло чуть раньше или в одно и то же время с планетами Солнечной системы из общего газопылевого облака. Солнце - звезда второго звёздного поколения Нашей Галактики, и образовавшее его облако возникло из вещества, выброшенного взорвавшимися звёздами первого поколения (т.е. это вещество сверхновых звёзд, удержанное полем тяготения Нашей Галактики). При взрыве сверхновых звёзд в окружающую среду выбрасывается какое-то количество тяжёлых элементов, и поэтому такие элементы есть в Солнечной системе, хотя всё равно преобладают лёгкие элементы - водород, гелий. т.к. тяжёлые элементы необходимы для жизни, иногда образно говорят, что все мы - дети взорвавшихся звёзд (жизнь не могла возникнуть вблизи звёзд первого поколения).

Предполагаемый начальный состав Солнца - 73% водорода и 25% гелия, т.е. примерно то же соотношение, что и при Большом Взрыве, породившем Нашу Вселенную, но с присутствием тяжёлых элементов [Что ожидает Солнце и Землю? 1994]. Раньше Солнце вращалось вокруг своей оси быстрее, чем сейчас [Кацова, Лившиц, 1998].

В дальнейшем водород в солнечном ядре начал выгорать и превращаться в гелий. Потоки света и солнечной плазмы (ионизированного вещества) потекли от Солнца во все стороны, и масса Солнца стала медленно уменьшаться. Количество гелия в ядре стало расти, и более тяжёлое и компактное ядро увеличило свою температуру и усилило термоядерные реакции. В результате этого Солнце стало светить чуть ярче и продолжает непрерывно увеличивать светимость. При этом вращение Солнца вокруг оси чуть замедлилось: энергия пошла на образование короны и поддержание активных процессов в ней (солнечный ветер уносит вмороженные в него магнитные поля, которые до какой-то высоты вращаются вместе с Солнцем, а потом тормозятся, закручиваются вокруг Солнца и тормозят его, взаимодействуя с магнитными полями под поверхностью звезды) [Кацова, Лившиц, 1998]. Торможение звезды звёздным ветром приводит к уменьшению конвективных потоков и уменьшению поверхностной активности звезды, но не влияет на общую активность.

На стадии протозвезды Солнце было на 500 градусов Кельвина горячее и в 4 раза ярче, чем сейчас, но тогда оно светилось за счёт падения остатков родительского молекулярного облака, и этот период продолжался всего несколько миллионов лет [Молодое Солнце..., 2002]. Потом падение газа закончилось, и светимость резко упала. К настоящему моменту светимость Нашей Звезды опять возросла, но пока только на 30%, а масса несколько уменьшилась [Что ожидает Солнце и Землю? 1994]. Это привело к некоторым изменениям в Солнечной системе. Из-за уменьшения солнечной массы планеты чуть-чуть отодвинулись от Солнца, но, по-видимому, всё равно стали получать чуть-чуть больше света.

Водородного топлива Солнцу хватит ещё на 5 миллиардов лет [Вселенная, 1999]. При этом будут происходить хорошо предсказуемые события [Что ожидает Солнце и Землю? 1994].

Через 1,1 миллиарда лет светимость Солнца возрастёт ещё на 10%.

Через 3,5 миллиардов - на 40%. Земля тогда, возможно, станет похожа на Венеру: водяной пар в верхних слоях атмосферы разложится под действием света на кислород и водород, лёгкий водород улетит в космос, вода исчезнет и перестанет с дождями вымывать углекислый газ из атмосферы, он накопится и вызовет катастрофическое нагревание поверхности планеты за счёт парникового эффекта. Зато в это время могут возникнуть благоприятные условия для жизни на Марсе (растает вечная мерзлота, наполнится водой океан Бореалис и т.д.).

Следующие 6,4 миллиарда лет водород на Солнце будет выгорать в оболочке гелиевого ядра. Звезда расширится до нескольких десятков солнц, охладится, станет красным гигантом. Светимость при этом возрастёт [Соукер, 1992].

Потом температура в увеличившемся гелиевом ядре возрастёт до такой степени, что "загорится" гелий (с образованием кислорода и углерода) [Соукер, 1992]. [Ядро при этом расширится, расширится слой водорода непосредственно над ядром, а потому, наверное, термоядерная реакция в слое над ядром прекратится, что приведёт к общему сжатию внеядерной части звезды - Ю.Н.]. Внешние области чуть сожмутся и поголубеют [Соукер, 1992]. Солнце при этом увеличит светимость ещё в 2 раза.

В течение 1,3 миллиардов лет оно станет медленно расширяться и увеличит диаметр в 170 раз [Что ожидает Солнце и Землю? 1994], станет оранжевым или даже красным гигантом [Кейлер, 1992]. При этом поглотится Меркурий.

Земли это расширение не достигнет. Кроме того, от Солнца к этому времени останется только 72,5% современной массы, и Земля отодвинется.

Наступит стабильная пауза длительностью в 110 миллионов лет, которая сменится дальнейшим быстрым расширением Солнца в течение 20 миллионов лет. Тогда Солнце достигнет современной орбиты Земли и увеличит светимость в 5200 раз. Но масса Солнца составит только 59% современной, и Земля отодвинется аж к современному Марсу и уцелеет. Впрочем, температура на Земле достигнет 1600 градусов Цельсия, и это будет жидкая расплавленная планета.

Когда гелий в ядре выгорит, ядро сожмётся, загорится гелий в оболочке ядра, звезда превратится в многослойную "луковицу". Её внешние слои начнут быстро расширяться, и в какой-то момент солнечный ветер сдует оболочку Солнца. Из этой оболочки возникнет сначала невидимая протопланетарная туманность, т.к. при температуре менее 1000 градусов Кельвина образуется много пыли, которая затмевает звезду. Потом, при дальнейшем разряжении околозвёздного вещества, образуется так называемая планетарная туманность. Такие туманности есть вокруг некоторых выгоревших звёзд, и раньше считали, что из них образуются планеты, а на самом деле это "последние выдохи умирающих звёзд" [Соукер, 1992]. В центре Солнечной системы, вместо огромного красного гигантского Солнца, останется сжавшийся белый карлик с массой примерно 0,6 от современной и очень маленькой светимостью (за счёт энергии постепенного сжатия). Через 50 тысяч лет туманность рассеется [Кейлер, 1992]. Остатки Солнечной системы погрузятся в холод и мрак. Наступит безжизненная стабильность. Впрочем, с учётом начавшегося взрывообразного развития разума любые прогнозы на столь долгое время должны оказаться ошибочными.

Солнце, если никто не вмешается в его судьбу, вернёт в межзвёздную среду примерно половину своего вещества, а остальное "законсервируется" в виде белого карлика.

Солнце погибнет вовсе не в результате взрыва - оно будет меняться постепенно, пока не будет разрушено. Мы оформили описание этого процесса в увлекательную подборку.

Повышение температуры поверхности Земли

1. Примерно через 1,1 млрд лет Солнце начнёт меняться. Поскольку водородное топливо в ядре будет израсходовано, горение будет происходить, в основном, на поверхности, из-за чего звезда станет светить намного ярче, и возросшее излучение окажет разрушительное воздействие на нашу планету.

Средняя температура поверхности Земли повысится примерно до 75°С. Океаны испарятся и планета станет безжизненной пустыней.

Весь водород преобразуется в гелий

2. Когда Солнце использует весь водород для создания энергии, оно преобразует его в гелий, и в конце концов, гелия станет намного больше. Гелий - элемент неустойчивый, поэтому он начнёт разрушаться. Ядро Солнца станет еще плотнее и горячее, звезда увеличится в объёме в полтора раза и станет вдвое ярче, чем сейчас.

В течение следующих 700 млн лет оно будет продолжать расти, а после этого немного остынет. С пустынной поверхности Земли Солнце будет выглядеть как огромный оранжевый шар, висящий в туманном небе.

Солнце потеряет около 1/4 от всей массы

3. В возрасте около 1,2 млрд лет Солнце потеряет примерно четверть массы, и тогда изменятся орбиты планет: Венера окажется примерно на той же орбите, где сейчас Земля, а сама Земля отодвинется ещё дальше.

Солнце превратится в красного гиганта

4. В конце концов, Солнце превратится в красного гиганта - увеличится примерно в 166 раз, и его «корона» достигнет того места, где раньше как раз была орбита Земли. Меркурий и Венера к этому моменту уже будут поглощены светилом. На Земле же станут плавиться и течь горы, и образуются колоссальные раскалённые потоки и моря лавы. Огромное красное Солнце затмит половину неба.

На других планетах зародится жизнь

5. Хотя «внутренние» планеты неизбежно погибнут, на отдалённых мирах может зародиться жизнь. Например, расплавятся льды спутника Юпитера Европы, да и Плутону наконец-то хватит солнечного света и тепла.

Разрушение углерода и кислорода

6. Когда солнце достигнет своего максимального размера, его ядро раскалится до температуры 100 млн °С, и это вызовет синтез гелия. Атомы гелия начнут разрушаться, выделится колоссальное количество энергии. Солнце опять начнёт уменьшаться в размерах, хотя первоначального уже никогда не достигнет. Это будет продолжаться в течение следующих 110 млн лет. После этого, в результате ядерной реакции, появятся новые элементы - кислород и углерод. Когда их накопится в ядре Солнца достаточно много, оно снова вдвое увеличится в размерах. Наконец, снова останется гелиевое ядро, углерод и кислород разрушатся, но энергии хватит, чтобы началась непосредственно гибель.

Все внутренние планеты исчезнут

7. Солнце будет неуклонно увеличиваться в размерах, пока гелия и водорода уже не останется. Оно станет в 180 раз больше и в тысячи раз ярче, чем сейчас. Огромное количество вещества будет выброшено в космос, и почти половина массы будет потеряна. Внутренние планеты к тому времени станут не более, чем воспоминанием.