Почему должно взорваться

Учёные неоднократно заявляли, что термоядерная реакция, которая происходит внутри единственной звезды в нашей системе, может погубить не только жёлтого карлика, но и все близлежащие планеты. Произойти это может из-за "преждевременного старения" Солнца - процессов, которые ускоряют "износ" звезды и сокращают жизненный цикл. Нужно понимать, что почти половину жизни наше Солнце уже прожило.

">

Максимальная продолжительность жизни звезды - 10 млрд лет">

Максимальная продолжительность жизни звезды - 10 млрд лет

4,6 млрд лет из этого срока Солнце уже прожило, поэтому до момента гибели единственной звезде осталось жалких 5,5 млрд лет">

4,6 млрд лет из этого срока Солнце уже прожило, поэтому до момента гибели единственной звезде осталось жалких 5,5 млрд лет

content

Вторая копия Земли

Когда огромную звезду разрывает на атомы, она превращается в сверхновую. Наружу выбрасываются триллионы тонн пыли и газа. Из этого строительного материала рождаются новые миры, однако переход звезды в сверхновую чаще всего становится последним событием для уже сформированных планет.

">

Взрыв Солнца совершенно точно убьёт все планеты земной группы, но есть и плюсы">

Взрыв Солнца совершенно точно убьёт все планеты земной группы, но есть и плюсы

Новый взрыв создаст ещё больше миров, которые через пару миллиардов лет снова будут населены живыми и разумными организмами">

Новый взрыв создаст ещё больше миров, которые через пару миллиардов лет снова будут населены живыми и разумными организмами

content

Мы умрём ещё до взрыва

Ни один из сценариев уничтожения планет земной группы, как ни странно, не включает в себя непосредственно взрыв. Когда Солнце начнёт умирать, оно, согласно прогнозам учёных, должно будет увеличиться в размерах и, скорее всего, станет существенно холоднее.

Со временем оно мутирует из жёлтого карлика в красного гиганта">

Со временем оно мутирует из жёлтого карлика в красного гиганта

Оно станет настолько большим, что полностью ">">

Оно станет настолько большим, что полностью "съест" Меркурий, Венеру и даже Землю. До других планет доберётся чуть погодя

content

Холод и адская жара

Точного сценария солнечного взрыва не существует до сих пор, и всё, что связано с рассуждениями на тему гибели целой планетной системы, находится исключительно в теоретической плоскости. К примеру, сценарий "выжигания всего живого" далеко не единственный. Существует и другое направление - похолодание после взрыва.

Фото: © KInopoisk/ ">">

Такой взрыв не нарушит целостности Солнца, но остановит термоядерную реакцию">

Такой взрыв не нарушит целостности Солнца, но остановит термоядерную реакцию

Жёлтый карлик перестанет выделять тепло и свет. Такие планеты, как Земля и Меркурий, по данным учёных, замёрзнут всего за месяц">

Жёлтый карлик перестанет выделять тепло и свет. Такие планеты, как Земля и Меркурий, по данным учёных, замёрзнут всего за месяц

content

Футбольный мячик

Солнце не только согревает Землю, но и удерживает её на комфортной (во всех отношениях) орбите. Если центральная звезда взорвётся, то одним прекрасным утром земляне обнаружат, что находятся далеко от привычного места обитания.

">

Разрушение Солнца "сотрёт" привычную орбиту Земли">

Разрушение Солнца "сотрёт" привычную орбиту Земли

Если Земля и не сгорит, то может покинуть Солнечную систему, точнее то, что от неё останется, и превратится в планету-бродягу">

Если Земля и не сгорит, то может покинуть Солнечную систему, точнее то, что от неё останется, и превратится в планету-бродягу

content

Конец света в прямом эфире

Если Солнце взорвётся так, как представляют себе это кинорежиссёры и писатели-фантасты, то планета не превратится в пар. И хотя от первоначального сценария, предполагавшего "выжигание" поверхности Земли и грунта вплоть до ядра за восемь минут, учёные отказались, другие варианты не намного лучше.

Эксперт по космосу Михаил Лапиков отметил, что при некоторых вариантах взрыва Солнца дневную сторону планеты на огромной скорости просто "простерилизует" - животные и другие живые организмы будут сожжены температурой в несколько миллионов градусов.

Сначала будет "выпарена" атмосфера, затем температура на поверхности будет такой, что несколько слоёв просто расплавятся

Михаил Лапиков

При таком развитии событий могут исчезнуть даже бактерии и другие простейшие организмы. Вода и все летучие газы испарятся безвозвратно. Дальше земной шар будет понемногу растрескиваться от холода, а планета окажется за пределами обитаемой зоны. Всё это великолепие земляне смогут наблюдать расплавленными и сгоревшими собственными глазами.

">

Посчитано и среднее время разрушения">

Посчитано и среднее время разрушения

Огненный шар достигнет Земли за сутки-двое. Сопровождаться такое событие будет яркой вспышкой, от которой многие люди ослепнут">

Огненный шар достигнет Земли за сутки-двое. Сопровождаться такое событие будет яркой вспышкой, от которой многие люди ослепнут

Человеческий разум любопытен, пытлив и склонен к сбору типичной информации. Когда родился, женился, умер? Когда произошло то или иное историческое событие и что послужило ему причиной? Ключевые вопросы, неизменно терзающие разум западного человека, - когда и как именно? Один из этих вечных вопросов - когда же наступит конец света и как именно это произойдет?

В конце XIX - начале XX века в мировой литературе появилось новое направление - постапокалиптика. Его представители описывали события, происходящие после конца света. Своей популярностью и многообразием это направление обязано, вероятно, страхам людей - кстати говоря, вполне обоснованным. Кроме общего печального настроения, охватившего тогда население Европы и получившего название fin-de-siecle, были очевидные угрозы из космоса: Большая сентябрьская комета 1882 года, Великая комета Дневного света 1910 года, взрыв сверхновой 1885 года . Начавшийся ХХ век повлек длинную череду все более и более кровопролитных войн и революций, а ускорившийся научно-технический прогресс дал людям реальную возможность самостоятельно, не дожидаясь космических катаклизмов, уничтожить Землю . Несмотря на множество книг, фильмов и даже компьютерных игр, созданных на эту волнующую тему, сценариев вселенской гибели не так много, и даже если она приходит из космоса или её приносит другая неудержимая природная сила, человечество погибает по своей же вине и оплошности.

Основные темы, эксплуатируемые писателями и сценаристами, известны почти всем: это третья мировая война с применением ядерного, химического или биологического оружия; вторжение инопланетян; восстание машин, ведомых искусственным разумом ; пандемия ; падение метеорита ; возрождение динозавров … Но даже если отвлечься от сплина и декадентских мыслей о том, что человечество в скором времени само себя истребит, прогнозы вселяют тревогу.

Рождение Солнца

В настоящее время считается, что наиболее опасны для Земли столкновения с астероидами или солнечные катаклизмы .

Так, группа астрономов под руководством Сэма Рэгланда (Sam Ragland) с помощью инфракрасно-оптического комплекса из трех объединенных телескопов Arizona"s Infrared-Optical Telescope Array исследовала звезды с массами от 0,75 до 3 масс Солнца, приближающиеся к концу своей эволюции. Приближающийся конец довольно легко опознается по низкой интенсивности линий водорода в их спектрах, и, напротив, по высокой - линий гелия и углерода.

Баланс гравитационных и электростатических сил в таких звездах нестабилен, а водород и гелий внутри них чередуются как вид ядерного топлива, что вызывает изменения яркости звезды с периодом порядка 100 тысяч лет. Многие такие звезды проводят заключительные 200 тысяч лет своей жизни как переменные типа Мира. (Мира-переменные - это звезды, светимость которых регулярно изменяется с периодом от 80 до 1 тысячи дней. Они названы так по имени «родоначальницы» класса, звезды Мира в созвездии Кита).

Именно в этом классе произошло довольно неожиданное открытие: вблизи звезды V 391 в созвездии Пегаса обнаружилась экзопланета , ранее погруженная в раздувшуюся оболочку звезды. Если говорить более точно, звезда V 391 пульсирует, из-за чего её радиус то увеличивается, то уменьшается. Планета, об обнаружении которой группа астрономов разных стран сообщила в сентябрьском номере журнала Nature , имеет массу, более чем втрое превышающую массу Юпитера , и радиус её орбиты в полтора раза больше расстояния, отделяющего Землю от Солнца.

Когда звезда V 391 проходила стадию красного гиганта, её радиус достиг как минимум трех четвертей от радиуса орбиты. Однако к началу расширения звезды радиус орбиты, на которой находилась планета, был меньше. Результаты этого открытия оставляют Земле шанс сохраниться после взрыва Солнца, хотя параметры орбиты, да и радиус самой планеты скорее всего изменятся.

Аналогию несколько портит тот факт, что эта планета, равно как и её материнская звезда, не очень похожи на Землю и Солнце. А главное, V 391 при превращении в красного гиганта «сбросила» значительную часть своей массы, что и «спасло» планету; но это происходит лишь с двумя процентами гигантов. Хотя «сброс» внешних оболочек с превращением красного гиганта в постепенно остывающего белого карлика , окруженного расширяющейся газовой туманностью, не такая уж редкость.

Чужое небо

Слишком близкая встреча со своей звездой - самая очевидная, но не единственная неприятность, ожидающая Землю со стороны других крупных космических тел. Вполне вероятно, что Солнце будет превращаться в красного гиганта, уже покинув нашу галактику. Дело в том, что наша галактика Млечный Путь и соседняя гигантская галактика Туманность Андромеды уже миллионы лет находятся в гравитационном взаимодействии, которое в итоге приведет к тому, что Андромеда «подтянет» к себе Млечный Путь, и он станет частью этой крупной галактики. В новых условиях Земля станет совсем другой планетой, более того, в результате гравитационного взаимодействия Солнечная система , как и сотни других систем, могут быть буквально разорваны.

Так как гравитационное притяжение Туманности Андромеды намного сильнее гравитации Млечного Пути, последний приближается к ней со скоростью около 120 км/с.

С помощью компьютерных моделей, выполненных с точностью до 2,6 миллиона объектов, ученые-астрономы определили, что примерно через 2 миллиарда лет галактики сблизятся, и сила притяжения начнет деформировать их структуры, образуя длинные притягивающиеся хвосты из пыли и газа, звезд и планет. Ещё же через 3 миллиарда лет галактики вступят в непосредственный контакт, в результате которого новая объединенная галактика примет эллиптическую форму (обе галактики на сегодня считаются спиральными).

Cотрудники Гарвардско-Смитсониевского астрофизического центра (The Harvard Smithsonian Center for Astrophysics) профессор Ави Лоэб (Avi Loeb) и его ученик Т. Дж. Кокс (T.J. Cox) предположили, что, если бы мы смогли наблюдать небо нашей планеты через пресловутые 5 миллиардов лет, то вместо привычного нам Млечного пути - бледной полосы тусклых мерцающих точек - мы бы увидели миллиарды новых ярких звезд. При этом наша Солнечная система находилась бы «на задворках» новой галактики - примерно в ста тысячах световых лет от её центра вместо настоящих 25 тысяч световых лет. Впрочем, есть и другие расчеты: после полного слияния галактик Солнечная система может продвинуться ближе к центру галактики (67000 световых лет), а может случиться и так, что она попадет в «хвост» - связующее звено между галактиками. И в последнем случае из-за гравитационного воздействия находящиеся там планеты будут разрушены.

Вместе с тем, уточнить свой прогноз ученые смогут уже в 2011 году, когда на орбиту Земли будет выведен аппарат Gaia, принадлежащий Европейскому космическому агентству. Gaia займется определением скоростей галактик и определением изменения позиций звезд.

Рассматривать будущее Земли, Солнца, Солнечной системы в целом и Млечного Пути столько же увлекательно, сколько и условно-научно. Огромные отрезки времени прогнозов, недостаток фактов и относительная слабость технологий, а также в немалой степени привычка современного человека мыслить категориями кинематографа и триллеров, влияют на то, что предположения о будущем больше похожи на научную фантастику, только с особым упором на первое слово.

Сколько осталось жить Солнцу? На этот вопрос наука отвечает так: возраст нашей звезды составляет примерно 4,5 миллиарда лет. За это время она успела израсходовать половину имевшегося в ее ядре водорода. Иными словами, "топлива" Солнцу должно хватить еще примерно на 4-5 миллиардов лет. Срок это довольно большой, и беспокоиться человечеству вроде бы не о чем. Но вот недавно голландский астрофизик Пирс ван дер Меер, эксперт Европейского космического агентства (ESA), сопоставил данные о температуре солнечного ядра за последние 11 лет и пришел к совершенно сенсационным выводам. По мнению ван дер Меера, то, что происходит сейчас на Солнце, очень похоже на изменения, которые предшествуют взрыву сверхновой звезды. По данным голландского ученого, температура ядра Солнца, составляющая обычно 27 миллионов градусов по Фаренгейту, за несколько лет поднялась до 49 миллионов градусов. Если солнечные недра будут продолжать нагреваться теми же темпами, процесс станет необратимым, и Солнце неминуемо взорвется примерно через шесть лет!

А теперь представьте себе, что увидит наблюдатель на планете, находящейся в непосредственной близости от взрывающейся сверхновой. Сценарий апокалипсиса по просьбе "Итогов" подготовили специалисты Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН. Примерно через 8 минут после взрыва все небо зальет чудовищная вспышка, и это будет последнее, что увидит человек: вместе с ослепительным светом взрыва придет невидимый поток рентгеновского, ультрафиолетового и гамма-излучений такой мощности, что он преодолеет защитный слой атмосферы и в считанные секунды убьет все живое. Лучистая энергия взрыва нагреет атмосферу и поверхность планеты до температуры во многие тысячи градусов. Начнется интенсивное испарение океана, раскаленная планета окутается горячим паром. Сквозь плотный обжигающий туман будет просвечивать чудовищно яркий, увеличивающийся в размерах шар. Ночной небосвод станет красно-фиолетовым, в страшных разводах: светящееся, расширяющееся со скоростью несколько тысяч километров в секунду раскаленное облако ионизированного газа будет постепенно заслонять собой все небо. Очень быстро потоки раскаленной плазмы от взорвавшейся звезды достигнут планеты. Атмосфера будет уничтожена, и на этом история Земли как обитаемой планеты закончится. Пройдет очень много времени, прежде чем оплавленный радиоактивный "огарок" мертвой планеты начнет медленно остывать.

Впечатляет? Вычисления и выводы доктора ван дер Меера действительно шокируют. Утешает лишь одно: построения голландца - это лишь гипотеза, которую многие специалисты тут же подвергли сомнению. Так, например, старший научный сотрудник Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН Сергей Язев заявил в беседе с корреспондентом "Итогов": "Очень странными выглядят выводы доктора ван дер Меера по поводу роста температуры ядра Солнца. Все обстоит как раз наоборот. Спутники, непрерывно регистрирующие поток солнечного излучения на протяжении последних десятилетий, показывают, что темп энерговыделения главного источника энергии в нашей планетной системе, как и ранее, остается стабильным - каждую секунду Солнце излучает энергию равную примерно 3,84 х1026 джоулей. Эта величина не меняется по крайней мере на протяжении десятилетий. По косвенным признакам можно заключить, что в этом режиме Солнце светит уже очень давно. То есть на Землю все время падает одно и то же количество солнечной энергии". Ссылаясь на исторические и геологические данные, ученые утверждают, что Солнце излучало и излучает энергию достаточно стабильно на протяжении по крайней мере нескольких миллионов лет. Если бы это было не так, говорят они, Земля несла бы на себе следы былых вскипаний океанов или глобальных оледенений. К счастью, "топка" Солнца работала и работает стабильно.

Есть и другие аргументы против гипотезы ван дер Меера. В общих чертах механизм гибели звезды выглядит так. В результате термоядерных реакций имеющийся водород "выгорает", вместо него образуются ядра атомов гелия и тяжелых элементов - железа, кобальта и никеля. Когда же водородное топливо окончательно иссякает, наружные оболочки звезды начинают стремительно "обваливаться" и падать внутрь, притягиваемые массивным железным ядром. При нарастании плотности электроны захватываются протонами, в результате образуются нейтроны и выделяется огромное количество нейтрино. Нейтрино устремляются наружу. Мощный, восходящий из центра звезды поток нейтрино увлекает за собой падающую навстречу оболочку звезды, и она разлетается в пространстве с огромной скоростью - звезда взрывается. Однако ученые утверждают, что все это маленьким звездам класса Солнца совершенно не грозит. Для того чтобы звезда взорвалась и превратилась в сверхновую, она должна быть как минимум в три раза больше Солнца по массе.

"Кроме того, астрофизикам хорошо известны признаки так называемой предсверхновой звезды, - утверждает Сергей Язев. - Дело в том, что по спектру звезды можно определить ее химический состав. Если водорода там мало, а тяжелых элементов много, значит, запасы термоядерного топлива подошли к концу, и вскоре - впрочем, это "вскоре" может продолжаться еще многие тысяч лет! - должна начаться фаза нестабильности звезды. Но на Солнце 90 процентов атомов - это водород! И превращаться ему в более тяжелые элементы предстоит еще очень и очень долго. Так что ничего опасного в этом смысле на Солнце не наблюдается".

Альтернативные сценарии конца света, предложенные, в частности, американскими учеными, выглядят гораздо менее драматично. Так, например, профессор университета штата Пенсильвания Джеймс Кэстинг не отрицает, что Солнце, подобно любой другой звезде, не вечно: "Оно неумолимо становится ярче и жарче. Это приводит к постепенному "обезвоживанию" Земли. И процесс этот примет катастрофические размеры не через 5 миллиардов лет, как принято думать, а гораздо раньше. Работы по компьютерному моделированию показывают, что эти процессы могут начаться примерно через 500 миллионов лет". Фред Эдемс, физик из Мичиганского университета, называет более оптимистичные сроки: "До катаклизма осталось примерно 3,5 миллиарда лет, и едва ли кто-либо будет наблюдать взрыв Солнца. Оно намного раньше уничтожит все живое. И уже мертвая Земля будет затем сожжена в результате взрыва, который поглотит помимо нее Меркурий, Венеру и Марс".

Впрочем, выдвигаются и более экзотические гипотезы. Так, компьютерные расчеты, проведенные американскими специалистами, показывают, что существует вероятность того, что Юпитер - самая большая планета Солнечной системы - будет сорван со своей орбиты проходящей мимо звездой. В результате этого катаклизма Земля устремится в ледяные глубины Вселенной, где и замерзнет. Впрочем, и этот сценарий вряд ли реализуется в обозримом будущем.

Тем не менее в ближайшие годы Солнце может преподнести человечеству сюрпризы. Авторитетный специалист в области изучения Солнца заведующий гелиофизической лабораторией Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН Владимир Обридко обращает внимание, что на начало тысячелетия приходится совпадение нескольких циклов солнечной активности - сойдутся 11-летний, 22-летний, 100-, 400- и 900-летний. "Грядет какой-то солнечный кавардак, не поддающийся пока никакому прогнозированию. Мы просто не обладаем достаточными знаниями о том, как ведет себя звезда перед взрывом", - утверждает Владимир Обридко. Точному расчету поведения светила мешает то, что не хватает строгих данных, ведь по всем правилам Солнце исследуется чуть больше ста лет. Наука до сих пор владеет весьма скудной информацией как о строении, так и поведении Солнца. Только сейчас гелиофизики всего мира наконец завершают масштабную работу по созданию стандартной модели внутреннего строения нашего светила. Тем не менее едва ли речь идет о скорой гибели Солнечной системы. Сергей Язев, например, настолько в этом уверен, что даже готов рискнуть крупной суммой денег: "Пользуясь случаем, могу предложить доктору ван дер Мееру пари на 10 тысяч долларов. Если через три года астрофизики все-таки обнаружат явные признаки того, что он прав, я отдаю ему деньги. Но если окажется, что предположение ученого - неправда, тогда я жду от него перевода на свой счет".

Возраст Солнца оценивается большинством астрофизиков примерно в 4,59 миллиарда лет. Его относят к средним или даже малым по величине звездам - такие звезды существуют дольше, чем их более крупные и быстро выгорающие сестры. Солнце пока успело израсходовать меньше половины имевшегося в нем водорода: из доли в 70,6 процента от первоначальной массы солнечного вещества осталось 36,3. В ходе термоядерных реакций водород внутри Солнца превращается в гелий.

Для того чтобы пошла реакция термоядерного синтеза, необходимы высокая температура и высокое давление. Ядра водорода представляют собой протоны - элементарные частицы с положительным зарядом, между ними действует сила электростатического отталкивания, мешающая им сближаться. Но внутри действуют также значительные силы всемирного притяжения, которые мешают протонам разлетаться. Напротив, они прижимают протоны настолько близко друг к другу, что начинается ядерный синтез. Часть протонов при этом превращается в нейтроны, и силы электростатического отталкивания ослабевают; в результате светимость Солнца повышается. По оценкам ученых, на начальном этапе существования Солнца его светимость составляла только 70 процентов от того, что оно излучает сегодня, и в последующие 6,5 миллиардов лет светимость звезды будет только расти.

Впрочем, с этой самой распространенной и вошедшей в учебники точкой зрения продолжают спорить. И главной темой для спекуляций служит именно химический состав солнечного ядра, о котором можно судить только по весьма косвенным данным. В одной из конкурирующих теорий предполагается, что основным элементом в солнечном ядре является вовсе не водород, а железо, никель, кислород, кремний и сера. Легкие элементы - водород и гелий - присутствуют только на поверхности Солнца, и реакция синтеза облегчается благодаря большому количеству нейтронов, излучаемых ядром.

Оливер Мануэль (Oliver Manuel) разработал эту теорию в 1975 году и с тех пор старается убедить научное сообщество в её справедливости. У него есть некоторое количество сторонников, но большинство астрофизиков считают её полным вздором.

Фото: NASA and The Hubble Heritage Team (AURA/STScI)

Переменная звезда V838 Единорога (V838 Monocerotis) расположена на краю нашей галактики. На этом снимке изображена часть пылевой оболочки звезды. Размер этой оболочки составляет шесть световых лет. То световое эхо, которое видно сейчас, запаздывает по отношению к самой вспышке всего на два года. Астрономы ожидают, что световое эхо будет продолжать высвечивать пылевые окрестности звезды V838 Mon в процессе расширения по крайней мере до конца этого десятилетия.

Какая из теорий ни была бы справедлива, «солнечное горючее» рано или поздно будет кончаться. Из-за недостатка водорода термоядерные реакции начнут приостанавливаться, и равновесие между ними и силами притяжения нарушится, отчего внешние слои прижмутся к ядру. От сжатия концентрация оставшегося водорода повысится, ядерные реакции усилятся, и ядро начнет расширяться. Общепринятая теория предсказывает, что в возрасте 7,5–8 миллиардов лет (то есть через 4–5 миллиардов лет) Солнце превратится в красного гиганта: его диаметр увеличится более чем в сто раз, так что орбиты первых трех планет Солнечной системы окажутся внутри звезды. Ядро очень горячее, а температура оболочки гигантов небольшая (около 3000 градусов) - и поэтому красного цвета.

Характерной особенностью красного гиганта можно считать то, что водород уже больше не может служить «горючим» для ядерных реакций внутри него. Теперь начинает «гореть» уже гелий, скопившийся там в больших количествах. При этом образуются неустойчивые изотопы бериллия, которые при бомбардировке их альфа-частицами (то есть теми же ядрами гелия) превращаются в углерод.

Именно на этом жизнь на Земле, да и сама Земля, скорее всего, уже гарантированно прекратит свое существование. Даже той невысокой температуры, которую на тот момент будет иметь солнечная периферия, хватит, чтобы наша планета полностью испарилась.

Конечно же, человечество в целом, как каждый человек по отдельности, надеется на вечную жизнь. Момент превращения Солнца в красного гиганта накладывает на эту мечту определенные ограничения: подобную катастрофу человечеству если и удастся пережить, то только за пределами своей колыбели. Но уместно тут напомнить, что один из крупнейших физиков современности Стивен Хокинг (Stephen Hawking) уже давно утверждает: момент, когда единственным способом выжить для человечества станет колонизация других планет, уже почти настал. Внутриземные причины сделают эту колыбель невозможной для обитания гораздо раньше, чем что-то плохое случится с Солнцем.

Давайте тут подробнее о сроках:

Масса = 1.99* 1030 кг.

Диаметр = 1.392.000 км.

Абсолютная звёздная величина = +4.8

Спектральный класс = G2

Температура поверхности = 5800о К

Период обращения вокруг оси = 25 ч(полюса) -35 ч(экватор)

Период обращения вокруг центра галактики = 200.000.000 лет

Расстояние до центра галактики = 25000 свет. лет

Скорость движения вокруг центра галактики = 230 км/сек.

Солнце. Звезда давшая начало всему живому в нашей системе, приблизительно в 750 раз превосходит по массе все остальные тела солнечной системы, поэтому всё в нашей системе можно считать обращающимся вокруг солнца, как общего центра масс.

Солнце — это сферически симметричный раскаленный плазменный шар, находящийся в равновесии. Оно, вероятно, возникло вместе с другими телами Солнечной системы из газопылевой туманности примерно 5 млрд. лет назад. В начале своей жизни солнце, примерно на 3/4 состояло из водорода. Затем, из-за гравитационного сжатия, температура и давление в недрах настолько увеличились, что самопроизвольно начала происходить термоядерная реакция, в ходе которой водород превращаться в гелий. В результате этого очень сильно поднялась температура в центре Солнца, (порядка 15.000.000о К), а давление в его недрах возросло настолько (1,5х105 кг/м3), что смогло уравновесить силу тяжести и остановить гравитационное сжатие. Так возникла современная структура Солнца.

Примечание: В звезде есть гигантский резервуар гравитационной энергии. Но черпать из него энергию безнаказанно нельзя. Нужно, чтобы Солнце сжималось, причем оно должно уменьшаться в 2 раза каждые 30 миллионов лет. Полный запас тепловой энергии в звезде примерно равен ее гравитационной энергии с обратным знаком, т. е. порядка GM2/R. Для Солнца тепловая энергия равна 4*1041 Дж. Каждую секунду Солнце теряет 4*1026 Дж. Запаса его тепловой энергии хватило бы лишь на 30 миллионов лет. Спасает термоядерный синтез — объединение легких элементов, сопровождающеесся гигантским энерговыделением. Впервые на него этот механизм, еще в 20-е годы 20-го века, указал английский астрофизик А. Эдингтон, который заметил что четыре ядра атома водорода (протона) имеют массу 6,69* 10-27 кг, а ядро гелия — 6,65* 10-27 кг. Дефект массы объясняется теорией относительности. По формуле Эйнштейна полная энергия тела связана с массой соотношением E = Мс2. Энергия связи в гелии на один нуклон больше, значит, глубже его потенциальная яма и меньше его полная энергия. Если каким-то образом из 1 кг водорода синтезировать гелий, выделится энергия, равная 6* 1014 Дж. Это примерно 1 % полной энергии затраченного топлива. Вот вам и резервуар энергии.

Современники, однако, скептически отнеслись к гипотезе Эдингтона. По законам классической механики для сближения протонов на расстояние порядка радиуса действия ядерных сил необходимо преодолеть силы кулоновского отталкивания. Для этого их энергия должна превышать величину кулоновского барьера. Расчёт показал, что для начала процесса термоядерного синтеза необходима температура около 5 млрд градусов, но температура в центре Солнца примерно в 300 раз меньше. Таким образом, Солнце казалось недостаточно горячим для того, чтобы в нем был возможен синтез гелия.

Гипотезу Эдингтона спасла квантовая механика. В 1928 году молодой советский физик Г.А. Гамов обнаружил, что согласно ее законам частицы могут с некоторой вероятностью просачиваться через потенциальный барьер даже в том случае, когда их энергия ниже его высоты. Это явление получило название подбарьерного или туннельного перехода. (Последнее образно указывает на возможность очутиться по другую сторону горы, не взбираясь на ее вершину.) С помощью туннельных переходов Гамов объяснил законы радиоактивного a-распада и тем самым впервые доказал применимость квантовой механики к ядерным процессам (почти в то же время туннельные переходы были открыты Р. Генри и Э. Кондоном). Гамов обратил также внимание на то, что благодаря туннельным переходам сталкивающиеся ядра могут вплотную сблизиться друг с другом и вступить в ядерную реакцию при энергиях, меньших величины кулоновского барьера. Это побудило австрийского физика Ф. Хоутерманса (которому Гамов рассказал о своих работах еще до их публикации) и астронома Р. Аткинсона вернуться к идее Эдингтона о ядерном происхождении солнечной энергии. И хотя одновременное столкновение четырех протонов и двух электронов с образованием ядра гелия представляет собой крайне маловероятный процесс. В 1939 году Г. Бете удалось найти цепочку (цикл) ядерных реакций, приводящих к синтезу гелия. Катализатором синтеза гелия в цикле Бете выступают ядра углерода C12, количество которых остается неизменным

Итак — реально в качестве топлива для звезд может служить только центральная их часть с массой, составляющей 10 % полной массы. Подсчитаем, на сколько времени хватит Солнцу ядерного топлива.

Полная энергия Солнца М*с2 = 1047 Дж, ядерная энергия (Еяд) составляет примерно 1%, т. е. 1045 Дж, и с учетом того, что не все вещество может сгореть, получится 1044 Дж. Разделив эту величину на светимость Солнца 4*1026 Дж/c, получим, что его ядерной энергии хватит на 10 миллиардов лет.

Вообще масса звезды однозначно определяет её дальнейшую судьбу, так как ядерная энергия звезды Еяд ~ Мс2 , а светимость ведет себя примерно как L ~ М3. Время выгорания называют ядерным временем; оно определяется как tяд =~ Еяд/L = lO10 (M/MСолнца)-2 лет.

Чем больше звезда, тем быстрее она себя сжигает!. Соотношение трех характерных времен — динамического, теплового и ядерного — определяет характер эволюции звезды. То, что динамическое время много меньше теплового и ядерного, означает, что звезда всегда успевает прийти в гидростатическое равновесие. А то, что тепловое время меньше ядерного,- что звезда успевает прийти и в тепловое равновесие, т. е. в равновесие между количеством энергии, выделяемым в центре в единицу времени, и количеством энергии, излучаемым поверхностью звезды (светимостью звезды). В Солнце каждые 30 миллионов лет обновляется запас тепловой энергии. Но энергия в Солнце переносится излучением. Значит, фотонами. Фотон, рожденный в термоядерной реакции в центре, на поверхности появляется через тепловое время, ~ 30 миллионов лет). Фотон движется со скоростью света, но, все дело в том, что он, постоянно поглощаясь и переизлучаясь, сильно запутывает свою траекторию, так что ее длина становится равной 30 миллионам световых лет. За такое большое время излучение успевает прийти в тепловое равновесие с веществом, по которому оно движется. Поэтому спектр звезд и близок к спектру черного тела. Если бы источники термоядерной энергии «выключились» (подобно лампочке) сегодня, то Солнце продолжало бы светить еще миллионы лет.

Но даже если пророчеству Хокинга и его многочисленных предшественников и единомышленников во всем мире суждено сбыться и человечество отправится на строительство «внеземной цивилизации», судьба Земли по-прежнему будет волновать людей. Поэтому многие астрономы с особым интересом относятся к звездам, похожим на Солнце по своим параметрам, - в особенности когда эти звезды превращаются в красных гигантов.

Так, группа астрономов под руководством Сэма Рэгланда (Sam Ragland) с помощью инфракрасно-оптического комплекса из трех объединенных телескопов Arizona’s Infrared-Optical Telescope Array исследовала звезды с массами от 0,75 до 3 масс Солнца, приближающиеся к концу своей эволюции. Приближающийся конец довольно легко опознается по низкой интенсивности линий водорода в их спектрах, и, напротив, по высокой - линий гелия и углерода.

Баланс гравитационных и электростатических сил в таких звездах нестабилен, а водород и гелий внутри них чередуются как вид ядерного топлива, что вызывает изменения яркости звезды с периодом порядка 100 тысяч лет. Многие такие звезды проводят заключительные 200 тысяч лет своей жизни как переменные типа Мира. (Мира-переменные - это звезды, светимость которых регулярно изменяется с периодом от 80 до 1 тысячи дней. Они названы так по имени «родоначальницы» класса, звезды Мира в созвездии Кита).

Иллюстрация: Wayne Peterson/LCSE/University of Minnesota

Визуализированная модель красного пульсирующего гиганта, созданная в лаборатории вычислительной науки и техники Университета Минессоты. Внутренний вид ядра звезды: желтая и красная - области высоких температур, синяя и цвета морской волны - области низких температур.

Именно в этом классе произошло довольно неожиданное открытие: вблизи звезды V 391 в созвездии Пегаса обнаружилась экзопланета, ранее погруженная в раздувшуюся оболочку звезды. Если говорить более точно, звезда V 391 пульсирует, из-за чего её радиус то увеличивается, то уменьшается. Планета, об обнаружении которой группа астрономов разных стран сообщила в сентябрьском номере журнала Nature, имеет массу, более чем втрое превышающую массу Юпитера, и радиус её орбиты в полтора раза больше расстояния, отделяющего Землю от Солнца.

Когда звезда V 391 проходила стадию красного гиганта, её радиус достиг как минимум трех четвертей от радиуса орбиты. Однако к началу расширения звезды радиус орбиты, на которой находилась планета, был меньше. Результаты этого открытия оставляют Земле шанс сохраниться после взрыва Солнца, хотя параметры орбиты, да и радиус самой планеты скорее всего изменятся.

Аналогию несколько портит тот факт, что эта планета, равно как и её материнская звезда, не очень похожи на Землю и Солнце. А главное, V 391 при превращении в красного гиганта «сбросила» значительную часть своей массы, что и «спасло» планету; но это происходит лишь с двумя процентами гигантов. Хотя «сброс» внешних оболочек с превращением красного гиганта в постепенно остывающего белого карлика, окруженного расширяющейся газовой туманностью, не такая уж редкость.

Слишком близкая встреча со своей звездой - самая очевидная, но не единственная неприятность, ожидающая Землю со стороны других крупных космических тел. Вполне вероятно, что Солнце будет превращаться в красного гиганта, уже покинув нашу галактику. Дело в том, что наша галактика Млечный Путь и соседняя гигантская галактика Туманность Андромеды уже миллионы лет находятся в гравитационном взаимодействии, которое в итоге приведет к тому, что Андромеда «подтянет» к себе Млечный Путь, и он станет частью этой крупной галактики. В новых условиях Земля станет совсем другой планетой, более того, в результате гравитационного взаимодействия Солнечная система, как и сотни других систем, могут быть буквально разорваны. Так как гравитационное притяжение Туманности Андромеды намного сильнее гравитации Млечного Пути, последний приближается к ней со скоростью около 120 км/с. С помощью компьютерных моделей, выполненных с точностью до 2,6 миллиона объектов, ученые-астрономы определили, что примерно через 2 миллиарда лет галактики сблизятся, и сила притяжения начнет деформировать их структуры, образуя длинные притягивающиеся хвосты из пыли и газа, звезд и планет. Ещё же через 3 миллиарда лет галактики вступят в непосредственный контакт, в результате которого новая объединенная галактика примет эллиптическую форму (обе галактики на сегодня считаются спиральными).

Фото: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI)

На этом снимке зафиксировано, как в районе созвездия Большой пес две спиральные галактики (большая имеет номер NGC 2207, маленькая - IC 2163) проходят друг мимо друга, подобно величественным кораблям. Приливные силы галактики NGC 2207 исказили форму IC 2163, отбрасывая звезды и газ в потоки, растягивающиеся на сотни тысяч световых лет (в правом углу изображения).

Cотрудники Гарвардско-Смитсониевского астрофизического центра (The Harvard Smithsonian Center for Astrophysics) профессор Ави Лоэб (Avi Loeb) и его ученик Т. Дж. Кокс (T.J. Cox) предположили, что, если бы мы смогли наблюдать небо нашей планеты через пресловутые 5 миллиардов лет, то вместо привычного нам Млечного пути - бледной полосы тусклых мерцающих точек - мы бы увидели миллиарды новых ярких звезд. При этом наша Солнечная система находилась бы «на задворках» новой галактики - примерно в ста тысячах световых лет от её центра вместо настоящих 25 тысяч световых лет. Впрочем, есть и другие расчеты: после полного слияния галактик Солнечная система может продвинуться ближе к центру галактики (67000 световых лет), а может случиться и так, что она попадет в «хвост» - связующее звено между галактиками. И в последнем случае из-за гравитационного воздействия находящиеся там планеты будут разрушены.

Рассматривать будущее Земли, Солнца, Солнечной системы в целом и Млечного Пути столько же увлекательно, сколько и условно-научно. Огромные отрезки времени прогнозов, недостаток фактов и относительная слабость технологий, а также в немалой степени привычка современного человека мыслить категориями кинематографа и триллеров, влияют на то, что предположения о будущем больше похожи на научную фантастику, только с особым упором на первое слово.

Все понимают, что без солнца невозможна жизнь на Земле. Хотя дело не только в нём, но и в оптимальном расположении нашей планеты от Солнца. И все же это не преуменьшает значимость небесного тела, обеспечивающего нас жизненно важным теплом. Что такое солнце? Почему оно «горячее»?

Что такое солнце?

Непосредственно изучить Солнце невозможно. Нельзя к Солнцу отправить космический аппарат для изучения, для взятия образцов, чтобы потом их исследовать. Поэтому наши знания о солнце основаны на теоретических расчетах. Хотя и говориться о Солнце, что оно «горит», однако это просто передача на простом языке того сложного процесса, который происходит в Солнце. Из-за вакуума в космосе горение в обычном смысле этого слова невозможно.

Наблюдения помогли узнать массу, состав, радиус и температуру Солнца. Благодаря дополнительным данным стало известно, что за миллиарды лет светимость Солнца практически не изменилась. Были сделаны выводы, что в солнце проходят термоядерные реакции. Температура внутри солнца достигает 20 млн. градусов. При такой температуре водород, из которого состоит Солнце, преобразуется в гелий: происходит слияние четырех атомов водорода в один атом гелия. Этот процесс и является причиной выделения такого большого количества энергии, крохотную долю которой получает планета Земля для поддержания жизни на ней. На фото ниже виден термоядерный процесс на Солнце.

Наше Солнце - это звезда или планета?

В древнерусской летописи Солнце планета (в силу объективных причин понятно, почему они так думали). Вот признаки планеты, как небесного тела:

• - у планеты есть определенная плотность;
• - планета вращается и вокруг собственной оси и вокруг звезды;
• - планета достаточно массивна, чтобы благодаря своей гравитации иметь округлую форму, но недостаточно массивна для запуска термоядерной реакции, как у Солнца;
• - в химическом составе планет, подобных Земле, есть железо, алюминий, кремний, титан, магний и прочие подобные соединения в большом количестве. Газы в меньшинстве.

Хотя и Солнце вращается вокруг своей оси, которую сложно отследить, но оно

• - не вращается вокруг другой звезды, как планета;
• - в составе звезд преобладает водород и гелий, газы. В Солнце чуть более 73% составляет водород, почти 25% гелий, остальные 2% прочие газы и некоторые металлы.

По всему видно, что Солнце - звезда.

Сколько будет существовать Солнце?

Поскольку во Вселенной все умирает и снова рождается, логичен вопрос, когда погаснет Солнце, если погаснет, конечно? Или, наоборот, может ли взорваться оно?

Одно время говорили, что запасов топлива Солнце хватит еще на 5-6 млрд. лет, а затем оно станет превращаться в гигантскую красную звезду. Из-за этого миллионы раскаленного газа будет испаряться в Солнечную систему и отдалит Землю от Солнца. Это, вроде бы, не должно привести к катастрофе. Но другие подсчеты дают только 1 млрд. лет. Кто прав, а кто нет, покажет время, но человечество это вряд ли зафиксирует правду.

Что произойдет, если Солнце потухнет? В течение первой недели температура опустится ниже 17 градусов по Цельсию. Через год на земле будет минус 40. Фотосинтез прекратится. Основ для выживания человечества не будет. В течение миллиона лет температура стабилизируется на минус 160 градусов. Какие-то микроорганизмы и смогут выжить, человек - нет.

По поводу взрыва Солнца, то такое может произойти лишь через 6 тыс. лет. За последние 11 лет температура солнечного ядра увеличилась в два раза. Если тенденция продолжится, Солнце взорвется раньше возможного затухания.

Нужно ли беспокоиться, что Солнце когда-то погаснет или взорвется? Не стоит. Во-первых, мы до этого не доживем, и, во-вторых, всё когда-то рождается, проходит свой жизненный путь, а затем уходит из жизни или погибает.

У людей жизненный цикл одного человека в пределах ста лет, а у звезд цикл занимает миллиарды лет.

На какой стадии жизненного цикла находится Солнце? На фото ниже видно, каков жизненный цикл звезды вообще.

Поскольку наше Солнце – звезда, то этот цикл надлежит пройти и ему. Наше Солнце сейчас находится в стадии желтого карлика. Дальнейшая стадия – либо туманность либо красный гигант, а потом сверхновая и далее. Какой именно будет сценарий у нашего Солнца, покажет лишь время. И то не нам...

В настоящий момент мы можем лишь изучать Вселенную, восторгаясь ее величием.