Когда у нашего Солнца закончится горючее, оно станет красным гигантом, а затем превратится в планетарную туманность с белым карликом в центре. Туманность Кошачий Глаз – великолепный и красочный пример этой возможной судьбы, а замысловатая, многослойная и асимметричная форма этой туманности говорит о возможном наличии у звезды компаньона.
Ничто на Земле не вечно, и эта истина простирается даже на те объекты, что мы видим в нашем небе. Солнце, дарящее свет и тепло всем мирам Солнечной системы, будет сиять не вечно. Сейчас в его ядре происходит синтез гелия из водорода, в результате чего с каждой ядерной реакцией небольшое количество массы превращается в чистую энергию, согласно эйнштейновскому E = mc2.
Но это не может продолжаться вечно, ибо количество топлива в ядре ограничено. Солнце уже потеряло в этом процессе массу, эквивалентную массе Сатурна, а через 5-7 млрд лет полностью израсходует всё горючее в ядре. Раздувшись до красного гиганта, оно в результате сбросит внешние слои, породив планетарную туманность, а его ядро сожмётся и превратится в белого карлика. Для внешнего наблюдателя это будет прекрасный и красочный вид. Но внутри Солнечной системы это приведёт к катастрофе.
Сегодня Солнце имеет весьма малый размер, по сравнению с гигантами, однако оно вырастет до размера Арктура в своей фазе красного гиганта, и раздуется до 250 раз от текущего размера. До чудовищного гиганта вроде Антареса ему никогда не дорасти.
Первое, что нужно знать о красных гигантах – они огромны. Нам кажется, что наше Солнце крупное: 1,4 млн км в поперечнике, с массой в 300 000 раз больше, чем у Земли, однако по сравнению с красным гигантом это ничто. С такой массой наше Солнце вырастет в 100 раз по сравнению с предыдущим размером, поглотив Меркурий и Венеру. Земля, скорее всего, будет вытолкнута дальше, во время роста и потери массы Солнцем, и хотя её и может поглотить звезда, учёные пока спорят о том, выживет она или нет.
Если расчёты верны, Солнце не должно будет поглотить Землю, когда оно раздуется до красного гиганта. Однако она должна будет стать очень горячей и претерпит катастрофические изменения.
В таком случае Земля и Марс превратятся в обуглившиеся, бесплодные миры. Океаны и атмосферы этих планет вскипят и исчезнут с поверхности, и эти миры станут безвоздушными и горячими, как сегодняшний Меркурий. Эти эффекты будут простираться далеко за пределы орбит внутренних скалистых миров Солнечной системы.
Видите ли, красные гиганты не просто огромны, они также всё ещё разогреты до многих тысяч градусов, а сияют в тысячи раз ярче, чем сегодняшнее Солнце. Большая часть выброшенного материала – по массе составляющего от трети до половины Солнца – останется разогретым до экстремальных температур и дойдёт до внешних краёв нашей Солнечной системы. Астероиды расплавятся, потеряв все летучие компоненты, и от них останутся только скалистые ядра.
В астероидах есть некоторое количество летучих компонентов, и они часто демонстрируют хвосты, приближаясь к Солнцу. Со временем, когда Солнце дорастёт до красного гиганта, эти астероиды расплавятся, потеряют все летучие материалы, и станут либо кучками булыжников, либо расплавленными камнями – в любом случае, став гораздо меньше текущих размеров
Но газовые гиганты будут достаточно массивными, чтобы и дальше удерживать свои газовые одежды, которые, возможно, даже вырастут, когда Солнце войдёт в эту фазу. К примеру, сегодня мы находим на орбите вокруг красных гигантов только газовых гигантов, размером гораздо больше даже Юпитера. Возможно, это результат селекции – и мы видим их потому, что их легче всего увидеть – но, возможно, это результат неизбежного процесса.
Огромные количества материала, покидающего Солнце, будут сталкиваться с гигантскими мирами, обладающими мощными гравитационными полями. Большая часть материала, которая встретится с этими атмосферами, издаст шлепок космических масштабов и увеличит размер и массу этих миров. В результате Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун могут оказаться крупнее и массивнее, чем сегодня.
Визуально сразу бросается в глаза большой разрыв между размерами миров земного типа и планет типа Нептуна – и превращение Солнца в красного гиганта лишь увеличит эту разницу. Земля и Марс потеряют атмосферы, а, возможно, и часть поверхности, при этом газовые гиганты вырастут, поглощая больше и больше материи, когда Солнце будет сбрасывать внешнюю оболочку.
Однако Солнце станет таким ярким и горячим, что большая часть внешней Солнечной системы будет полностью уничтожена. У каждого из газовых гигантов есть свои кольца; наиболее известны кольца Сатурна, но у всех наших четырёх гигантов они есть. В основном они состоят из различных льдов – водяного, метанового и замёрзшего углекислого газа. Благодаря экстремальной энергии, выдаваемой Солнцем, эти льды не просто расплавятся – их отдельные молекулы приобретут такую энергию, что их выкинет за пределы Солнечной системы.
Кольца Нептуна, снятые на широкоугольную камеру аппарата Вояджер-2 с большой экспозицией. Можно видеть, насколько они непрерывны. Кольца Нептуна, как и кольца всех газовых гигантов, состоят из летучих ледяных компонентов, и расплавятся, вскипят и сублимируют, когда Солнце превратится в красного гиганта.
То же будет верно для лун, богатых водой, вращающихся вокруг этих миров. Замёрзшая поверхность Европы, под которой находится водяной лёд, полностью выкипит. То же случится и с Энцеладом, у которого испарится практически всё, кроме скалистого ядра с примесью металлов. Практически все луны Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна значительно уменьшатся в размере, их атмосферы выкипят, их внешние слои расплавятся и исчезнут; останутся лишь ядра этих спутников, состоящие из камня и металла. Некоторые луны, полностью состоящие из летучих веществ, могут полностью исчезнуть.
Энцелад – луна Сатурна, почти полностью состоящая из водяного льда. Столб материи, извергающийся с него, свидетельствует о наличии большого подповерхностного океана, но увеличившаяся яркость Солнца приведёт к его выкипанию, и оставит лишь голое ядро.
Даже крупнейшие и хорошо известные объекты пояса Койпера не защищены от этой беды. Даже миры, находящиеся на таких огромных расстояниях, как Тритон, Эрида или Плутон будут получать в четыре раза больше энергии на единицу поверхности, чем сегодня получает Земля. Их атмосферы и поверхности, ныне покрытые различными типами льда, и, возможно, содержащие подповерхностные океаны, также полностью испарятся. Когда Солнце станет красным гигантом, и внутренние миры превратятся в обгорелые останки или будут поглощены Солнцем, миры типа Плутон не станут потенциально обитаемыми планетами: они сгорят. Они превратятся в голые ядра из камня и металла, и станут похожими на сегодняшний Меркурий.
Геологическая структура под поверхностью равнины Спутника. Возможно, что на Плутоне под тонкой корой находится океан жидкой воды. Когда Солнце станет красным гигантом, все внешние слои сублимируются и выкипят, оставив за собой лишь ядро из камня и металла.
Несколько десятков или сотен миллионов лет будет надежда на наличие более приемлемых условий на поясе Койпера, на расстоянии в 80-100 раз большем, чем расстояние от Солнца до Земли. На этот небольшой, по космическим меркам, промежуток времени объекты на этом расстоянии будут получать примерно столько же солнечного света, сколько сегодня получает Земля. Однако для обитаемости миру нужно нечто большее, чем солнечный свет; нужно иметь достаточно массы, подходящий размер и соответствующие ингредиенты. Луна и Земля очень сильно отличаются по обитаемости, несмотря на получение практически идентичного количества солнечной энергии на единицу площади.
Орбиты известных седноидов, вместе с предполагаемой Девятой планетой. Даже когда Солнце станет красным гигантом, Девятая планета – чьё существование и так спорно – не дойдёт до температуры, достаточной для того, чтобы стать потенциально обитаемой. Другие миры пояса Койпера, даже те, что окажутся на нужном расстоянии, будут слишком мелкими с этой точки зрения.
Однако даже гипотетическая Девятая планета окажется слишком далёкой для того, чтобы стать потенциально обитаемой, а всё, что окажется на нужном расстоянии, будет слишком мелким для того, чтобы там смогла существовать жизнь. Солнечная система станет расплавленной катастрофой, где останутся только голые ядра планет, лун и других объектов. Газовые гиганты, возможно, разбухнут и вырастут, растеряют свои кольца и многие спутники, но всё остальное станет не более чем кусками мусора, богатыми металлом. Если вы надеетесь, что замёрзшие внешние миры Солнечной системы, наконец, получат свой шанс блеснуть, вы будете разочарованы. Когда Солнце дойдёт до конца своей жизни, эти миры, как и наши надежды на выживание, столкнутся с тем, что всё самое важное расплавится и исчезнет.
Больше статей на научно-популярную тему вы сможете найти на сайте Golovanov.net. Читайте: когда появились тёмная материя и тёмная энергия; можно ли создать жизнь в лаборатории; кто выживет после гибели Солнца; серию статей по космологии "Спросите Итана".
Напоминаю, что проект существует только благодаря поддержке читателей (банковские карты, яндекс.деньги, вебмани, биткоины, да хоть как). Спасибо всем, кто уже оказал поддержку!
Комментарии (30)
Ghool
28.12.2018 14:05> Луна и Земля очень сильно отличаются по обитаемости, несмотря на получение практически идентичного количества солнечной энергии на единицу площади.
Шикаро сказано :))
zookko
28.12.2018 14:09А когда внешние слои сбросятся, и в центре останется только карлик, гравитационное поле Солнца ослабнет достаточно, чтобы остатки планет и прочего сорвались с орбит и полетели в межзвёздное пространство?
Victor_koly
28.12.2018 17:23Это будет актуально на тот момент, когда существенная часть массы Солнца покинет сферу радиусом с перигелий планеты. Но если быть совсем точным, то когда Солнце станет соизмеримым с этим перигелием.
Ну может предположу, что для радиуса планеты X тысяч км при радиусе Солнца X миллионов и расстоянии между центрами масс r = X миллиардов км не очень идеально будет выполняться закон
F = G*Mm/r^2.zookko
28.12.2018 19:59Извините, но я не понял. Останки планет 1) продолжат вращаться вокруг карлика на тех же орбитах 2) вращаться на других орбитах 3) сойдут с орбит и улетят — какой сценарий наиболее вероятен, например, для Земли и Нептуна?
Victor_koly
28.12.2018 20:20Я говорил о стадии, когда масса Солнца ещё находится в объеме орбиты планеты.
Если мы говорим о карлике, то может произойти 2 факта:
1. Масса внешних оболочек Солнца улетит дальше от центра масс Солнца, чем планета. При этом естественно движение скажем Земли на скорости 30 км/с при потери звездой половины массы гарантирует, что «1я космическая» планеты станет «второй» и в каком-то будущем планета улетит на световые годы.
2. Собственно сила давления плазмы из звезды выталкивает планету с такой скоростью, что та получает возможность улететь на бесконечность (особенно — с учетом потери массы звездой).
Я не уверен в том, что второй сценарий действительно возможен. Тут Вы можете оценить такую величину:
1. Сравниваете площадь сечения Земли с площадью сферы радиусом в перигелий-афелий Земли (находите соотношение).
2. Определяете то, какая энергия нужна для разгона 5.97*10^24 кг массы до «третьей космической».
3. Умножаете энергию на соотношение.
Таким образом Вы приблизительно оцениваете то, какую энергию должен потратить взрыв звезды на то, чтобы выкинуть планету из системы. Для начала возьмите оценку, что термоядерный процесс дает превратить 0.1% потраченной массы в энергию. Если у Вас выходит величина, соизмеримая с массой Солнца, значит в задачке нужно было учитывать пункт 1 из начала поста.
P.S. В любом случае при потере существенной части массы орбиты будут изменены, а при большой «энергии удара» — стать более вытянутыми (увеличится как перигелий, так и афелий).
Trabant
28.12.2018 15:07Лекция в институте:
… профессор- через 5 миллиардов лет солнце превратится в красного гиганта и жизнь на Земле исчезнет
… студент с заднего ряда- простите профессор, через сколько лет?
… профессор- через 5 миллиардов
… студент- фух, ну слава Богу, а мне послышалось, что через 5 миллионов.
Victor_koly
28.12.2018 17:10сегодня мы находим на орбите вокруг красных гигантов только газовых гигантов
Не слышал такого. Обычно не больше желтого карлика звезды с найденными планетами.
qrck13
28.12.2018 20:21Не стоит забывать, что уже через 1млрд лет, светимость солнца возрастет настолько, что сожжет все живое на земле. (Светимость солнца не постоянноая величина, и очень плавно возрастает в связи с изменением состава топлив, сгораемых в термоядерной топке)
AlexSpirit
29.12.2018 10:16Мне всегда было интересно сколько взрывов сверхновых на самом деле были технологическими катастрофами…
agat000
29.12.2018 10:53Почему обязательно катастрофами?
Где то в ходе войны взорвали, где то для целенаправленного эксперимента, а где то для получения энергии.dfgwer
29.12.2018 11:13Для варварской добычи тяжелых элементов! Корпорациям наплевать что будет после, им нужна только прибыль, здесь и сейчас
agat000
30.12.2018 18:35А где то, у Императора Тысячи Галлактик пропало творческое вдохновение, и он приказал взорвать звезду, чтобы получить впечатления и написать стишок.
Insane11
29.12.2018 10:49Не понял, радиус солнца (0,7 млн.км.) увеличится в 250 раз (175 млн.км.), и оно станет размером с Арктур 20 млн.км. Что-то не сходится.
dfgwer
29.12.2018 11:17Солнце будет переработана в компьютер. В маленький нейтронный компьютер.
m_podivilov
29.12.2018 11:36Простите, не совсем уловил ход Ваших мыслей. Это ещё как?
dfgwer
29.12.2018 12:50Сильные ядерные силы, логические схемы на них будут работать на частотах которые и не снились современным электронным схемам.
Переработка Солнца, в нейтронное вычислительное устройство. Это самое мощное вычислительное устройство которое можно вообразить без тирьямпампации.m_podivilov
29.12.2018 13:38Тирьямпампация же предполагает быстрое перемещение между звёздными объектами. Разве я ошибаюсь?
dfgwer
29.12.2018 14:09Ну я в смысле, без открытия законов физики, которые позволят обойти или преодолеть текущие законы физики. СТО и ОТО запретил нам передавать информацию быстрее скорости света, запрещает собирать в одной области слишком много материи.
StriganovSergey
30.12.2018 18:20А для процесса переработки не потребуется оборудование, превосходящее по массе само Солнце?
И энергия, сопоставимая с энергией зведы?
Ведь мы берём звёздный обьект под свой полный контроль, и должны быть в состоянии его удерживать в стабильном состоянии.
Но где взять на это ресурсы?
StriganovSergey
30.12.2018 18:22Приделать двигатель к планете Земля и свалить всем вместе? Такое возможно?
agat000
30.12.2018 18:38Книжка была, любил в детстве. «Бегство Земли». Там приделали и свалили. По тому же поводу. только не через миллиарды лет, а раньше.
Кстати, через 5Млр лет, возможно, сваливать будет некуда. Звезды сгорят все, кроме совсем уж мелких коричневых карликов.Victor_koly
30.12.2018 00:33Немного новых родится. И сгорят только желтые карлики (как Солнце), останутся оранжевые и красные.
lemos
Очень меланхоличная статья получилась.