чем предположительно станет солнце в конце своей эволюции
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.
Что будет с Солнцем в конце жизненного цикла?
Солнце — типичная звезда, а значит ее жизненный цикл ограничен временем. Астрофизики оценивают срок жизни нашего светила примерно в 10 миллиардов лет, а значит, грубо говоря, Солнце находится в середине пути. Что же будет потом, в самом конце?
© bilgify.com
В черную дыру звезда не сколлапсирует да и сверхновой не взорвется из-за недостаточной массы, но вот до красного гиганта «раздуется» все всяких сомнений. Солнце будет становиться все больше и больше, поглощая одну за другой планеты земной группы.
Если человечество не уничтожит к тому времени собственную планету, то нужно смириться с тем фактом, что все самое прекрасное и великое, создаваемое в нашей истории, будет просто «проглочено» милым Солнышком, что сегодня дарует свет и тепло.
Почему Солнце станет красным гигантом?
В ядре начнут выгорать остатки водородного топлива, что приведет к его сжатию, а внешняя оболочка напротив будет активно расширяться. Этот процесс тоже не продлится вечно и в ядре появится температурная неустойчивость.
© helloaquarius.org
Термические пульсации внутри «раздутой» звезды приведут к тому, вся внешняя оболочка будет сорвана и превратится уникальную планетарную туманность. В центре этой красоты будет вращаться крошечное ядро (белый карлик), которое начнет медленно остывать.
«Если бы масса Солнца была хотя бы на 1% меньше, то никакой бы планетарной туманности не получилось, а наша звезда бы погибла скучно и непримечательно. Вселенная в очередной раз демонстрирует идеальную гармонию», — сказал астрофизик Альберт Зейлстра.
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».
Британский учёный рассказал, когда Солнце прекратит своё существование
Солнце — это звезда, благодаря которой появилась жизнь на Земле и благодаря тому, что она до сих пор живёт, живём и мы. К сожалению, продолжаться это будет не вечно. Британский учёный Брайан Кокс назвал примерный период, через который Солнце прекратит своё существование.
Источник изображения: Solar Dynamics Observatory
На данный момент наша звезда находится в середине своего жизненного цикла. Особых изменений с ней не происходит уже 4 млрд лет, и, можно сказать, что в текущее время Солнце сравнительно стабильно. Каждую секунду Солнце расходует около 600 млн тонн водорода, от этого звезда излучает свет и тепло. Как считает профессор Манчестерского Университета Брайан Кокс, примерно через 5 млрд лет топливо иссякнет, и Солнце погаснет. Такое событие радикально повлияет на земную жизнь, перед этим исходящее от звезды излучение повысит температуру на поверхности планеты, что сделает невозможным существование живых организмов. Предпосылки к этому мы можем наблюдать уже сейчас, как одну из причин глобального повышения температуры. Вследствие этого конец нашей цивилизации может наступить уже через 1 млрд лет.
Визуализация со сравнением текущего размера Солнца и размера в состоянии красного гиганта
В одном из выпусков передачи «Чудеса Вселенной» Кокс говорил, что перед своим финалом, Солнце заполнит весь горизонт Земли, став красным гигантом: «В конце своей жизни Солнце просто так не исчезнет, когда у него закончится топливо, его ядро разрушится, и всё тепло, которое оно генерирует заставит внешние слои расширяться».
После красного гиганта Солнце станет белым карликом
Но на этом развитие Солнца не остановится, после стадии красного гиганта звезда превратится в белого карлика, который по размерам будет меньше одной миллионной нашей Земли.
Однако, руководитель проекта NASA «Новые горизонты» Алан Стерн считает, что при увеличении Солнца отдалённые уголки нашей Солнечной системы, такие как Плутон и некоторые планеты в поясе Койпера (это область за Нептуном), могут стать более-менее комфортными для пребывания на них людей. Дело в том, что они имеют на поверхности довольно много ледников, которые под воздействием излучения от Солнца, находящегося в состоянии красного гиганта, растают и смогут вывести на поверхность воду. К тому же в такой период температура на них может быть сопоставима со средней температурой на Земле в текущий момент. Однако Стерн отмечает, что эти места могут быть для людей лишь временным убежищем, а не постоянным местом для жизни. Поэтому необходимо искать другие места для обитания нашей цивилизации.
Решебник по физике за 11 класс Мякишев: вопросы к параграфам 59-125
Вопрос 123.
1. Чем определяется время жизни звезды главной последовательности?
2. Чем предположительно станет Солнце в конце своей эволюции?
3. Что такое сверхновая звезда?
4. Что может остаться в конце эволюции массивной звезды?
1. Время жизни звезды главной последовательности пропорционально ее массе и обратно пропорционально светимости, которая определяет быстроту расхода горючего. Время жизни массивных звезд, массы которых во много раз больше массы Солнца, — несколько миллионов лет, а у звезд, аналогичных Солнцу, — миллиарды лет.
2. Солнце станет белым карликом.
3. Сверхновые звезды — это взрывающиеся звезды. При взрывах выделяются огромная энергия, может выбрасываться вещество с колоссальной скоростью порядка тысяч километров в секунду. Остатки оболочек, сбрасываемых сверхновыми звездами, выглядят как расширяющиеся туманности.
4. Массивная звезда может превратиться в нейтронную звезду или черную дыру.
Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО
Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?
Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇
Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»
или пишите «Хочу бесплатные шаблоны» в директ Инстаграм @shablonoved.ru
Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО
Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?
Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇
Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»