Как и кога слънчевата система ще умре

2024 Автор: Malcolm Clapton | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 03:47

Имаме още малко време, около 5-7 милиарда години.

Преди това около Земята се въртяха две луни, които след това се сляха. Титан, спътникът на Сатурн, е идеален аналог на нашата планета, може да има живот. А астероидите, които са между Юпитер и Плутон, по някаква причина се наричат "кентаври". За тези и други факти за космоса можете да научите от книгата „Когато Земята имаше две луни. Планети канибал, ледени гиганти, кални комети и други светила на нощното небе“, която наскоро беше публикувана от издателство „Alpina non-fiction“.

Създател на завладяваща екскурзия в историята на Слънчевата система е Ерик Асфог, американски планетарен учен и астроном. Авторът не само работи в Лабораторията за изследване на планетите и Луната в Тусон, но и участва активно в експедиции на НАСА. Например мисията Галилей, която изучава Юпитер и неговите спътници. Lifehacker публикува откъс от първата глава от работата на учения.

Подобно на двигател с вътрешно горене, който понякога се запалва при стартиране на студ, младото Слънце преживяваше нередовни изблици на висока активност през първите няколко милиона години. Звездите, преминаващи през този етап на развитие, се наричат звезди Т Телец след добре проучена активна звезда в съответното съзвездие. След като преминат етапа на родилни мъки, звездите в крайна сметка се подчиняват на правилото, че най-тежките и най-ярките от тях стават сини, огромни и много горещи, докато най-малките стават червени, хладни и тъпи.

Ако начертаете всички известни звезди на графика със сини звезди отляво, червени звезди отдясно, тъмни в долната част и ярки отгоре, те обикновено ще се подредят по линия, минаваща от горния ляв ъгъл ъгъл до долния десен ъгъл. Тази линия се нарича главна последователност, а жълтото слънце е точно в средата й. Също така, главната последователност има много изключения, както и издънки, където се намират млади звезди, които все още не са се развили до основната последователност, и стари звезди, които вече са я напуснали.

Слънцето, съвсем обикновена звезда, излъчва своята топлина и светлина с почти постоянен интензитет в продължение на 4,5 милиарда години. Не е толкова малък, колкото червените джуджета, които горят изключително икономично. Но не толкова голям, че да изгори след 10 милиона години, както се случва със сините гиганти, които се превръщат в свръхнови.

Нашето слънце е добра звезда и все още имаме достатъчно гориво в резервоара си.

Светенето му постепенно се увеличава, като се е повишило с около една четвърт от създаването му, което леко го измести по основната последователност, но няма да предявявате други претенции към него. Разбира се, от време на време се сблъскваме с изхвърляния на коронална маса, когато Слънцето изхвърля магнитоелектричен балон и облива нашата планета с потоци радиация. По ирония на съдбата днес нашата изкуствена мрежа е най-уязвима от ефекта на изхвърляне на коронална маса, т.к. електромагнитен импулс, свързан с това събитие, може да наруши работата на големи участъци от електрическата мрежа за период от няколко седмици до две години. През 1859 г. най-голямото коронално изхвърляне в съвременната история предизвика искри в телеграфните офиси и великолепно сияние. През 2013 г. лондонската застрахователна компания Lloyd's изчисли, че щетите от подобна коронална емисия в съвременните Съединени щати ще бъдат от 0,6 до 2,6 трилиона долара. … Но в сравнение с това, което се случва в други планетни системи, тази дейност е напълно безвредна.

Но това не винаги ще бъде така. След около 5-7 милиарда години за нас ще започне "здрачът на боговете", последният смут, по време на който планетите ще напуснат орбитите си. След като напусне основната последователност, Слънцето ще се превърне в червен гигант и след няколко милиона години ще погълне Меркурий, Венера и вероятно Земята. След това ще се свие, хвърляйки половината от масата си в космоса. Астрономите от съседни звезди ще могат да наблюдават в небето си "нова", разширяваща се обвивка от искрящ газ, която ще изчезне след няколко хиляди години.

Слънцето вече няма да задържа външния облак на Оорт, чиито тела ще се скитат из междузвездното пространство като космически призраци. Това, което остава от звездата, ще се свива, докато се превърне в бяло джудже, изключително плътно тяло, което блести с бяла светлина от своята гравитационна енергия – едва живо, но ярко, с размерите на Земята, но милиард пъти по-тежко. Вярваме, че това е съдбата на нашата Слънчева система, отчасти защото Слънцето е обикновена звезда и виждаме много примери за такива звезди на различни етапи от еволюцията, и отчасти защото нашето теоретично разбиране за подобни процеси е скочило напред и е в добро съответствие с резултатите от наблюденията.

След като разширението на червения гигант приключи и Слънцето се превърне в бяло джудже, планети, астероиди и други остатъци от вътрешната слънчева система ще започнат да падат върху него по спирала - първо поради забавяне на газа, а след това поради действие на приливните сили - докато свръхплътните остатъци не останат звездите няма да разрушат планетите една по една. В крайна сметка ще има диск от земноподобни материали, основно състоящ се от откъснати мантии на Земята и Венера, които ще се спуснат спираловидно върху разрушената звезда.

Това не е просто фантазия: астрономите виждат тази картина в спектроскопските индикатори на няколко съседни "замърсени бели джуджета", където скалообразуващите елементи - магнезий, желязо, силиций, кислород - присъстват в атмосферата на звездата в количества, съответстващи на състав на минерали от класа силикати, като оливин. Това е последното напомняне за подобните на Земята планети от миналото.

***

Планетите, които се образуват около звезди, които са много по-големи от Слънцето, ще имат по-малко интересна съдба. Масивните звезди горят при температури от стотици милиони градуси, консумирайки водород, хелий, въглерод, азот, кислород и силиций при бурен синтез. Продуктите от тези реакции стават все по-тежки елементи, докато звездата достигне критично състояние и избухне като свръхнова, разпръсвайки вътрешностите си около няколко светлинни години в диаметър и в същото време образувайки почти всички тежки елементи. Въпросът за бъдещето на планетарната система, която би могла да се формира около нея, се превръща в риторичен.

Сега всички погледи са приковани към Бетелгейзе, ярка звезда, която образува лявото рамо на съзвездието Орион. Той е на 600 светлинни години от Земята, което означава, че не е твърде далеч, но за щастие не е сред най-близките ни съседи. Масата на Бетелгейзе е осем пъти по-голяма от тази на Слънцето и според еволюционните модели е на около 10 милиона години.

В рамките на няколко седмици експлозията на тази звезда ще бъде сравнима по яркост с сиянието на Луната, а след това ще започне да избледнява; ако това не ви е направило впечатление, то имайте предвид, че от разстояние 1 астрономическа единица е като да гледате как избухва водородна бомба в близкия двор. С течение на геоложкото време свръхновите са избухнали много по-близо до Земята, облъчвайки нашата планета и понякога водейки до масово изчезване на нея, но никоя от най-близките до нас звезди няма да избухне сега.

„Хитовата зона“за този тип свръхнова е от 25 до 50 светлинни години, така че Бетелгейзе не представлява заплаха за нас.

Тъй като е сравнително близо и има гигантски размери, тази звезда е първата, която успяхме да видим в детайли през телескоп. Въпреки че качеството на изображенията е лошо, те показват, че Бетелгейзе е странно неправилен сфероид, наподобяващ частично изпуснат балон, който прави един оборот около оста си за 30 години. Виждаме огромен шлейф или деформация от Pierre Kervella et al., “The Close Circumstellar Environment of Betelgeuse V. Rotation Velocity and Molecular Envelope Properties from ALMA,” Astronomy & Astrophysics 609 (2018), вероятно причинена от глобален топлинен дисбаланс. Изглежда, че тя наистина е готова да избухне всеки момент. Но, в интерес на истината, за да може някой от нас да види светлината на това събитие, Бетелгейзе трябваше да лети на парчета по времето на Кеплер и Шекспир.

Когато масивна звезда експлодира, вратите на нейната химическа кухня се издухват от пантите си. Пепелта от термоядрено огнище се разпръсква във всички посоки, така че хелий, въглерод, азот, кислород, силиций, магнезий, желязо, никел и други продукти на синтеза се разпространяват със скорост от стотици километри в секунда. В хода на движение тези атомни ядра, достигащи максимална маса от 60 атомни единици, са масово бомбардирани от поток от високоенергийни неутрони (частици, равни по маса на протоните, но без електрически заряд), излъчващи се от колапсиращото звездно ядро.

От време на време един неутрон, сблъсквайки се с ядрото на атома, се прикрепя към него; в резултат на всичко това експлозията на свръхнова е придружена от бърз синтез на по-сложни елементи, които се считат за необходими за съществуването на живот, както и много радиоактивни такива. Някои от тези изотопи имат полуживот само секунди, други, като напр ⁶⁰Fe и ²⁶Ал, разпад за около милион години, през които е отнело формирането на нашата протопланетна мъглявина, и третата, да речем ²³⁸U, има дълъг път: те осигуряват геоложко отопление в продължение на милиарди години Горният индекс съответства на общия брой протони и неутрони в ядрото - това се нарича атомна маса.

Това се случва, когато Бетелгейзе избухне. След секунда ядрото му ще се свие до размера на неутронна звезда - обект толкова плътен, че една чаена лъжичка от веществото му тежи милиард тона - и вероятно ще се превърне в черна дупка. В същия момент Бетелгейзе ще изригне около 10⁵⁷ неутрино, които отнасят енергия толкова бързо, че ударната вълна ще разкъса звездата.

Ще бъде като експлозия на атомна бомба, но трилиони пъти по-силна.

За наблюдатели от Земята, Бетелгейзе ще се увеличи в яркостта си в продължение на няколко дни, докато звездата залее своята част от небето със светлина. През следващите няколко седмици той ще избледнее, а след това ще се промъкне в светещата мъглявина на газов облак, облъчен от компактно чудовище в центъра му.

Свръхновите бледнеят в сравнение с килограмните експлозии, които се случват, когато две неутронни звезди попаднат в капана на взаимното привличане и спират в сблъсък. Може би благодарение на килоновите в космоса се появиха по-тежки елементи като златото и молибдена. … Тези две тела вече са невъобразимо плътни – всяко има масата на Слънцето, опакована в обема на 10-километров астероид – така че тяхното сливане причинява гравитационни вълни, вълни в структурата на пространството и времето.

Дълго прогнозираните гравитационни вълни бяха записани за първи път през 2015 г. с инструмент за милиарди долари, наречен LIGO. Първата гравитационна вълна беше записана от гравитационно-вълновата обсерватория с лазерен интерферометър (LIGO) през септември 2015 г. сливането на две черни дупки на разстояние 1,3 милиарди светлинни години от Земята. (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, "Laser-interferometric gravitational-wave observatory"). По-късно, през 2017 г., гравитационната вълна пристигна с разлика от 1,7 секунди с изблик на гама лъчение, записан от съвсем различно устройство – като гръм и светкавица.

Удивително е, че гравитационните и електромагнитните вълни (тоест фотоните) са пътували през пространството и времето в продължение на милиарди години и изглежда, че са напълно независими една от друга (гравитацията и светлината са различни неща), но въпреки това са стигнали до същото време. Може би това е тривиално или предвидимо явление, но лично за мен тази синхронност на гравитацията и светлината изпълни единството на Вселената с дълбок смисъл. Експлозията на килонова преди милиард години, преди милиард светлинни години, изглежда като далечен звук на камбана, чийто звук ви кара да се чувствате като никога досега връзка с онези, които може да съществуват някъде в дълбините на космоса. Все едно да гледаш луната, да мислиш за любимите си хора и да си спомняш, че и те я виждат.

Ако искате да знаете как е възникнала Вселената, къде другаде може да съществува живот и защо планетите са толкова различни, тази книга определено е за вас. Ерик Асфог разказва подробно за миналото и бъдещето на Слънчевата система и Космоса като цяло.

Alpina Non-Fiction дава на читателите на Lifehacker 15% отстъпка за хартиената версия на Когато Земята имаше две луни, използвайки промоционалния код TWOMOONS.