Что будет через 5 миллионов лет. Что произойдет с землей за миллиард лет. миллиард лет: Земля станет непригодной для жизни
Жизнь Земли всегда была тесно связана с Солнцем, но, как известно, звезды рождаются, стареют и умирают. Что будет происходить с Голубой планетой в процессе старения Солнца? Наша звезда увеличивает свою яркость примерно на 10 % каждый миллиард лет. Через 5,4 млрд лет она достигнет своего максимально возможного размера, увеличившись до современной орбиты Земли. С увеличением размеров Солнца его излучение станет в 3 тыс. раз сильнее, что, безусловно, не может пройти без последствий для нашей планеты. После стадии зарождения и развития молодой звезды произойдет переход в огромного красного гиганта вследствие накопившегося в ядре гелиевого шлака. Затем Солнце сбросит свои внешние оболочки и сожмется в белого карлика. Потом постепенно остынет и превратится наконец в черного карлика.
Солнце представляет собой шар раскаленных газов, который каждую секунду перерабатывает 600 млн тонн водорода. Понятно, что наше светило не вечно: рано или поздно оно медленно начнет умирать. Постепенно в недрах Солнца изменяются режимы прохождения термоядерных реакций, это отражается на его поверхности. Светимость нашей звезды неуклонно увеличивается, да и сама она с течением времени расширяется. Если сопоставить скорость переработки водорода в недрах с массой Солнца, то можно ответить на вопрос, сколько же еще времени уготовано нашему светилу.
Оказывается, Солнце не прожило еще и половины срока, назначенного ей природой. Сейчас оно находится в среднем возрасте. Но что произойдет со звездой через несколько миллиардов лет и как это повлияет на будущее Земли и других планет Солнечной системы?
Чтобы ответить на эти вопросы, астрономы постоянно наблюдают за другими звездами, расположенными в различных галактиках. Это позволило им выделить звезды, похожие на наше Солнце в период его молодости. Во Вселенной есть и другие похожие на Солнце звезды, которые находятся уже в стадии зрелости или постепенного умирания. Если наблюдать за ними на всех стадиях их жизни, можно в точности представить себе, каким будет будущее нашего светила и как оно будет бороться с неминуемой смертью.
Проведенные расчеты показывают, что Солнце уже израсходовало почти половину водорода, который в ядре звезды в ходе термоядерных реакций превращается в гелий, высвобождая при этом огромную энергию. Молодое Солнце имело в своем составе 70,6 % водорода от всей массы солнечного вещества, сегодня же это значение упало до отметки в 36,3 %. В центральных областях звезды тонны водорода при температуре не ниже 15 млн градусов превращаются в гелий.
При этом высвобождается энергия, которая дает тепло и самому Солнцу, и всему его планетному семейству, включая Землю. В Солнце происходит постоянная борьба ядра и периферии, поскольку давление в его центральных областях противостоит гравитационным силам тяжести верхних слоев звезды. Объем, в котором происходят процессы термоядерного синтеза, постоянно расширяется, значит, неуклонно повышается светимость Солнца. Сила света звезды после рождения составляла всего 70 % от современного уровня. Соответственно, в течение последующих нескольких миллиардов лет этот показатель будет неуклонно расти.
К чему это приведет? В центре Солнца постепенно начнут затухать ядерные реакции синтеза, начнется новая схватка между центром и внешними слоями звезды. Выгоревший водород уступит место внешнему давлению, центр нашего светила сожмется. Но вследствие этого повысится концентрация остатков еще не вступившего в ядерную реакцию водорода, который разгорится еще жарче, и центр звезды вновь начнет расширяться. После выгорания водорода в ядре Солнца плотность вещества станет настолько высокой, что свойства газа кардинально изменятся. Такой газ называется вырожденным, а звезды, которые из него состоят, – вырожденными звездами. Это произойдет через 4,5 млрд лет с настоящего времени, когда полностью истощатся водородные запасы в ядре Солнца.
Звезда начнет медленно расширяться за счет смещения зоны горения в ее менее плотных поверхностных слоях. Она станет почти в 80 раз больше своего нынешнего диаметра и постепенно превратится в красного гиганта. В конце своей жизни Солнце потеряет стабильность, на нем начнутся отдельные вспышки, которые произойдут из-за того, что в ядерную реакцию включатся не затронутые ранее остатки гелия. Светимость звезды будет резко то возрастать, то падать.
Неумолимо произойдет разбегание частиц звездной оболочки, и от красного гиганта останется лишь маленькое горячее ядро. Наше светило перейдет в стадию белого карлика, который излучает все слабее. В белом карлике гравитационным силам противостоит давление вырожденного электронного газа, что обеспечивает устойчивость умирающей звезды. Никакие термоядерные реакции внутри белого карлика уже не происходят, а его свечение совершается за счет медленного остывания ядра. Постепенно температура поверхности белого карлика уменьшится, и в конце концов Солнце превратится в черного карлика, который практически не излучает никакой энергии.
Благодаря астрономическим наблюдениям за звездами, расположенными в других галактиках, ученые сегодня могут смоделировать весь процесс их жизни – от зарождения до смерти. И наше Солнце здесь не будет каким-либо исключением. Какова же при таком развитии событий судьба планеты Земля? Вместе с осушением океанов масса Земли уменьшится. У планеты ослабнет притяжение, но значительно увеличится орбита вращения. Если Земля сумеет пережить сброс оболочек Солнца и превращение его в белого карлика, то она, возможно, сможет существовать еще многие миллиарды лет до тех пор, пока будет существовать сама Вселенная. Но, очевидно, условий для повторного возникновения жизни, по крайне мере в известных нам формах, на Земле уже не будет.
Это было еще до 1600 года, когда кто-то подумал, что Солнце и звезды являются одним и тем же типом объектов. Теперь мы знаем, что Солнце - одно из 100000000000 (10 11) звезд в нашей собственной галактике - Млечном Пути, и, вероятно, по крайней мере еще 10 11 галактик существует во Вселенной. Солнце является средней по величине старой звездой возрастом около 4.5 миллиард лет, находящейся на расстоянии от нашей ближайшей соседней звезды по галактике в 4 световых года. Наше собственное положение в галактике по отношению к ее внешнему краю - около 30000 световых лет от галактического центра. Время движения по Солнечной орбите вокруг центра галактики с периодом около 200000000 лет мы можем считать Солнечным годом. В своей жизни Солнцем было совершено около 22 оборотов вокруг центра галактики. Это подобно 22- летнему циклу деятельности Солнца, что наблюдает человек. Все это указывает, что Солнце находится в начале своей жизни.
Протозвезда.
Современные теории считают, что около 5 миллиард лет тому назад Солнце начинало формироваться из огромного темного облака пыли и пара, в состав которого входили остатки более ранних взорвавшихся звезд. Под влиянием силы тяжести облако начало сжиматься и вращаться. Степень сжатия около центра была очень большой и постепенно сформировалась плотная центральная сердцевина. Так как скорость вращения возрастала для сохранения углового момента, внешние части образования начинали выравниваться. Частицы пыли и пар около внешнего края этого образования имели меньшую плотность и они вращались вокруг своего собственного центра в том же направлении, как и родительское облако. Они были обречены, чтобы стать Землей и другими планетами нашей солнечной системы.
Водород – стадия горения
С началом ядерных реакций в ядре Солнце начинало свою жизнь как истинная звезда, нагретая не скудной энергией гравитационного коллапса, а как звезда с почти неисчерпаемым источником ядерного топлива, содержащегося в своем внутреннем составе. Эта ядерная печь поддерживает Солнце в состоянии равновесия, создая достаточно тепла и такое давление, чтобы противостоять сокрушительной внутренней силе тяжести и останавить сжатие.
Солнце остается в этом стабильном состоянии в течение последних 4.5 миллиард лет, но каково его будущее? Солнце медленно становится более ярким (более высокая светимость) и скорость его вращения снижается. Вычислено, что молодое Солнце имело только около 70% яркости, что имеет оно теперь, и его экваториальный период вращения был около 9 дней, а не 27 дней, что оно имеет теперь. Более высокая скорость вращения, вероятно, вызвала большую взрывную активную деятельность на его поверхность. Солнце, кажется, успокаивается на своем уровне активности, в то же самое время растет его температура, светимость и размер. Предсказано, что примерно через 1.5 миллиард лет, когда Солнцу будет 6 миллиард лет, оно будет почти на 15% ярче, чем в настоящее время. Когда Солнцу будет 10 миллиард лет, оно будет почти вдвое ярче, чем теперь, и иметь радиус примерно на 40% больше.
Становление Красного Гиганта.
В течение первой фазы звездной жизни, ядерная печь в ядре плавит ядра водорода в гелиевые ядра. Примерно через 10 миллиард лет водородное топливо в сердцевине будет исчерпано и ядро начнет сокращаться снова. Это вызовет повышение температуры и водородное слияние (ядерная реакция) начнется в оболочке, окружающей ядро. Поверхностные слои будут расширятся в течение следующих 1.5 миллиард лет пока Солнце не станет в 3 раз больше настоящего размера. Наблюдатель на Земле должен видеть Солнце как ярко красный диск в 3 раза больший, чем размер полной Луны. Тем не менее, присутствие такого наблюдателя на Земле сомнительно, так как поток энергии на поверхности Земли будет в 3 раза больше, чем он есть теперь, и Земля будет на 100 K горячей, чем в настоящее время.
Солнце продолжит свое расширение по величине и светимости, становясь красной гигантской звездой . Радиус Солнца достигнет 100 настоящих размеров, так что планета Меркурий будет поглощена им и она испарится. Светимость Солнца будет в 500 раз больше настоящей величины, Земля станет морем расплавленной лавы с температурой около 1700 K. Солнце останется в этой красной гигантской ступени в течение 250 миллион лет (около 1 Солнечного года) и его ядро еще больше сожмется и нагреется.
Когда температура ядра достигнет около 100 миллионов K, гелиевый пепел, оставшийся с более ранних этапов ядерного слияния, может начать превращаться в углерод. При этом высвоботится огромное количество энергии, что поднимет основную температуру Солнца до 300 миллионов K. Начало такого процесса будет внезапным и взрывным, что мы называем как гелиевая вспышка. Примерно 1/3 Солнечной массы будет выброшено в пространство, что сформирует планетарную туманность. Ядро Солнца затем остынет до 100 миллионов K, тогда начнется устойчивое горение гелия. К тому времени Солнце будет почти в 10 раз больше настоящего диаметра и иметь в 20 раз большую светимость.
Карлики, Нейтронные Звезды, Сверхновые звезды и Черные Дыры.
После того, как ядра гелия преобразуются в ядра углерода, масса Солнца уменьшится и превратится в звезду, которую мы называем белым карликом. До этого момента пройдет почти 15 миллиард лет, и Солнце – карлик будет иметь только 1% от своего настоящего размера (примерно размер Земли), и 0.1% от светимости. Белый карлик, созданный полностью из углеродных ядер, будет чрезвычайно плотным, солнечная масса будет сжата в сферу размером с Землю. Плотность составит около 2 x 10 9 кг/м3, это примерно та плотность, как если бы автомобиль весом в 1000 кг сжали до размера наперстка. Постепенно, через несколько миллиардов лет температура и светимость белого карлика уменьшится и он закончит свою жизнь как холодная, темная гарь углерода, превратившись в черного карлика .
Не все звезды становиться черными карликами. Этот конец звезды предсказан для малых звезд, с массами вплоть до 3 солнечных масс, большие звезды через слияние водорода и гелия сгорят сравнительно быстро. Когда гелий исчерпается, температура ядра поднимется достаточно высоко, чтобы произошло слияние тяжелых элементов. В конечном счете, на втором этапе жизни первые 26 элементов будут произведены вплоть до железа. Но нет пути для термоядерного слияния, при котором образовались бы элементы тяжелее железа. По этой причине звезда не может более генерировать энергию. Без внутреннего давления, чтобы противодействовать силе тяжести, начинается третий этап и, в конечном счете, электроны и протоны вынуждены формировать нейтроны. Звезда, наконец, стабилизируется в своем развитии и заканчивает свою жизнь как небольшая нейтронная звезда с диаметром около 16 км и плотностью порядка миллиард миллионов г/см2.
В больших звездах крах ядра, заполненного железом, случается так быстро, что звезда буквально сама взрывается как сверхновая звезда. Это - наиболее известный грандиозный звездный случай. В течение нескольких дней звезда выделяет больше энергии, чем целая галактика. В течение взрыва сверхновой звезды температура и давление так высоки, что все элементы вплоть до урана и плутония создаются и затем выбрасываются в пространство. Установлено, что на ранней истории вселенной много больших звезд становились сверхновыми звездами, и синтезированы все известные элементы. Эти элементы затем были включены в новые поколения звезд, некоторые из них становились сверхновой звездой и сформированными более тяжелыми элементами. Этот процесс происходит многократно, и при этом концентрация тяжелых элементов во вселенной продолжала возрастать. На Солнце мы можем видеть следы всех элементов, и предположено, что все тяжелее, чем железо, сформировалось прежде в сверхновой звезде.
В течение образования сверхновой звезды ее ядро превражается в массу нейтронов. Оставшаяся часть нейтронной звезды диаметром около 16 км вращается вокруг собственной оси обычно от 20 до 50 раз в сукунду. Звездное магнитное поле, образованная взрывом, чрезвычайно прочно. Электроны, закручивающиеся в спираль по отношению к северным и южным магнитным полюсам вращающейся звезды, производят радиоволны в узком луче, которые излучаются с магнитных полюсов звезды. Так как звезда крутится, то этот луч действует подобно лучу света маяка или подобно миганию фонаря на крыше полицейской машины. Когда эти пульсирующие радио сигналы впервые были обнаружены на Земле в 1960 году, то подумали, что они могли быть закодированными сигналами интеллектуальной формы жизни, и эти объекты забавно именовались LGM (небольшие зеленые человечки). Сейчас имеется более 500 таких вращающихся нейтронных звезд, известные как пульсары.
Наиболее массивные звезды имеют странную судьбу. Из-за большой массы и сильной гравитации конечный крах звезды не может быть прекратиться. Звезда как бы рушится сама в себя и формирует черную дыру. Природа пространства и времени около черной дыры полностью не понята, но созданы математические модели, которые предполагают, что есть несколько типов черных дыр. Пока ни одна черная дыра не обнаружена экспериментально. Понятие черной дыры возвращает нас, по крайней мере, к 1783 году, когда Джон Мишель размышлял о существовании звезды с такой чудовищной силой тяжести, что никакой свет не может вырваться из нее. Астрономы обнаружили несколько темных областей пространства, из которых излучаются рентгеновские лучи. Они думают, что эти лучи производятся электронами, что ускоряются в черных дырах. Интересны размышления на тему, куда девается материя после того, как она исчезает в черной дыре. Некоторые ученые надеются, что черная дыра заполнится и превратится в нормальную материю. Другие ученые предполагают, что черные дыры имеют другую сторону - белую дыру, через которую материя спонтанно появляется в пространстве. Возможно, что черная дыра является порталом к другой вселенной, или сокращенный путь к нашей собственной вселенной. Есть теоретические предположения, что подобное может существовать около центра галактик.
Большинство наших знаний звездной эволюции - рождения, жизни и смерти звезд - основаны в наблюдениях Солнца. Для астрофизиков Солнце является великолепной лабораторией для подробного исследования звезд. Но, как мы видели в последние несколько десятилетий, наука, базирующаяся на космических исследованиях, дает нам еще более сложную и загадочную картину, происходящего на Солнце. Бурная приповерхностная атмосфера Солнца, которую мы наблюдаем, со своими искаженными и динамическими магнитными структурами, все еще очень непредсказуема. Хотя мы знаем с каждым днем все больше о Солнце, есть много безответных вопросов, а новые возникают постоянно.
Что произойдет с Солнцем через 5 миллиардов лет и какая участь ожидает планеты нашей Солнечной системы и конкретно Землю? Чтобы ответить на этот вопрос, группа астрономов из Бельгии обратила свой взор на удаленную звезду L2 Кормы, расположенную в 208 световых годах от нас и способную рассказать нам о дальнейшей судьбе Солнца, после того как оно превратится в красного гиганта.
Группа астрономов из бельгийского Лёвенского католического университета исследует звезду, которая 5 миллиардов лет назад могла быть близнецом нашего Солнца. Ученые уверены, что она вполне способна рассказать нам о будущем нашей Солнечной системы. И будущее это, надо сказать, выглядит весьма мрачным.
«Мы выяснили, что возраст звезды L2 Кормы составляет около 10 миллиардов лет», - говорит член группы астрономов, Вард Хоман.
«Пять миллиардов лет назад эта звезда являлась практически идеальным близнецом нашего нынешнего Солнца, с такой же самой массой. Одна треть ее массы была утеряна во время эволюции звезды. В очень удаленном будущем то же самое ожидает и наше Солнце».
Чтобы провести это исследование, астрономы использовали Атакамскую большую [антенную] решётку миллиметрового диапазона (ALMA) Европейской южной обсерватории в Чили. Это один из мощнейших ныне существующих радиотелескопов в мире, который использует для работы 66 радиоантенн, образующих виртуальный телескоп с диаметром 16 километров. Вооружившись таким мощным телескопом, команда исследователей внимательно изучила L2 Кормы и вывела прямые связи в судьбе этой звезды с нашим Солнцем.
«Через пять миллиардов лет Солнце перерастет в красного гиганта, размером в сотни раз больше нынешнего. Кроме того, звезда испытает серьезную утерю массы, которая в основном будет выброшена вместе с солнечным ветром», - говорит Лин Децин, еще один участник группы исследования.
«Конечным продуктом ее эволюции, который появится примерно через 7 миллиардов лет, станет крошечная звезда класса белый карлик. Он будет размером примерно с Землю, но намного тяжелее. Всего одна чайная ложка с материалом этого белого карлика будет весить около 5 тонн».
Мы все прекрасно понимаем, что Солнце рано или поздно погибнет, однако это фактически первый раз, когда ученые смогли посмотреть в телескоп и увидеть, как на самом деле наша звезда будет выглядеть к последнему моменту своей сияющей славы. Помимо этого, не менее интересным для ученых в их исследовании являлось желание ответить на вопрос о том, что случится с планетами Солнечной системы и, разумеется, нашей родной Землей.
Если коротко: никто не знает, что произойдет конкретно с самой планетой, но то, что произойдет, определенно окажется концом как для нас, так для всего живого на Земле.
«Судьба Земли до конца не ясна», - говорит Децин.
«Мы понимаем, что наше Солнце станет больше и ярче, поэтому, вероятнее всего, оно уничтожит абсолютно все формы жизни на планете. Однако мы не знаем, выживет ли твердое ядро Земли в рамках фазы красного гиганта и продолжит ли оно оборачиваться вокруг белого карлика».
Однако ученые твердо уверены в том, что такие планеты, как Меркурий и Венера, будут «съедены» увеличившейся в размерах звездой, которая не оставит от них и следа. Для того чтобы понять, что именно произойдет с Землей, ученые продолжат дальнейшие исследования и наблюдения.
Сообщается, что вокруг звезды L2 Кормы на дистанции примерно в 300 миллионов километров (что примерно в два раза больше расстояния от Земли до Солнца) находится каменистая планета. По мнению исследователей, сама система звезды L2 Кормы выглядит примерно так:
Команда ученых надеется заняться исследованием этой планеты в ближайшие месяцы, ведь она поможет понять, что на самом деле может произойти с Землей через 5 миллиардов лет.
Иллюстрация выжженной Земли, когда Солнце вступило в фазу красного гиганта. Предоставлено: Wikimedia Commons/Fsgregs.
С начала истории человечества люди поняли, что Солнце является центральной частью их жизни. Свидетельством тому является важность бесчисленных мифологических и космологических систем по всему миру (например, ). Но так как наше понимание этого созревало со временем, мы узнали, что , и будет существовать ещё долго после того, как мы уйдём. Образовавшись около 4,6 миллиарда лет назад, наше Солнце начало свой жизненный цикл за 40 миллионов лет до .
Возможно, будет нашим новым домом, будет новой Венерой, а Хаумеа, Макемаке и остальные объекты будут находится во . Но что, пожалуй, самое увлекательное из всего этого то, как люди могут спросить "будет ли всё это в будущем всё еще здесь?", особенно когда данное будущее настанет через миллиарды лет.
Почему-то объекты, которые были до нас, и которые будут здесь после того, как мы уйдём, продолжают нас очаровывать. И когда имеешь дело с вещами как Солнца, Земля и известная Вселенная, это становится совершенно необходимым. До сих пор наше существование было вспышкой по сравнению с космосом, и сколько мы вытерпим, остаётся открытым вопросом.
Название прочитанной вами статьи "Выживет ли Земля, когда Солнце станет красным гигантом?" .
