Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Как говорилось в главе 3, Солнце не может превратиться в сверхновую. Несмотря на то что у него достаточно массы, чтобы синтезировать в ядре гелий из водорода, как это происходит сейчас, и продолжить синтезировать углерод и кислород из гелия, у него просто нет того, что требуется для продолжения последовательности синтеза. В его ядре никогда не будет создано железо, поэтому коллапса ядра, создающего энергию для взрыва сверхновой, не будет.

Так что Солнце умрет не с громом, а со всхлипами. Но всхлипы в масштабах звезды все равно колоссальное событие в человеческих масштабах.

В главе 3 также дается краткое описание того, что произойдет со звездой, когда в ее ядре закончится водород и начнется слияние ядер гелия. Некоторые подробности, не столь важные для обсуждения процесса превращения звезды в сверхновую, были опущены, но, когда мы говорим о стареющем Солнце, эти подробности становятся очень важными. Возможно, вы слышали, что в один прекрасный день Солнце превратится в красного гиганта и поглотит внутренние планеты… но это все равно что сказать, что «Звездные войны — это фильм про мальчишку, который обнаружил, что он круче, чем думал, и в конце концов спасает всех». Интересное кроется в подробностях!

Этапы эволюции Солнца определяются законами физики, а эти законы нерушимы. Они действуют в течение гораздо более длительных промежутков времени, чем те, которые мы уже обсудили, миллиарды лет. Время продолжает идти, хотим мы этого или нет, и мы увидим эти этапы в жизни Солнца… и мы увидим его неизбежную смерть.

Возраст Солнца: 4,6 млрд лет (сейчас + 0 лет)

Прямо сейчас мы можем считать, что Солнце приблизительно средних лет: его возраст где-то 4,6 млрд лет, и оно проживет как нормальная звезда еще 5 или 6 млрд лет [77] В следующих разделах количество лет в будущем нужно считать приблизительным, с точностью, возможно, до 100 млн лет или около того. . Сейчас оно стабильно синтезирует гелий из водорода в своем ядре. Этот гелий постепенно опускается в центр Солнца. Условия там такие, что ад покажется Антарктикой: температура более 15 млн °С, а давление примерно в 250 млрд раз выше атмосферного давления на поверхности Земли.

Но даже в таких экстремальных условиях углерод и кислород из гелия синтезироваться не будут. Инертный гелий накапливается в самом центре ядра. Может показаться странным, но вещество в ядре по-прежнему ведет себя как газ и подчиняется тем же законам физики, что и обычный газ. По мере накопления гелия плотность ядра возрастает, а это означает, что также увеличивается температура — сжатый газ нагревается. Это тепло должно куда-то деваться, поэтому оно излучается в верхние слои и дальше наружу из Солнца в виде света.

Этот процесс идет постоянно с того момента, как 4,6 млрд лет назад в ядре Солнца впервые запустился ядерный синтез. Это означает, что все это время, очень медленно, ядро Солнца нагревается по мере того, как в нем накапливается и спрессовывается гелий. Эта энергия поднимается из недр Солнца и излучается с его поверхности, поэтому при разогревании ядра светимость Солнца увеличивается. Сейчас оно примерно на 40 % ярче, чем было в момент запуска реакций ядерного синтеза все те миллиарды лет назад… и будет становиться все ярче и ярче по мере того, как все больше и больше гелия будет сбрасываться в его сердцевину.

Возраст Солнца: 5,7–8,1 млрд лет (сегодня + 1,1–3,5 млрд лет)

Увеличивающая яркость Солнца приводит к проблемам. На Земле сегодня такая температура, какая есть, именно потому, что планета отсекает небольшое количество излучаемой Солнцем энергии. Но дополнительная энергия от Солнца означает дополнительное тепло , которое будет нагревать Землю. Отслеживая процесс глобального потепления, ученые тщательно изучают последствия роста температуры на окружающую среду Земли. Если бы общая температура Земли увеличилась всего на 5 °C, полярные шапки растаяли бы, вызвав чудовищную экологическую катастрофу.

Нюансы зависимости температуры на Земле от излучаемой Солнцем энергии сложны, но общий эффект заключается в том, что, когда Солнце становится ярче, Земля нагревается [78] Возможно, вы предполагаете, что температура Солнца — это все, что влияет на Землю, но важен также его размер. Например, шариковый подшипник, разогретый до температуры Солнца, не нагревал бы Землю вовсе, потому что он маленький. Другие факторы, определяющие температуру Земли, включают ее расстояние до Солнца, способность Земли отражать тепло (излучая его ночью) и даже то, насколько быстро она вращается. Однако все эти факторы можно просчитать и создать модель температуры Земли. . В целом, такой рост яркости происходит достаточно медленно, и жизнь на Земле может адаптироваться к изменениям. Но, когда Солнце станет на 10 % ярче, чем сегодня, температура на Земле увеличится больше, чем на те критические 5 °C. Последствия для окружающей среды будут очень серьезными. Когда ледяные шапки растают, прибрежные регионы на всех континентах затопит. Экваториальные области станут слишком жаркими, и жить там будет сложно, впрочем, такие места, как Гренландия и даже Антарктика, станут теплее [79] Если все тщательно рассчитать, средняя температура на Земле сегодня при нынешнем расстоянии от Солнца должна быть чуть выше или ниже температуры замерзания воды. На Земле в среднем теплее, потому что у нас есть атмосфера. Парниковый эффект создает нам довольно приятное тепло… но, разумеется, когда чего-то хорошего слишком много, это плохо. .

Но потепление на полюсах, вероятно, не компенсирует потерю среды обитания на низких широтах, потому что воздух на Земле станет слишком сухим. Когда молекулы воздуха нагреваются, они начинают двигаться быстрее. Более легкие молекулы проворнее, чем более тяжелые, и в нагревающемся воздухе они двигаются настолько быстро, что смогут совсем улететь с Земли! Именно поэтому в атмосфере Земли практически нет водорода и гелия: они такие легкие, что улетели в космос миллиарды лет назад. Более тяжелые молекулы, такие как вода, N 2и O 2, обычно остаются.

Но по мере нагрева воздуха более ярким Солнцем, даже тяжелые молекулы смогут улететь в космос. Со временем атмосфера станет слишком теплой и не сможет задерживать даже водяные пары. Они унесутся в космос, воздух высохнет, и континенты на планете превратятся в опаленные пустыни. Это будет иметь очевидные последствия для земной жизни.

Если допустить, что светимость Солнца будет стабильно расти, такое произойдет примерно через 1,1 млрд лет.

Это очень долго, и странным образом немного успокаивает! Это не избавляет нас от неприятностей, связанных с любыми другими существующими сейчас экологическими факторами, вносящими вклад в изменение температуры Земли, но об отдаленной перспективе можно пока не волноваться.