Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Однако, когда Солнце станет красным гигантом, это создаст проблему. Земле придется сдвинуться за нынешнюю орбиту Юпитера. Для этого мы могли бы по-прежнему красть его орбитальную энергию, но, как только две планеты сблизятся, притяжение Юпитера начнет непосредственно воздействовать на Землю [92] Когда Солнце потеряет массу, Юпитер тоже будет смещаться к периферии, но и мы будем красть у него энергию, а это вынуждает его сдвигаться к центру, поэтому сложно сказать, где он в результате окажется. . Любое подобное сближение Земли с крупнейшей планетой в Солнечной системе неизбежно будет иметь плачевный результат для нас: наиболее вероятный сценарий — Земля будет вообще выброшена из Солнечной системы (см. главу 5).

Мы могли бы использовать второй комплект астероидов, чтобы сдвинуть и Юпитер дальше от Солнца, воруя энергию у Сатурна, Урана и Нептуна. Здесь, однако, математика очень усложняется, и результаты сложно точно рассчитать.

Тем не менее у нас есть несколько миллиардов лет, чтобы определить, как именно мы будем играть в музыкальные стулья с планетами. На данный момент мы, вероятно, уже достаточно хорошо это выяснили. Это практически осуществимый подход, и нашим потомкам, вполне возможно, придется использовать его.

Возраст Солнца: 12,233–12,345 млрд лет (сегодня + 7,633–7,745 млрд лет)

Итак, сегодня на календаре 7 633 000 000 г. н. э. (плюс-минус тысяча лет), Солнце — красный гигант, уже приближающийся к максимальному диаметру, 240 млн км, Меркурия нет, Венера, может быть, еще существует, но бедствует, Земля по-прежнему здесь, но возможно, ее орбита находится гораздо дальше от Солнца, чем когда оно было средних лет, а Плутон сейчас занимает лучшую квартиру (с бассейном во всю планету). Путешественник во времени из XXI в. практически не узнал бы свою округу.

Но с нами еще не покончено, совсем нет. Солнце будет красным гигантом не вечность. И, как обычно, ключ к тому, что происходит, лежит глубоко в сердцевине светила.

Теперь ядро Солнца состоит из чистого гелия и сжимается. Оно вырожденное и продолжает нагреваться. В тонкой оболочке вокруг него водород синтезируется в гелий, добавляя нового пепла в ядро. Помните также: так как ядро вырожденное, при добавлении массы давление в нем не изменяется. Температура, однако, продолжает расти.

В определенный момент, где-то через 600 млн лет с начала трансформации в красный гигант, ядро достигает температуры 38 млн °С. Тут весь ад срывается с цепи. Ну, точнее говоря, весь ад освобождается .

При текущей температуре гелий может синтезироваться в углерод. Так вот, если бы ядро было просто обычным газовым шаром, нагретым до этой температуры, ядра гелия сливались бы, тепло выделялось и газ расширялся, регулируя внутреннее давление в зависимости от дополнительного тепла, — то есть, по сути, то, чем ядро и внешние слои Солнца занимались в течение миллиардов лет, находя баланс между температурой, гравитацией и давлением.

Но ядро не нормальное. Оно вырожденное . Оно не может изменять свое давление. Поэтому оно не может увеличиваться в размерах для компенсации роста температуры. Где-то в глубине ядра температура достигает той критической точки, и начинается синтез углерода из гелия. При этом выделяется энергия, повышающая температуру ядра.

Это плохо. Скорость слияния ядер гелия удивительно чувствительна к температуре. Небольшой рост температуры — и скорость слияния взлетает, еще больше повышая температуру, которая еще больше увеличивает скорость слияния. Буквально через несколько секунд этот замкнутый круг выходит из-под контроля, и гелий в солнечном ядре взрывается, как бомба.

Выделяется столько энергии, что бледнеют любые преувеличения: она колоссальная, эпическая, титаническая. В тот единственный момент, который называется гелиевой вспышкой , ядро Солнца выделяет столько энергии, сколько все остальные звезды в Галактике, вместе взятые . Фактически оно может выделить в 100 млрд раз больше обычно излучаемой Солнцем энергии, и все это за несколько секунд.

Вы могли бы подумать, что от этого звезду разорвет как сверхновую, но этого не происходит. Происходит удивительное: так как все это совершается глубоко в ядре, сама материя поглощает всю выделенную энергию. Такого притока энергии достаточно, чтобы преодолеть вырождение ядра, и внезапно оно снова становится нормальной материей. Да, оно подвергается колоссальному давлению, но его состояние уже не определяется той странной квантовой механикой. Как только состояние вырождения исчезает, неконтролируемый ядерный синтез прерывается, и все возвращается в прекрасное стабильное состояние.

После того как такой мощный взрыв был благополучно поглощен и ядро снова стало старым добрым газом, слияние ядер гелия может продолжиться в более спокойном темпе. Итак, теперь мы имеем ядро из гелия, синтезирующегося в углерод с выделением тепла (также присутствуют некоторые меньшие по объемам реакции синтеза с образованием кислорода и неона). Снаружи по-прежнему находится тонкая оболочка, в которой происходит слияние ядер водорода, а над ней на сотни миллионов километров простираются внешние слои звезды.

Удивительно, но количество энергии, генерируемой в ядре благодаря слиянию ядер гелия, теперь меньше, чем та, что излучалась, когда ядро было вырожденным и сжималось. Это означает, что в те толстые внешние слои переносится меньше тепла, которое раньше поддерживало их в раздутом состоянии. Как только ядро остывает, внешние слои сжимаются. В течение относительно короткого времени (примерно миллион лет) красный гигант приблизился к своему максимально возможному размеру и тут у него выбивают почву из-под ног. Солнце сжимается.

Когда все успокаивается, Солнце становится значительно менее ярким, излучая теперь энергию, которая всего примерно в 20–50 раз больше той, которую оно излучало в молодости, всего несколько процентов от пиковой энергии на этапе красного гиганта. Его размеры все равно больше, чем когда оно было нормальной звездой, но гораздо меньше, чем у красного гиганта: сейчас оно примерно в десять раз больше исходного размера, 13–16 млн км в поперечнике. Теперь оно немного горячей, излучает при температуре около 4400 °C, это все равно холодней, чем его температура сегодня. Оно чудесного оранжевого цвета.

Так как Солнце стало меньше, притяжение на его поверхности увеличивается (несмотря на то что оно потеряло часть массы, когда было красным гигантом). Частицы на поверхности удерживаются сильнее. Более того, его светимость упала, поэтому частицы подвергаются меньшему давлению потока света, и их не так сильно уносит с поверхности. Звездный ветер значительно стихает.