если светимость солнца возрастет в 30 раз то на спутниках какой планеты температура на поверхности
Будущее Солнечной системы
» Планеты и их осколки » Будущее Солнечной системы
Солнце не молодо — ему около 5 млрд лет, но ученые предсказывают ему еще почти такой же срок жизни. За прошедшие миллиарды лет его светимость (выделяемая энергия) изменилась не более чем на 30% без резких скачков. Благодаря этому наша планетная система могла существовать в почти неизменных условиях, возникла и развилась жизнь на Земле. Однако в свое время — через примерно те же 5 млрд лет — спокойная жизнь для Солнечной системы закончится.
Все звезды, имеющие массу от одной до нескольких масс Солнца, на заключительном этапе вступают в стадию красною гиганта. Основная причина такого перехода — изменение процессов ядерного горения в недрах звезды. Как мы знаем, основной источник энергии в звездах — превращение водорода в гелий. Когда в ядре звезды исчерпано водородное горючее (почти весь водород превратился в более тяжелые элементы), начинается сжатие ее ядра. При этом радиус звезды увеличивается в сотни раз, достигая одной астрономической единицы (то есть орбиты Земли). Температура поверхности падает до 2000—3000°С. Но при этом светимость возрастает (за счет увеличения размеров звезды) и достигает нескольких тысяч светимостей Солнца. Затем звезда начинает интенсивно терять вещество. Образуется газопылевая оболочка, которая, расширяясь, рассеивается в космическом пространстве. В результате от звезды остается вырожденное ядро — белый карлик с температурой поверхности до 50 000°С, который не имеет ядерных источников энергии и потому медленно остывает.
Таким образом, на стадии красного гиганта близкие планеты (Меркурий и Венера) будут поглощены расширившейся атмосферой звезды, затормозятся в ней и, двигаясь по спиральной траектории к центру звезды, испарятся. Более удаленные планеты (Марс, Юпитер, Сатурн и др.), скорее всего, выживут.
Неясна судьба Земли. Конечный результат в большей степени зависит от используемой учеными модели эволюции нашего Солнца. Изменение радиуса звезды на несколько процентов в сторону уменьшения может дать нашей планете шанс выжить. Если же радиус красного гиганта, в который превратится Солнце, окажется на несколько процентов больше расчетного, Земля погибнет. Остается надеяться, что те существа, которые будут жить на ней в столь печальные времена, заранее примут меры и сумеют переселиться в какое-нибудь более уютное местечко во Вселенной.
Судьба Солнца и Солнечной системы – каково наше прошлое и будущее.
Каждому интересно узнать, что же происходило и, главное, будет с нашей планетой Землей. Но ее судьба тесно связана с Солнцем.
Рассмотрим сначала, каково было наше прошлое.
Как считают сейчас учёные, Солнце и другие звёзды образуются из газо-пылевых облаков в результате небольшого гравитационного сжатия, при котором образуется небольшое уплотнение, к которому притягивается окружающий газ. Сжимаясь, эта протозвезда разогревается, пока в ней не начинаются термоядерные реакции. После этого звезда выдувает своим излучением вокруг себя газ, остатки которого вращаются в окружающем ёё газо-пылевом диске.
При вращении диска вокруг Солнца твердые породы слипались и образовывали планеты земной группы, а легкие элементы выносились солнечным излучением на периферию и из них сформировались планеты-гиганты.
После этого Солнце выходит на главную последовательность и находится в относительно стабильном состоянии, пока не выгорят запасы водорода в ядре.
Сейчас Солнце непрерывно перерабатывает водородное топливо в гелиевый «пепел», остающийся в ядре. Четыре ядра атома водорода превращаются в одно ядро атома гелия, поэтому средняя масса частиц в центре Солнца со временем возрастает. Вместе с тем ядра гелия создают меньшее давление по сравнению с ядрами водорода. За счет этого скорость превращения водорода в гелий снижается, что приводит к нарушению баланса между давлением и гравитацией. С течением времени размер ядра Солнца постепенно уменьшается. Но в более плотном и горячем ядре реакции синтеза элементов начинают протекать быстрее. Увеличивается количество вырабатываемой энергии, которая вырывается из центра: она понемногу расширяет внешние части звезды и увеличивает ее светимость.
Такие медленные изменения в ядре Солнца протекают с того момента, как наша звезда появилась «на свет». В настоящее время светимость Солнца примерно на 30% вышей той, которая была 4,6 миллиарда лет назад. Эта тенденция с постепенным ускорением сохранится и в будущем до тех пор, пока солнечный шар не расширится до гигантских размеров, и звезда не превратится в красный гигант. Это произойдет уже после истощения запасов водорода в ядре.
Таково наше прошлое и настоящее по мнению астрономов. А какое же будущее предрекает нам наука? Оказывается возрастание излучения Солнца приведет к гибели земной биосферы задолго до превращения Солнца в красный гигант.
Первыми учеными, которые обратили внимание на непосредственное влияние на Землю со стороны возрастающей светимости Солнца, были Джеймс Лавлок и Майкл Витфилд. В статье, опубликованной в 1982 году в журнале « Nature », они показали, что по мере нагревания Земли ее горные породы будут подвергаться нарастающему разрушительному воздействию со стороны атмосферы, в следствии чего усилится поглощение углекислого газа (С02): атмосферный углекислый газ в результате химических реакций будет связываться с осадочными горными породами. Лавлок и Витфилд подсчитали, что за 100 миллионов лет количество находящегося в атмосфере СО2 снизится до уровня, который уже не сможет обеспечивать фотосинтез. Начнут исчезать растения. За ними последуют и животные, которые питаются растениями и дышат кислородом — продуктом процесса фотосинтеза, протекающего в растениях. И все это, по мнению ученых, случится через промежуток времени не больше того, который отделяет нас от эры динозавров.
Современные ученые в целом соглашаются с выводами Лавлока и Витфилда, хотя и находят их излишне пессимистичными. Новая модель, разработанная учеными из Университета штата Пенсильвания (США) Кеном Кальдера и Джеймсом Кастингом, включает в себя более корректное толкование парникового эффекта, чем это имело место в работе Лавлока и Витфилда. В новой модели биосфера будет существовать еще, по крайней мере, в 10 раз больший период времени, чем тот, который прошел с момента ее образования.
Примерно через 3,5 миллиарда лет светимость Солнца возрастет на 40% по сравнению с настоящим уровнем. Все запасы воды с поверхности нашей планеты испарятся, поверхность иссушится, растрескается и будет похожа на поверхность Венеры наших дней. В отсутствие воды углекислый газ, 25-40% современного количества которого растворено в водах океанов, будет иметь только один путь — в атмосферу. Большее количество СО2 в атмосфере приведет к еще большему нагреванию поверхности планеты вследствие парникового эффекта. Земля покроется трещинами, и в результате увеличения вулканической активности в атмосферу попадет дополнительный объем углекислого газа. В итоге Земля не только лишится всех водных запасов, но и будет окутана тонкой оболочкой углекислого газа. Биосфера исчезнет.
Затем в течение нескольких миллиардов лет безжизненная Земля изменяться не будет, за исключением непрерывного повышения температуры ее поверхности. Но через 7 миллиардов лет излучение нашего светила начнет резко возрастать, что будет означать переход Солнца в следующую фазу эволюции. Когда возраст Солнца достигнет 12 миллиардов, лет запасы водорода в его ядре иссякнут.
После этого ядро звезды начнет стремительно сжиматься, поскольку гравитационному сжатию больше ничто не препятствует. В результате сжатия температура внутри ядра резко возрастет и поступающий из внешних слоев водород вновь начнет превращаться в гелий с еще большей скоростью. Выделяющаяся при этом энергия устремится к внешним слоям звезды, расширяя их сначала в 2, затем в 3 раза и более. Солнце закончит пребывание на главной последовательности эволюции звезд и примерно на 700 миллионов лет превратится в субгигант.
В ту эпоху для внутренних областей Солнечной системы наступят действительно тяжелые времена. По мере увеличения размера Солнца, превращающегося в красного гиганта, оно поглотит и испарит сначала Меркурий, затем Венеру. В Солнечной системе на две планеты станет меньше. Но что случится с Землей? Ответ неоднозначный. Дело в том, что на стадии красного гиганта эволюционирующая звезда теряет большую часть своей массы, которую уносит в открытый космос мощный звездный ветер. Солнце теряет свое вещество и сейчас. Его уносит в окружающее пространство вырывающийся из солнечной короны поток разреженной плазмы. В настоящее время Солнце теряет едва ли более одной сотой процента своей массы за один миллиард лет. Но звездный ветер красных гигантов, находящихся на поздних стадиях, например, переменных звезд типа Миры Кита, обладает гораздо более страшной силой. Он просто сдувает с красного гиганта в космическое пространство легкие фракции вещества. Так образуются планетарные туманности. Модели эволюции звезд показывают, что Солнце потеряет почти половину своей массы, прежде чем станет белым карликом.
По мере потери Солнцем своей массы планеты будут двигаться вокруг него по все более увеличивающимся орбитам из-за ослабления гравитационного притяжения Солнца. По этой причине конечная судьба Земли остается неопределенной. Возможно, наша планета избежит встречи с раздувшимся Солнцем, перейдя на орбиту, на которой в настоящее время находится Марс.
Произойдет это или нет, зависит от того, потеряет ли Солнце достаточную массу перед тем, как расширится. Некоторые модели предсказывают, что у Земли будет достаточно времени для того, чтобы избежать гибели. Но другие модели предсказывают совершенно иной результат. Согласно вычислениям, выполненным Джорджем Боуеном и Ли Энн Виллсон из Университета штата Айова (США), основная потеря массы Солнца произойдет лишь после того, как оно проглотит Землю.
Астрономы не знают точно, что произойдет с Солнцем в конце фазы красного гиганта, поскольку пока не удалось построить подходящую модель для событий, связанных с гелиевой вспышкой — началом горения гелия в ядре звезды. Исследования Виллсон привели ее к выводу о том, что Солнце, возможно, доживет до гелиевой вспышки, еще не потеряв своей основной массы. По ее мнению, Земля сгорит дотла, а ее пепел будет развеян солнечным ветром.
Каспер Рибики из Польской Академии наук и Карло Денис из Университета города Льеж (Бельгия) полагают, что Приливное взаимодействие приведет к уменьшению орбиты Земли. Внешняя оболочка Солнца, по всей видимости, «захватит» Землю, и будет «затягивать» ее к ядру, особенно на последних стадиях жизни красного гиганта, когда повторяющиеся кратковременные гелиевые вспышки раздуют звезду до максимальных размеров.
Даже если Земле удастся избежать этой опасности, она будет изрядно «поджарена». Когда светимость Солнца увеличится от 2000 до 3000 раз по сравнению с настоящим уровнем, температура поверхности Земли достигнет 1500°С.
Наша планета в итоге превратится в шар расплавленной лавы, а вся ее атмосфера и твердый поверхностный слой просто выкипят.
Такой бесславный конец ожидает нашу родную планету в отдаленном будущем. И если человечество не найдет способа переместиться в другую пригодную для жизни область космоса само на космических кораблях или вместе с планетой Земля, то нашу цивилизацию ждет гибель. Однако в нашем распоряжении еще есть, как минимум, сотни миллионов лет. За это время можно найти выход.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
а) 3 км;
б) 100 км;
в) 330 км.
273. Эффект гравитационной линзы усиливает видимый блеск далеких источников излучения. Как совместить это с законом сохранения энергии?
а) никак. Закон сохранения энергии для данного релятивистского эффекта не выполняется;
б) поток излучения усиливается, когда источник лежит за массивным объектом, но ослабляется, когда он лежит перед ним. Поэтому полный поток через поверхность, охватывающую источник излучения и массивный объект, остается равным светимости источника, и закон сохранения энергии не нарушается;
в) усиление видимой яркости источника излучения происходит за счет ускорения фотонов в поле тяготения массивного объекта (гравитационной линзы). С учетом этого вклада в общий баланс энергии закон ее сохранения выполняется.
274. Почему закон Хаббла позволяет точнее измерять расстояние до скопления галактик, чем до отдельных его членов?
а) внутри скопления отдельные галактики движутся с хаотическими скоростями, которые не имеют отношения к общей картине расширения Вселенной;
б) измеренное значение скорости отдельной галактики имеет низкую точность, но если усреднить значения скорости, полученные для нескольких десятков галактик одного скопления, то точность заметно возрастает;
в) на измеренную скорость отдельной галактики накладывается скорость ее вращения, не имеющая отношения к закону Хаббла. Но в скоплении разные галактики вращаются в разных направлениях, поэтому при усреднении измерений, сделанных для разных галактик одного скопления, этот эффект исчезает.
275. Атмосфера Земли теряет газ со скоростью 30 кг/с. Через сколько лет она истощится?
а) 1 млрд лет;
б) 5 млрд лет;
в) 20 млрд лет.
276. Если светимость Солнца возрастет в 30 раз, то какая температура будет на поверхности спутников Юпитера?
а) примерно как на Меркурии;
б) примерно как на Земле;
в) примерно как на Марсе.
277. Каким образом, обнаружив цефеиды в ближайших галактиках (М31, М33 и др.), Эдвин Хаббл смог доказать, что это самостоятельные звездные системы, лежащие за пределом нашей Галактики?
а) зависимость «период изменения блеска — средняя светимость» для цефеид позволила Хабблу измерить расстояние до этих систем;
б) переменные звезды-цефеиды сосредоточены в дисках галактик (это довольно массивные, следовательно, физически молодые звезды). Как все массивные звезды, они встречаются редко, поэтому в среднем удалены от нас в Галактике на большие расстояния, где из-за межзвездного поглощения света практически не видны. Поэтому само наличие цефеид в звездной системе говорит о том, что она — не часть нашей Галактики;
в) цефеиды вообще не присутствуют в нашей Галактике. Они были открыты и изучены в Большом и Малом Магеллановых Облаках, т. е. во внешних галактиках. Поэтому само их наличие в звездной системе прямо говорит о том, что это самостоятельная галактика, а не часть Млечного Пути.
278. Корональный выброс из атмосферы Солнца достиг Земли за 3 суток. С какой скоростью двигалась плазма?
а) 11,2 км/с;
б) 130 км/с;
в) 580 км/с.
279. Два белых карлика с массами как у Солнца и размерами как у Земли столкнулись в нашей Галактике. Какова скорость их столкновения?
а) 11 км/с;
б) 620 км/с;
в) 3300 км/с.
280. На луче зрения от наблюдателя к звезде располагаются два одинаковых межзвездных облака. Пройдя сквозь одно из них, свет звезды ослаб на 1m. На сколько звездных величин ослаб свет звезды, пройдя сквозь оба облака?
а) 2m;
б) 4m;
в) 5,024m.
281. Крабовидная туманность — это…
а) остаток взрыва сверхновой звезды;
б) массивная планетарная туманность;
в) пылевая (отражательная) туманность.
282. Шаровое скопление содержит миллион звезд главной последовательности, каждая из которых имеет абсолютную звездную величину Mv = 6m, а также 10 000 красных гигантов с величинами Mv = 1m. Возможно ли увидеть это скопление невооруженным глазом с расстояния 10 кпк?
а) невозможно ни при каких обстоятельствах;
б) возможно, если межзвездное поглощение света не более 0,5m;
в) возможно, если его галактическая широта не превышает 5°.
283. Облако, имевшее оптическую толщу τ = 0,1, сжалось по радиусу в 10 раз. Какова теперь его толща?
а) 0,01;
б) 1;
в) 10.
284. Можно ли выстрелом из пушки с поверхности Земли послать аппарат на Луну? на Марс? на орбиту ИСЗ? на Солнце?
а) можно только на орбиту ИСЗ;
б) можно только на орбиту ИСЗ и на Луну;
в) можно только на Марс, Луну и Солнце.
285. На искусственном спутнике, обращающемся вокруг Земли, т. е. постоянно свободно падающем на нее, космонавты не ощущают силу тяжести: у них невесомость. А на самой Земле, точно так же обращающейся вокруг Солнца, мы чувствуем силу тяжести. Почему?
а) потому что Земля значительно массивнее спутника;
б) потому что Солнце значительно массивнее Земли;
в) потому что космонавты внутри спутника, а мы снаружи Земли.
286. В звездном скоплении 25 120 одинаковых звезд. Каждая имеет блеск 15m. Каков полный блеск этого скопления?
а) 4m;
б) 8m;
в) 11m.
287. Москва, 1 декабря, на часах ровно 12. А который час в Гринвиче (Англия)?
а) 9 ч;
б) 8 ч;
в) 7 ч.
288. Диаметр звезды вдвое больше, чем у Солнца, а температура ее поверхности около 12 000 K. Во сколько раз светимость этой звезды больше солнечной?
а) в 4 раза;
б) в 24 раза;
в) в 64 раза.
289. Морской 12-кратный бинокль с объективами диаметром 60 мм. Можно ли заметить в него звезды 12m?
а) невозможно;
б) можно только в горах;
в) можно даже на уровне моря.
БЕГСТВО ОТ УМИРАЮЩЕГО СОЛНЦА
ЖИЗНЕОПИСАНИЕ СОЛНЦА ЗА 12,4 МИЛЛИАРДА ЛЕТ
Примерно 75 000 лет наше светило снова будет в стадии белого карлика, который излучает все слабее. Оставшаяся масса составит половину того, что Солнце имеет ныне, его диаметр уменьшится до 80 000 километров (вместо нынешних 1 391 980 километров), а плотность вещества достигнет двух миллионов тонн в каждом кубическом сантиметре. Вся история нашего ласкового, а порой и довольно жесткого Солнца, воспетого шаманами, жрецами, поэтами, займет 12,4 миллиарда лет.
МОЖНО ЛИ ОСТАТЬСЯ В СЕМЬЕ ПЛАНЕТ?
Все упомянутые события в Солнечной системе отдалены от нас трудно вообразимыми временными расстояниями. Но масштабы предстоящих катастроф таковы, что ученые уже сейчас задумываются над тем, как спасти человечество.
Конечно, можно предположить, что до наступления этого драматического времени люди переселятся на какую-нибудь из пригодных для жизни планет в Млечном Пути. Только вряд ли человечество с легкостью покинет колыбель своего разума и бросит на неотвратимую гибель Землю. Вот почему уже сейчас рождаются идеи, планы, как сохранить для человечества его родную планету.
Если светимость Солнца увеличится более чем в полтора раза, на Марсе установятся температуры, близкие к нынешним земным. Люди могли бы найти там пристанище, но только временное: не исключено, что расширившаяся внешняя оболочка Солнца чуть позднее поглотит и Марс.
Этот спутник Сатурна ряд ученых рассматривают как природную лабораторию, где можно увидеть, изучить, понять, какими были условия на Земле в самое раннее время ее существования. Биохимический и строительный материал на Титане несомненно есть. По расчетам ученых, у человечества впереди еще около 500 миллионов лет, отпущенных природой на то, чтобы оживить это небесное тело, как раз к тому времени, когда Земле придет время умирать.
ПЛАНЕТУ МОЖНО ОТОДВИНУТЬ ОТ СВЕТИЛА
Разогрев и расширение внешней оболочки Солнца, вероятно, приведут к тому, что ближайшие к нему планеты (может быть, только один Меркурий) будут поглощены раскаленным веществом, а сфера, в которой сохранятся условия, пригодные для жизни, передвинется на значительно большее расстояние от светила.
Швейцарский физик Мечислав Таубе, предвидя подобное развитие событий, задумался, возможно ли всю нашу планету передвинуть на другую, более далекую от Солнца орбиту. И он еще в 1982 году просчитал возможность такого путешествия Земли. По его замыслу, вдоль экватора следует построить 240 башен 20-километровой высоты, на вершинах которых разместятся термоядерные реактивные двигатели. В момент, когда оси двигателей будут направлены на центр солнечного диска и совпадут с намеченной траекторией удаления от Солнца, двигатели включат, и реактивная сила начнет толкать планету прочь от светила. Столь большая высота для башен с двигателями нужна, чтобы струи уходили в космос, а не гасли в атмосфере, иначе планета не сдвинется с места.
Однако и орбита Юпитера, на которой может по этому сверхфантастическому проекту оказаться Земля, все же не так далеко удалена от красного гиганта, чтобы Земля не испытывала там губительного воздействия его внешней оболочки. Правда, автор проекта полагает, что частичное испарение океанов Земли создаст облачность, способную отразить излишнее облучение.
Таким образом, проект М. Таубе не дает долговременной перспективы.
Английский ученый М. Фогг развивает эту идею несколько иначе. По его мнению, Юпитер уже в наше время стоит превратить в звезду, направленно дающую Земле энергию.
ИДЕЯ РЕКОНСТРУКЦИИ СОЛНЦА
Поскольку меньше половины одной миллиардной части солнечного излучения падает на Землю, а вся остальная невообразимо огромная масса энергии бесполезно рассеивается в космосе, ученые задумались: нельзя ли эту расточительность уменьшить и направить больше солнечной энергии на Землю, к нашей пользе. Может быть, когда-нибудь земляне поищут пути реконструирования Солнца в таком направлении, которое будет более удобно людям.
Ну а если мы хотим продлить жизнь светила? Надо каким-то образом снизить его вес, тогда светимость уменьшится, а жизнь продлится. Но каким образом облегчить вес такого огромного тела, как звезда?
Крайсвелл предлагает расположить на орбите вокруг Солнца множество ионных ускорителей, которые смогут действовать за счет его лучистой энергии. Потоки заряженных частиц, идущих от ускорителей, образуют около полюсов светила однородное постоянное магнитное поле. Оно будет захватывать частицы солнечной атмосферы и удалять их в космос. По выкладкам автора, в течение года они выбросят в пространство три миллиардных доли массы нашей звезды. Это соответствует примерно одной десятой процента массы Земли. За 300 миллионов лет Солнце потеряет восемь процентов своей нынешней массы. Оставшегося вещества хватит на поддержание ядерной реакции, которая раскаляет светило. Солнце, существенно уменьшившееся, будет способно многие миллиарды лет непрерывно посылать свет и тепло. Крейсвелл к тому же предлагает рационально использовать материал, отнятый у Солнца. Удаленные частицы можно будет сгруппировать в шары и получить (после того как они остынут) 12 космических островов, которые смогут дать пристанище колонистам.
МОЖЕТ БЫТЬ,ПОМЕНЯТЬ СОЛНЦЕ?
М. Фогг, которого мы уже упоминали, высказал в 1989 году несколько идей, как можно провести подобную грандиозную космическую рокировку в космосе. Если человечеству она понадобится в течение ближайших нескольких миллионов лет, то надо рассчитывать на звезды, лежащие в радиусе, не превышающем 100 световых лет. Всего в этом объеме обычно «живет» около 12 000 звезд, из них 300 по размеру подобны Солнцу и не имеют планетных систем, многие существенно моложе нашего светила.
Как заставить одну из них пролететь близко к нашей системе? Здесь могли бы пригодиться ускорители частиц, о которых говорит Д. Крайсвелл. Магнитные поля, созданные струями заряженных частиц, можно так варьировать, что удаляемая ими материя звезды будет давать отдачу в желаемом направлении и таким образом изменять траекторию полета небесного тела. Вычисления показывают, что за один миллион лет избранная людьми звезда сможет отклониться от прежнего курса на четыре градуса, а за срок в одиннадцать миллионов лет ее курс можно изменить на 34 градуса.
В заключение хочется привести слова великого физика Нильса Бора: «Прогнозы трудны, особенно когда они нацелены на отдаленное будущее». Трудны, но увлекательны, и поскольку у человечества в запасе есть еще примерно два миллиарда лет, за это время люди непременно что-либо придумают, может быть, попроще и понадежнее приведенных здесь гипотез.