От началото на човешката история хората са разбрали, че Слънцето е централна част от живота, какъвто го познаваме. Важността на безброй митологични и космологични системи по целия свят е доказателство за това. Но когато нашето разбиране за това узря, научихме, че Слънцето е било тук много преди нас и ще бъде тук дълго след като ни няма. Сформирайки се преди около 4,6 кюлчета години, нашето Слънце е започнало живота си приблизително 40 милиона години преди да се формира нашата Земя.
Оттогава Слънцето е в това, което е известно като неговата основна последователност, където ядреният синтез в ядрото му го кара да излъчва енергия и светлина, поддържайки ни тук, на Земята, подхранвани. Това ще продължи още 4,5 – 5,5 милиарда години, в който момент ще изчерпи запасите си от водород и хелий и ще премине през някои сериозни промени. Ако приемем, че човечеството все още е живо и нарича Земята дом по това време, може да помислим да се измъкнем от пътя!
Раждането на нашето слънце:
Доминиращата теория за това как са се образували нашето Слънце и Слънчева система е известна като Небуларна теория , който гласи, че Слънцето и всички планети са започнали преди милиарди години като гигантски облак от молекулен газ и прах. Тогава, преди приблизително 4,57 милиарда години, този облак преживя гравитационен колапс в центъра си, където всичко от преминаваща звезда до ударна вълна, причинена от свръхнова, задейства процеса, довел до раждането на нашето Слънце.
По принцип това се случи, след като джобове от прах и газ започнаха да се събират в по-плътни региони. Тъй като тези региони привличат все повече и повече материя, запазването на импулса ги кара да започнат да се въртят, докато увеличаването на налягането ги кара да се нагряват. По-голямата част от материала се озовава на топка в центъра, докато останалата част от материята се сплесква в голям диск, който кръжи около него.
Младите звезди имат диск от газ и прах около тях, наречен протопланетарен диск. От този диск се образуват планети и наличието на воден лед в диска влияе върху това къде се образуват различни видове планети. Кредит: NASA/JPL-Caltech
Топката в центъра в крайна сметка ще образува Слънцето, докато материалният диск ще образува планетите. След това Слънцето прекара следващите 100 000 години като колабираща протозвезда, преди температурата и наляганията във вътрешността да запалят синтеза в основата му. Слънцето започна като а T звезда Телец – изключително активна звезда, която избухна интензивен слънчев вятър. И само няколко милиона години по-късно той се установява в сегашния си вид.
Основна последователност:
През последните 4,57 милиарда години (дай или вземи ден или два) Слънцето беше в основната последователност на своя живот. Това се характеризира с процеса, при който водородното гориво, под огромно налягане и температури в сърцевината му, се превръща в хелий. В допълнение към промяната на свойствата на съставната му материя, този процес произвежда и огромно количество енергия. Всичко казано, всяка секунда 600 милиона тона материя се превръщат в неутрино, слънчева радиация и приблизително 4 x 1027Ватове енергия.
Естествено, този процес не може да продължи вечно, тъй като зависи от наличието на материя, която редовно се консумира. С течение на времето и повече водород се превръща в хелий, ядрото ще продължи да се свива, позволявайки на външните слоеве на Слънцето да се приближат по-близо до центъра и да изпитат по-силна гравитационна сила.
Това ще окаже по-голям натиск върху ядрото, което се противопоставя на последващото увеличение на скоростта, с която се случва синтез. По принцип това означава, че докато Слънцето продължава да изразходва водород в ядрото си, процесът на синтез се ускорява и продукцията на Слънцето се увеличава. В момента това води до 1% увеличение на осветеността на всеки 100 милиона години и 30% увеличение през последните 4,5 милиарда години.
Жизненият цикъл на подобна на слънцето звезда, от раждането й от лявата страна на рамката до еволюцията й в червен гигант отдясно след милиарди години. Кредит: ESO/M. Корнмесер
След приблизително 1,1 милиарда години Слънцето ще бъде с 10% по-ярко, отколкото е днес. Това увеличение на осветеността ще означава и увеличаване на топлинната енергия, която ще погълне земната атмосфера. Това ще предизвика неблагоприятен парников ефект, подобен на това, което превърна Венера в ужасната оранжерия, каквато е днес.
След 3,5 милиарда години Слънцето ще бъде с 40% по-ярко, отколкото е в момента, което ще накара океаните да кипнат, ледените шапки да се стопят за постоянно и цялата водна пара в атмосферата да бъде загубена в космоса. При тези условия животът, какъвто го познаваме, няма да може да оцелее навсякъде на повърхността и планетата Земя ще бъде напълно трансформирана в друг горещ, сух свят, точно като Венера.
Фаза на червения гигант:
След 5,4 милиарда години Слънцето ще влезе в това, което е известно като Червен гигант фаза от нейното развитие. Това ще започне, след като целият водород се изчерпи в ядрото и инертната хелиева пепел, която се е натрупала там, стане нестабилна и се срутва под собствената си тежест. Това ще накара ядрото да се нагрее и да стане по-плътно, което ще доведе до увеличаване на размера на Слънцето.
Изчислено е, че разширяващото се Слънце ще стане достатъчно голямо, за да обхване орбитата на живак , Венера и може би дори Земята. Дори и Земята да оцелее, като бъде погълната, новата й близост до интензивната топлина на това червено слънце ще изгори нашата планета и ще направи напълно невъзможно оцеляването на живота. Астрономите обаче отбелязват, че с разширяването на Слънцето е вероятно и орбитата на планетата да се промени.
Когато Слънцето достигне този късен етап в своята звездна еволюция, то ще загуби огромно количество маса чрез мощни звездни ветрове. По принцип, докато расте, той губи маса, което кара планетите да се извиват навън. Така че въпросът е дали разширяващото се Слънце ще изпревари планетите, въртящи се навън, или Земята (и може би дори Венера) ще избяга от обхвата му?
К.-П. Шрьодер и Робърт Кенън Смит са двама изследователи, които се занимават точно с този въпрос. В изследователска статия, озаглавена „ Далечното бъдеще на Слънцето и Земята е преразгледано ”, който се появи вМесечни известия на Кралското астрономическо дружество, те проведоха изчисленията с най-актуалните модели на звездната еволюция.
Според Шрьодер и Смит, когато Слънцето стане звезда червен гигант след 7,59 милиарда години, то бързо ще започне да губи маса. Докато достигне най-големия си радиус, 256 пъти от сегашния си размер, той ще намалее само до 67% от сегашната си маса. Когато Слънцето започне да се разширява, то ще го направи бързо, преминавайки през вътрешната Слънчева система само за 5 милиона години.
След това ще влезе в своята относително кратка (130 милиона години) фаза на изгаряне на хелий, в който момент ще се разшири покрай орбитата на Меркурий, а след това и на Венера. Докато се приближи до Земята, той ще загуби 4,9 x 10двадесеттона маса всяка година (8% от масата на Земята).
Но ще оцелее ли Земята?:
Сега това е мястото, където нещата се превръщат в ситуация „добри новини/лоши новини“. Лошата новина, според Шрьодер и Смит, е, че Земята НЯМА да оцелее при разширяването на Слънцето. Въпреки че Земята може да се разшири до орбита, 50% по-отдалечена от сегашната (1,5 AUs), тя няма да получи шанс. Разрастващото се Слънце ще погълне Земята точно преди да достигне върха на фазата на червения гигант и Слънцето ще има още 0,25 AU и 500 000 години за растеж.
Впечатлението на художника за звезда червен гигант. Кредит: НАСА/Уолт Файмер
След като влезе в атмосферата на Слънцето, Земята ще се сблъска с частици газ. Неговата орбита ще се разпадне и ще се завърти навътре. Ако Земята беше само малко по-далеч от Слънцето в момента, на 1,15 AU, тя щеше да оцелее във фазата на разширяване. Ако можехменатискамнашата планета на това разстояние, ние също ще бъдем в бизнеса. Подобни приказки обаче са изцяло спекулативни и в момента са в сферата на научната фантастика.
А сега за добрите новини. Много преди нашето Слънце да навлезе в фазата на Червен Гигант обитаема зона (както го познаваме) ще изчезне. Астрономите смятат, че тази зона ще се разшири покрай орбитата на Земята след около милиард години. Нагряващото слънце ще изпари океаните на Земята и след това слънчевата радиация ще изхвърли водорода от водата. Земята никога повече няма да има океани и в крайна сметка ще се стопи.
Да, това е добрата новина… донякъде. Но положителната страна на това е, че можем да кажем с увереност, че човечеството ще бъде принудено да напусне гнездото много преди то да бъде погълнато от Слънцето. И като се има предвид факта, че имаме работа с времеви линии, които са далеч отвъд всичко, с което наистина можем да се справим, дори не можем да сме сигурни, че някакво друго катаклизмично събитие няма да ни вземе по-рано или че няма да сме се преместили далеч от сегашното си еволюционна фаза.
Интересна странична полза ще бъде как променящите се граници на обитаемата зона на нашето Слънце ще променят и Слънчевата система. Докато Земята, на само 1,5 AUs, вече няма да бъде в обитаемата зона на Слънцето, голяма част от външната Слънчева система ще бъде. Тази нова обитаема зона ще се простира от 49,4 AU до 71,4 AU – далеч в Купър колан – което означава, че някогашните ледени светове ще се стопят и течната вода ще присъства отвъд орбитата на Плутон .
може би Ерис ще бъде нашият нов роден свят, планетата джудже на Плутон ще бъде новата Венера и Хомо , Бих желал , а останалата част ще бъде външната „Слънчева система“. Но това, което може би е най-завладяващо във всичко това, е как хората дори се изкушават да попитат „ще бъде ли все още тук в бъдещето“ на първо място, особено когато това бъдеще е след милиарди години.
По някакъв начин темите за това, което беше преди нас и какво ще бъде тук, когато ни няма, продължават да ни очароват. И когато се занимаваме с неща като нашето Слънце, Земята и познатата Вселена, това става направо необходимо. Съществуването ни досега беше светкавица в сравнение с космоса и колко дълго ще издържим остава открит въпрос.
Написахме много интересни статии за слънцето тук във Universe Today. Ето Какъв цвят е слънцето? , Какъв вид звезда е Слънцето? , Как Слънцето произвежда енергия? , и Можем ли да тераформираме Слънцето?
Astronomy Cast също има някои интересни епизоди по темата. Провери ги- Епизод 30: Слънцето, петна и всичко , Епизод 108: Животът на слънцето , Епизод 238: Слънчева дейност .
За повече информация вижте Ръководство за слънчевата система на НАСА .
