27.02.2008
Убежать от Солнца!
В сентябре прошлого года в британском журнале Nature была опубликована статья итальянского астронома Роберто Сильвотти и его коллег, в которой описывался пример того, как планета может пережить предсмертное распухание своего солнца. Забрезжила надежда, что подобным образом и Земля способна избежать гибели. Однако новая работа мексиканских и британских астрономов показывает, что этот вариант для нас вряд ли реализуется: чтобы сбежать от Солнца – красного гиганта – орбита Земли должна быть как минимум на 15% шире, чем она есть.
Планета в системе V391 Пегаса, о которой речь шла в сентябрьской статье, смогла избежать поглощения внешними слоями звезды благодаря тому, что перешла на более далекую орбиту. Причина такой миграции очень проста – звезда на поздних этапах эволюции интенсивно теряет массу, и ее притяжение ослабевает, а из-за этого радиус планетной орбиты понемногу увеличивается. Если все происходит достаточно медленно, то орбита даже остается более или менее круглой.
Подобное происходит и в нашей планетной системе. По самой знаменитой формуле Альберта Эйнштейна E=mc2 излучение энергии с поверхности Солнца приводит к медленной потере массы. Медленной, конечно, лишь по астрономическим масштабам – ежесекундно Солнце «худеет» на 4,5 миллиона тонн лишь за счет излучения света. А есть еще нейтрино, покидающие термоядерную топку в центре светила, не замечая его внешних слоев, а также протуберанцы и заряженные частицы, ускоряемые солнечными вспышками. И все-таки несколько миллионов тонн для Солнца, масса которого составляет 2*1027 тонн – не так много. Орбита Земли из-за такой потери массы расширяется примерно на сантиметр в год.
Масштабы «похудания» становятся совершенно иными на поздних стадиях эволюции звезд. Все звезды проводят большую часть своей активной жизни, черпая энергию из реакций термоядерного синтеза по превращению водорода в гелий. Для таких реакций нужны чудовищные температура и давление, поэтому идут они лишь в самом центре звезды. Запасов ядерного топлива хватает на миллионы лет и миллиарды лет – парадоксально, но дольше живут именно маленькие звезды, поскольку большие слишком ярко светят, буквально не жалея себя.
Однако рано или поздно топливо кончается, и звезда, лишившись поддержки источника энергии в своем центре, чуть сжимается и разогревается. «Загорается» так называемый слоевой источник – область вокруг центра звезды, в которой водород еще остался, в отличие от самого центра, куда, будучи более тяжелыми, опускаются ядра гелия. Энергия здесь производится совсем не в тех количествах, что прежде, поэтому внутренняя структура звезды перестраивается, а ее внешние слои многократно увеличиваются в размерах. Звезда становится чуть холоднее, из-за чего становится красной, однако громадные размеры заставляют ее светиться в тысячи раз ярче, чем прежде – наступает стадия красного гиганта.
Наивные расчеты показывают, что Солнце, превратившись в красного гиганта, увеличится в размерах более чем двухсоткратно, поглотив при этом и Меркурий с Венерой, и Землю, и даже Марс. Учет потери массы на стадии красного гиганта, а также следующей за ней фазе асимптотической ветви гигантов, и соответствующее расширение орбит планет сохраняют Марс нетронутым. Однако судьба Земли – наверное, самой интересной для нас планеты – остается все еще спорной; разные модели предсказывают то поглощение нашей родины, то благополучный исход – впрочем, лишь для самой планеты, а не биосферы на ее раскаленной огромным близким светилом поверхности.
По мнению Клауса-Питера Шредера и Роберта Смита, правы, увы, первые модели. Работа ученых принята к публикации в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Шредеру и Смиту, воспользовавшихся самыми точными на сегодняшний момент моделями, откалиброванными на наблюдениях множества реально существующих звезд, впервые удалось подробно учесть не только расширение орбит из-за потери массы, но и обратное влияние планеты на поверхность светила.
И именно это взаимодействие обрекает Землю на исчезновение в горячем теле нашего светила. Дело в том, что на внешние слои будет действовать земное притяжение, которое вызовет на поверхности небольшую приливную волну. Приливные волны всегда немного отстают от тех светил, что их вызывают – широко известно, что на Земле максимальные приливы даже в сизигиях (когда Солнце и Луна находятся на одной линии относительно Земли) слегка отстают от момента, когда Луна максимально высоко поднимается над поверхностью в данном месте планеты.
Отставание крохотных приливных горбов, которые уже Земля образует на Солнце, приведет к тому, что их притяжение будет, в свою очередь, чуть притормаживать движение Земли по орбите, из-за чего даже потеря массы не позволит нашей планете убежать от распухшего Солнца. Внесет свой вклад и трение о внешние, разреженные области хромосферы светила.
Детальные расчеты показывают, что выжить Земля могла бы лишь в случае, если ее сегодняшняя орбита была бы всего на 15% шире. А Земле на ее нынешнем удалении от Солнца неизбежно светит оказаться внутри его распухших внешних слоев.
Впрочем, произойдет это не скоро – от печального конца планету отделяют еще 7,59 миллиардов лет. К тому моменту Солнце будет на треть легче, чем сейчас. Это обстоятельство также позволило авторам представить, как будет выглядеть наше светило по окончании своей жизни. По их расчетам, следующая за стадией красного гиганта фаза жизни – а скорее, даже гибели – Солнца (она называется стадия асимптотической ветви гигантов) будет достаточно скромной. Через 150 миллионов лет после максимального распухания светило вновь распухнет, однако, в отличие от большинства звезд, не достигнет максимальных размеров на предыдущей стадии.
Кроме того, оно не сможет произвести достаточно сильного пылевого звездного ветра, чтобы разогнать внешние слои звезды, превратив ее в классическую планетарную туманность. После гибели Солнца и Земли на месте системы останется лишь околозвездная оболочка массой в несколько процентов солнечной, в центре которой будет находиться белый карлик.
Источник: gazeta.ru
Другие новости по теме
Планета выжила после смерти своей звезды
