Недавние наблюдения за стареющей чужой планетной системой помогают ответить на вопрос: что произойдёт с нашей планетой, когда Солнце начнёт умирать?
По мере старения нашего Солнца оно превратится в звезду настолько большую, что может поглотить (и уничтожить) Землю. Судьба Земли буквально зависит от случайных факторов.
Через 5 миллиардов лет Солнце превратится в красного гиганта. Выживет ли Земля — «вопрос открытый», — сказала Мелинда Соареш-Фуртадо, астрофизик из Университета Висконсина в Мэдисоне. Конечно, Земля может быть поглощена Солнцем и уничтожена. Но в некоторых сценариях Земля ускользает и выталкивается дальше в Солнечную систему.
Соседняя планетная система дала ключ к разгадке космического будущего нашей планеты. На расстоянии около 57 световых лет от нас четыре планеты вращаются вокруг похожей на Солнце звезды, возраст которой составляет 10 миллиардов лет — в два раза старше Солнца, и она уже находится на поздних этапах своей жизни. Стивен Кейн, астрофизик, специализирующийся на обитаемости планет из Калифорнийского университета в Риверсайде, недавно смоделировал, что может произойти с планетами через миллиард лет, когда звезда станет красным гигантом. Он обнаружил, что большинство внутренних планет, то есть планет, чьи орбиты близки к звезде, будут поглощены, но самая внешняя, то есть наружная, известная планета, имеющая орбиту, аналогичную орбите Венеры, может выжить.
Преклонный возраст звезды облегчает моделирование её расширения и даёт более точный прогноз будущего нашей планетной системы. «Это очень интересная статья», — сказал Джонатон Зинк, астрофизик из Калифорнийского технологического института. «Если мы сможем найти больше систем на разных этапах звёздной эволюции, мы, вероятно, сможем понять, что произойдёт».
Уничтоженные миры
Когда планета поглощается звездой, смерть может быть быстрой. В 2022 году Рикардо Ярза, звёздный астрофизик из Калифорнийского университета в Санта-Круз, смоделировал то, что происходит, когда красный гигант поглощает планету. Он обнаружил, что если планета находится достаточно близко к звезде, её орбита быстро затухает. Газ в атмосфере звезды создаёт сопротивление планете, и «планета продолжает погружаться всё глубже и глубже в звезду», — сказал Ярза. В течение нескольких сотен лет большинство планет будет уничтожено.
До недавнего времени эти последние моменты жизни обречённой планеты «никогда не наблюдались напрямую», — сказал Кишалай Де, астроном из Массачусетского технологического института. Но в 2020 году команда Де увидела, что звезда на расстоянии 12 000 световых лет временно стала в несколько сотен раз ярче. Вспышка была слишком тусклой, чтобы возникнуть в результате слияния с другой звездой. Но, как сообщили Де и его коллеги в мае, это была именно та интенсивность, которую можно было получить из «куска пищи» размером с планету.
Команда предположила, что планета в несколько раз массивнее Юпитера была захвачена, когда звезда возрастом 10 миллиардов лет начала расширяться в красного гиганта. «Это будущее нашей Солнечной системы», — сказал Де.
Наша эволюционирующая звезда
Когда звезда главной последовательности (то есть звезда в стабильной части своего жизненного цикла), такая как наше Солнце, также называемая звездой G-типа или жёлтым карликом, достигает конца своей жизни, в её ядре заканчивается водород, необходимый для питания ядерного синтеза. По мере того как звезда начинает использовать другие источники топлива и терять массу, её ядро становится всё горячее, а атмосфера раздувается в течение миллионов лет. В конце концов, наше Солнце станет более чем в 200 раз шире своего нынешнего размера.
Это разрастающееся Солнце поглотит Меркурий и, возможно, Венеру, прежде чем станет настолько большим, что приблизится к орбите Земли — расстояние, известное как одна астрономическая единица, или а.е. Но оно может расшириться ещё больше. «В некоторых моделях, — говорит Антонино Ланца, астроном Астрофизической обсерватории Катании в Италии, — оно может поглотить Марс». Основная неопределённость, по его словам, заключается в том, сколько массы Солнце потеряет с возрастом: чем больше оно потеряет, тем меньше будет его конечный радиус. «Это плохо изучено, — сказал он.
На данный момент наши лучшие оценки предполагают, что Солнце вырастет примерно до 0,85–1,5 а.е. Но по мере того, как звезда будет терять массу, ослабление её притяжения увеличит орбиту Земли, а это означает, что наша планета сможет избежать поглощения.
Чтобы увидеть будущее Земли, астрономы изучают Вселенную в поисках иных планетных систем. Их цель — найти звёзды, похожие на Солнце, которые вскоре превратятся (или только что превратились) в красных гигантов.
Вот почему Rho Coronae Borealis, ближайшая звезда-желтый карлик, которая, как считается, подходит к концу своей солнечной жизни, привлекла внимание Кейна. Три из четырёх известных планет вращаются близко к звезде, в пределах орбиты нашей Венеры. Самая дальняя планета, год на которой длится 282 дня, по орбите похожа на Венеру.
Анализ Кейна, опубликованный в прошлом году, показывает, что растущая звезда поглотит три внутренние планеты. Самый внутренний из этих миров, который считается скалистым и почти в четыре раза тяжелее Земли, испарится в течение нескольких сотен лет. «Плазма перегревает планету и приводит к её значительному разрушению», — сказал Кейн. «Даже камни на поверхности расплавятся». Следующий мир, газовый гигант массой с Юпитер, настолько велик, что он будет вращаться по спирали внутрь и разрываться гравитацией звезды, а не испаряться. Третья, меньшая по размеру планета массой с Нептун, вероятно, также будет поглощена и испарится.
Но самая дальняя планета — тоже массой с Нептун — может выжить. По мере расширения звезды она временно поглотит планету на несколько тысяч лет. За это время экстремальные температуры поджарят поверхность планеты, но сама планета должна выжить, поскольку на таком расстоянии атмосфера звезды не очень плотная. Затем звезда снова сожмётся и вновь расширится, поглотив планету на несколько тысячелетий. Если планета сможет выжить, если с ней будут играть, как кот с мышкой, она сможет выйти из атмосферы, когда звезда сожмётся в последний раз. «Так что в самом конце у неё есть шанс сбежать», — сказал Кейн.
Кейн, например, оптимистично оценивает шансы планеты и то, что они могут означать для нашего мира. «Я подозреваю, что Земля переместится наружу и выживет», — сказал он.
Великий побег
Если планете удастся избежать поглощения, ее шансы на более долгую жизнь будут хорошими. Когда звезда, подобная нашему Солнцу, превращается в красного гиганта и сбрасывает свои внешние слои, в конечном итоге единственное, что остаётся, — это плотный, раскалённый добела звёздный «труп», известный как белый карлик. Эти объекты содержат половину массы исходной звезды и имеют размер примерно с Землю. Они будут продолжать гореть ещё триллионы лет.
За последние два десятилетия учёные обнаружили группу экзопланет, вращающихся вокруг белых карликов, рассказала Мэри Энн Лимбах, специалист по экзопланетам из Мичиганского университета. Эти планеты пережили фазу красного гиганта своей звезды, хотя неясно, как именно. Некоторые из миров, которые, как правило, представляют собой более крупные газовые гиганты, вероятно, находились слишком далеко от своей звезды, чтобы их можно было проглотить, в то время как другие, возможно, были вытолкнуты наружу, когда звезда сжималась и расширялась. (Астрономы также видели доказательства того, что некоторым планетам не так повезло. Они нашли загрязнённые белые карлики, которые богаты элементами, связанными с планетами, такими как магний и железо.) Продолжающиеся наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) помогут обнаружить ещё десятки экзопланет, вращающихся вокруг белых карликов.
Какими бы необычными они ни казались, эти планетные системы всё же могут быть обитаемы, сказала Лимбах, которая руководит некоторыми из наблюдений за белыми карликами JWST. «Вокруг белого карлика есть место, где можно получить жидкую воду» на поверхности планеты, сказала она. Но «это очень сложная среда».
Дополнительные наблюдения за эволюционировавшими солнечными системами и больше моделей, подобных модели Кейна, могли бы дать лучшее представление о судьбе нашей собственной солнечной системы. На данный момент смерть нашей планеты — это полная неопределённость. Возможно, люди уже давно покинут поверхность Земли ко времени, когда Солнце начнёт расширяться, но любой, кто посмотрит в нашу сторону через 5 миллиардов лет, сможет увидеть, как наша планета переживёт предсмертное дыхание нашего Солнца — или, возможно, исчезнет в короткой вспышке света.
Вместо заключения
Но в любом случае, независимо от того, поглотит ли Солнце земную орбиту или нет, привычная жизнь на Земле станет невозможной уже через миллиард лет, когда светимость Солнца увеличится на 10%, а средняя глобальная температура поверхности Земли станет 47 °С (в настоящее время она составляет всего 15 °C). При этом концентрация углекислого газа упадёт ниже критического порога (около 50 частей на миллион), необходимого для поддержания фотосинтеза большинства растений. Деревья и леса в их нынешней форме уже не смогут существовать. Некоторые растения, использующие более эффективный фотосинтез (около 10 частей на миллион) ещё некоторое время смогут жить. Но повышение температуры всё равно приведёт к безудержному испарению океанов, которые вскоре исчезнут. Это вызовет гигантский парниковый эффект и гибель большей части живого. Некоторые микроскопические формы жизни смогут существовать ещё в течение примерно миллиарда лет и вымрут, когда глобальная температура планеты превысит 149 °C.
В общем, у человечества не так много времени, чтобы найти себе новую планету. Первым убежищем мог бы стать Марс, а затем, по мере превращения Солнца в красного гиганта — спутники Юпитера.
Автор перевода @arielf
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.
