[Перевод] Какие миры смогут выжить после гибели Солнца?

Когда у нашего Солнца закончится горючее, оно станет красным гигантом, а затем превратится в планетарную туманность с белым карликом в центре. Туманность Кошачий Глаз – великолепный и красочный пример этой возможной судьбы, а замысловатая, многослойная и асимметричная форма этой туманности говорит о возможном наличии у звезды компаньона.

Ничто на Земле не вечно, и эта истина простирается даже на те объекты, что мы видим в нашем небе. Солнце, дарящее свет и тепло всем мирам Солнечной системы, будет сиять не вечно. Сейчас в его ядре происходит синтез гелия из водорода, в результате чего с каждой ядерной реакцией небольшое количество массы превращается в чистую энергию, согласно эйнштейновскому E = mc².

Но это не может продолжаться вечно, ибо количество топлива в ядре ограничено. Солнце уже потеряло в этом процессе массу, эквивалентную массе Сатурна, а через 5-7 млрд лет полностью израсходует всё горючее в ядре. Раздувшись до красного гиганта, оно в результате сбросит внешние слои, породив планетарную туманность, а его ядро сожмётся и превратится в белого карлика. Для внешнего наблюдателя это будет прекрасный и красочный вид. Но внутри Солнечной системы это приведёт к катастрофе.


Сегодня Солнце имеет весьма малый размер, по сравнению с гигантами, однако оно вырастет до размера Арктура в своей фазе красного гиганта, и раздуется до 250 раз от текущего размера. До чудовищного гиганта вроде Антареса ему никогда не дорасти.

Первое, что нужно знать о красных гигантах – они огромны. Нам кажется, что наше Солнце крупное: 1,4 млн км в поперечнике, с массой в 300 000 раз больше, чем у Земли, однако по сравнению с красным гигантом это ничто. С такой массой наше Солнце вырастет в 100 раз по сравнению с предыдущим размером, поглотив Меркурий и Венеру. Земля, скорее всего, будет вытолкнута дальше, во время роста и потери массы Солнцем, и хотя её и может поглотить звезда, учёные пока спорят о том, выживет она или нет.

Если расчёты верны, Солнце не должно будет поглотить Землю, когда оно раздуется до красного гиганта. Однако она должна будет стать очень горячей и претерпит катастрофические изменения.

В таком случае Земля и Марс превратятся в обуглившиеся, бесплодные миры. Океаны и атмосферы этих планет вскипят и исчезнут с поверхности, и эти миры станут безвоздушными и горячими, как сегодняшний Меркурий. Эти эффекты будут простираться далеко за пределы орбит внутренних скалистых миров Солнечной системы.

Видите ли, красные гиганты не просто огромны, они также всё ещё разогреты до многих тысяч градусов, а сияют в тысячи раз ярче, чем сегодняшнее Солнце. Большая часть выброшенного материала – по массе составляющего от трети до половины Солнца – останется разогретым до экстремальных температур и дойдёт до внешних краёв нашей Солнечной системы. Астероиды расплавятся, потеряв все летучие компоненты, и от них останутся только скалистые ядра.

В астероидах есть некоторое количество летучих компонентов, и они часто демонстрируют хвосты, приближаясь к Солнцу. Со временем, когда Солнце дорастёт до красного гиганта, эти астероиды расплавятся, потеряют все летучие материалы, и станут либо кучками булыжников, либо расплавленными камнями – в любом случае, став гораздо меньше текущих размеров

Но газовые гиганты будут достаточно массивными, чтобы и дальше удерживать свои газовые одежды, которые, возможно, даже вырастут, когда Солнце войдёт в эту фазу. К примеру, сегодня мы находим на орбите вокруг красных гигантов только газовых гигантов, размером гораздо больше даже Юпитера. Возможно, это результат селекции – и мы видим их потому, что их легче всего увидеть – но, возможно, это результат неизбежного процесса.

Огромные количества материала, покидающего Солнце, будут сталкиваться с гигантскими мирами, обладающими мощными гравитационными полями. Большая часть материала, которая встретится с этими атмосферами, издаст шлепок космических масштабов и увеличит размер и массу этих миров. В результате Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун могут оказаться крупнее и массивнее, чем сегодня.

Визуально сразу бросается в глаза большой разрыв между размерами миров земного типа и планет типа Нептуна – и превращение Солнца в красного гиганта лишь увеличит эту разницу. Земля и Марс потеряют атмосферы, а, возможно, и часть поверхности, при этом газовые гиганты вырастут, поглощая больше и больше материи, когда Солнце будет сбрасывать внешнюю оболочку.

Однако Солнце станет таким ярким и горячим, что большая часть внешней Солнечной системы будет полностью уничтожена. У каждого из газовых гигантов есть свои кольца; наиболее известны кольца Сатурна, но у всех наших четырёх гигантов они есть. В основном они состоят из различных льдов – водяного, метанового и замёрзшего углекислого газа. Благодаря экстремальной энергии, выдаваемой Солнцем, эти льды не просто расплавятся – их отдельные молекулы приобретут такую энергию, что их выкинет за пределы Солнечной системы.

Кольца Нептуна, снятые на широкоугольную камеру аппарата Вояджер-2 с большой экспозицией. Можно видеть, насколько они непрерывны. Кольца Нептуна, как и кольца всех газовых гигантов, состоят из летучих ледяных компонентов, и расплавятся, вскипят и сублимируют, когда Солнце превратится в красного гиганта.

То же будет верно для лун, богатых водой, вращающихся вокруг этих миров. Замёрзшая поверхность Европы, под которой находится водяной лёд, полностью выкипит. То же случится и с Энцеладом, у которого испарятся практически всё, кроме скалистого ядра с примесью металлов. Практически все луны Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна значительно уменьшатся в размере, их атмосферы выкипят, их внешние слои расплавятся и исчезнут; останутся лишь ядра этих спутников, состоящие из камня и металла. Некоторые луны, полностью состоящие из летучих веществ, могут полностью исчезнуть.

Энцелад – луна Сатурна, почти полностью состоящая из водяного льда. Столб материи, извергающийся с него, свидетельствует о наличии большого подповерхностного океана, но увеличившаяся яркость Солнца приведёт к его выкипанию, и оставит лишь голое ядро.

Даже крупнейшие и хорошо известные объекты пояса Койпера не защищены от этой беды. Даже миры, находящиеся на таких огромных расстояниях, как Тритон, Эрида или Плутон будут получать в четыре раза больше энергии на единицу поверхности, чем сегодня получает Земля. Их атмосферы и поверхности, ныне покрытые различными типами льда, и, возможно, содержащие подповерхностные океаны, также полностью испарятся. Когда Солнце станет красным гигантом, и внутренние миры превратятся в обгорелые останки или будут поглощены Солнцем, миры типа Плутон не станут потенциально обитаемыми планетами: они сгорят. Они превратятся в голые ядра из камня и металла, и станут похожими на сегодняшний Меркурий.

Геологическая структура под поверхностью равнины Спутника. Возможно, что на Плутоне под тонкой корой находится океан жидкой воды. Когда Солнце станет красным гигантом, все внешние слои сублимируются и выкипят, оставив за собой лишь ядро из камня и металла.

Несколько десятков или сотен миллионов лет будет надежда на наличие более приемлемых условий на поясе Койпера, на расстоянии в 80-100 раз большем, чем расстояние от Солнца до Земли. На этот небольшой, по космическим меркам, промежуток времени объекты на этом расстоянии будут получать примерно столько же солнечного света, сколько сегодня получает Земля. Однако для обитаемости миру нужно нечто большее, чем солнечный свет; нужно иметь достаточно массы, подходящий размер и соответствующие ингредиенты. Луна и Земля очень сильно отличаются по обитаемости, несмотря на получение практически идентичного количества солнечной энергии на единицу площади.

Орбиты известных седноидов, вместе с предполагаемой Девятой планетой. Даже когда Солнце станет красным гигантом, Девятая планета – чьё существование и так спорно – не дойдёт до температуры, достаточной для того, чтобы стать потенциально обитаемой. Другие миры пояса Койпера, даже те, что окажутся на нужном расстоянии, будут слишком мелкими с этой точки зрения.

Однако даже гипотетическая Девятая планета окажется слишком далёкой для того, чтобы стать потенциально обитаемой, а всё, что окажется на нужном расстоянии, будет слишком мелким для того, чтобы там смогла существовать жизнь. Солнечная система станет расплавленной катастрофой, где останутся только голые ядра планет, лун и других объектов. Газовые гиганты, возможно, разбухнут и вырастут, растеряют свои кольца и многие спутники, но всё остальное станет не более чем кусками мусора, богатыми металлом. Если вы надеетесь, что замёрзшие внешние миры Солнечной системы, наконец, получат свой шанс блеснуть, вы будете разочарованы. Когда Солнце дойдёт до конца своей жизни, эти миры, как и наши надежды на выживание, столкнутся с тем, что всё самое важное расплавится и исчезнет.

Больше статей на научно-популярную тему вы сможете найти на сайте Golovanov.net. Читайте: когда появились тёмная материя и тёмная энергия; можно ли создать жизнь в лаборатории; кто выживет после гибели Солнца; серию статей по космологии «Спросите Итана«.

Напоминаю, что проект существует только благодаря поддержке читателей (банковские карты, яндекс.деньги, вебмани, биткоины, да хоть как). Спасибо всем, кто уже оказал поддержку!