Magnus Fragor

Главная » Статьи » Космос

Убежать от красного гиганта

Нет, жизни на этой планете нет, и быть не может. В ней удивляет удивительная сила и воля к собственному существованию. Материнская звезда V 391 бета Пегаса находится на поздних стадиях своей эволюции, до которых наше Солнце доберется лишь через 5 млрд. лет. На этом этапе звезда успела колоссально раздуться, превратившись в красного гиганта, и снова начала сжатие. V 391 оказалась к ней слишком близко, всего в 1,7 раз дальше, чем мы от Солнца. И, как когда-нибудь наша планета будет поглощена разбухшим Солнцем, так и она оказалась внутри внешних слоев своей постаревшей звезды. Однако она, к удивлению ученых, благополучно пережила такое поглощение.

В журнале Nature опубликована статья группы европейских, американских и тайваньских учёных во главе с Роберто Сильвотти из Обсерватории Каподимонте близ Неаполя. Статья рассказывает об обнаружении крупной планеты рядом со звездой V391 Пегаса, расположенной примерно в 4,5 тысячах световых лет от нас. Массивное тело, которое как минимум втрое больше крупнейшей планеты Солнечной системы – Юпитера, обращается вокруг V391 Peg примерно на том же расстоянии, на котором от Солнца сейчас находится Марс. Один оборот вокруг звезды оно совершает за три с небольшим года.

Астрономы были очень удивлены, обнаружив планету возле V391 Peg. Дело в том, что она принадлежит к редкому классу горячих субкарликов, а эти звёзды уже прошли стадию красного гиганта, во время которой звезда увеличивается в размерах в сотни раз. Учёные до сих пор спорят, могут ли планеты, расположенные относительно близко к звезде, пережить этот период её жизни. Открытие Сильвотти и его коллег – первое подтверждение такой возможности.

Обнаружить небесное тело удалось, кстати, тоже только потому, что V391 Пегаса является горячим субкарликом. Эти звёзды пульсируют с периодом в несколько минут, причём ходят «как часы», на протяжении долгого времени сохраняя точность хода. Однако у V391 Peg учёные нашли периодические сдвиги «тиков» этих звёздных часов. Небольшие по амплитуде (около 5 секунд) и с большим периодом (три с лишним года), они, тем не менее, хорошо выделялись на фоне пяти чрезвычайно стабильных пульсаций горячего субкарлика. Вообще говоря, именно пульсации астрономы и исследовали, а планету открыли случайно.

Сейчас компаньон обращается вокруг центральной звезды на расстоянии примерно 250 миллионов километров. Звезду не зря называют горячим субкарликом – её поверхность нагрета до примерно 30 тысяч градусов. Поэтому если планета более или менее похожа на Юпитер, средняя температура её поверхности на таком расстоянии должна составить около +200 градусов по Цельсию. Так что на планете достаточно горячо, и водные океаны или что-то подобное – если они там были – сохраниться не могли. Тем не менее раньше планета занимала в своей системе то же место, что Земля занимает в Солнечной.

Горячий субкарлик образуется, когда красный гигант – по неизвестным пока причинам – быстро теряет почти всю свою атмосферу, обнажая гелиевое ядро. В результате гравитация центрального тела ослабевает, и планеты от него слегка удаляются. Моделируя процесс, который привел к образованию V391 Пегаса, астрономы установили, где находилась планета до потери атмосферы. Кстати, выяснилось, что в фазе красного гиганта горячая «поверхность» звезды до планеты не дошла, остановившись в 50 миллионах километров от неё.

Тем не менее поверхность спутника звезда облучала достаточно долго, и как сохранилась такая массивная планета, которая, скорее всего, представляет собой газовый гигант, неизвестно. Кроме того, рассеиваясь, звёздная атмосфера не могла миновать находившееся на его пути небесное тело. Однако оно выжило.

Не исключено, полагают астрономы, что обнаружение массивного спутника у горячего субкарлика не случайно. По одной из версий, именно притяжение планеты «закрутило» атмосферу звезды, запустив процесс потери массы; в горячие субкарлики превращаются лишь 2% красных гигантов. По другой, не исключающей первую, звезда, сильно распухнув, сбросила часть своего вещества на планету, увеличивая её массу. Во втором случае процесс не мог продолжаться слишком долго, так как перетекание вещества привело бы к торможению планеты, и она быстро бы погрузилась в звезду по спиралеобразной траектории.

По результатам численных расчётов, через 4,5 миллиарда лет Солнце также исчерпает запасы водорода и распухнет, достигнув орбиты Венеры, а то и Земли. Однако медленная потеря массы Солнцем в процессе превращения в красный гигант спасёт нашу планету от поглощения – подобно спутнику V391 Peg, она чуть отодвинется.

Это не спасёт, однако, биосферу, гидросферу и атмосферу, как мы их знаем. Горячие лучи Солнца – красного гиганта – сначала испарят все океаны, обострив парниковый эффект. Земля станет похожей на Венеру, раскалившись до нескольких сотен градусов по Цельсию, но ненадолго. Постепенно атмосфера рассеется в пространстве, и когда красный гигант станет белым карликом, расплавленный камень вновь затвердеет и продолжит обращаться вокруг остывающего «трупа» Солнца, постепенно погружаясь во мрак.

Однако поскольку детали теории звёздной эволюции всё ещё уточняются, менее скучное и печальное развитие событий всё ещё возможно. Не исключено, что Солнце всё-таки поглотит Землю, которая будет медленно приближаться к светилу из-за приливных эффектов. Или полностью испарит её, пока Земля движется навстречу.

Солнце – ближайшая к нам звезда, формирующая нашу атмосферу и дающая свет и тепло, столь необходимые для поддержания жизни. Такое приветливое издалека, Солнце представляет собой раскаленный шар кипящего газа, внутри которого могли бы поместиться миллионы планет вроде нашей. Температура в ядре звезды может достигать 15-16 млн. градусов Цельсия. В ядре Солнца водород превращается в гелий, высвобождая энергию.

Наше светило появилось около 4 млрд. лет назад. Тогда в галактике Млечный путь одно гигантское облако газа и пыли, под действием собственной гравитации, постепенно сближалось. Объект уплотнялся и нагревался, в его центре начали зарождаться ядерные реакции. Из остатков звездного вещества сформировались планеты нашей Солнечной системы. В свои "молодые годы" Солнце было активнее и опаснее. Сейчас мы наблюдаем звезду в ее среднем возрасте, когда процессы в ней стали проходить гораздо спокойнее. По оценкам ученых, вся жизнь Солнца может составить примерно 12 млрд. лет. С возрастом яркость светила будет увеличиваться, а жизнь на Земле – становиться всё менее комфортной. Планета Венера – это возможный сценарий будущего Земли: невыносимая жара, парниковый эффект, выкипание океанов.

Венера – это планета, которая по многим параметрам похожа на Землю, но с "адским" климатом: давление 100 атмосфер на поверхности и температура 500 градусов Цельсия, разогретая парниковым эффектом в углекислотной атмосфере. Ученым Венера интересна с точки зрения изменения климата на Земле, которое наблюдается в настоящее время.

Сейчас мы живем в наиболее комфортной среде: на оптимальном расстоянии от Солнца и в его лучшие "годы" зрелости. Конечно, так будет не всегда, ведь рано или поздно топливо нашей звезды иссякнет.

Наше Солнце будет жечь водород еще около 4 млрд лет, затем перейдет на гелий. В этот момент оно изменится, превратившись из желтого карлика в красного гиганта. Став красным гигантом, Солнце раздуется и дойдет до орбиты Земли, а возможно и Марса. Гораздо позже, когда гелий закончится, в Солнце начнет появляться железо, это и будет концом нашей звезды, потому что синтез железа не выдает столько энергии, сколько необходимо, чтобы противостоять гравитационному сжатию.

В далеком будущем Солнце в роли красного гиганта поглотит Меркурий, Венеру, а вот относительно будущего Земли и Марса пока остаются вопросы. Некоторые планеты могут пережить стадии красного гиганта своих звезд, и у Земли есть шансы оказаться одной из таких планет. Такие случаи уже были в истории Вселенной, например, одной из похожих планет за пределами Солнечной системы удалось пережить смерть своей родной звезды под названием V391 Пегаса. Планета, занимавшая в своей системе место Земли, избежала поглощения, удачно сместившись на более удаленную орбиту, благодаря тому, что умирающая звезда потеряла часть массы и гравитация стала слабее.

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 смогла избежать поглощения внешними слоями звезды благодаря тому, что перешла на более далёкую орбиту. Причина такой миграции очень проста – звезда на поздних этапах эволюции интенсивно теряет массу, и её притяжение ослабевает, а из-за этого радиус планетной орбиты понемногу увеличивается. Если всё происходит достаточно медленно, то орбита даже остаётся 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 счёт излучения света. А есть ещё нейтрино, покидающие термоядерную топку в центре светила, не замечая его внешних слоёв, а также протуберанцы и заряженные частицы, ускоряемые солнечными вспышками. И всё-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 звёзд.

Все звёзды 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 звёзды, поскольку большие слишком ярко светят, буквально не жалея себя.

Однако рано или поздно топливо кончается, и звезда, лишившись поддержки источника энергии в своём центре, чуть сжимается и разогревается. «Загорается» так называемый слоевой источник – область вокруг центра звезды, в которой водород ещё 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 её внешние слои многократно увеличиваются в размерах. Звезда становится чуть холоднее, из-за чего становится красной, однако громадные размеры заставляют её светиться в тысячи раз ярче, чем прежде – наступает стадия красного гиганта.

Наивные расчёты 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. Учёт 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 – остаётся всё ещё спорной; разные модели предсказывают то поглощение нашей родины, то благополучный исход – впрочем, лишь для самой планеты, а не биосферы на её раскалённой огромным близким светилом поверхности.

По мнению Клауса-Питера Шрёдера и Роберта Смита, правы, увы, первые модели. Работа учёных опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Шрёдеру и Смиту, воспользовавшихся самыми точными на сегодняшний момент моделями, откалиброванными на наблюдениях множества реально существующих звёзд, 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, приведёт 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. Внесёт свой вклад и трение о внешние, разреженные области хромосферы светила.

Детальные расчёты показывают, что выжить Земля могла бы лишь в случае, если её сегодняшняя орбита была бы всего на 15% шире. А Земле на её нынешнем удалении от Солнца неизбежно светит оказаться внутри его распухших внешних слоёв. Впрочем, произойдёт это не скоро – от печального конца планету отделяют ещё 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 расчётам, 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 звёзд, не достигнет максимальных размеров на предыдущей стадии.

Кроме того, оно не сможет произвести достаточно сильного пылевого звёздного ветра, чтобы разогнать внешние слои звезды, превратив её в классическую планетарную туманность. После гибели Солнца и Земли на месте системы останется лишь околозвёздная оболочка массой в несколько процентов солнечной, в центре которой будет находиться белый карлик. Отсутствие планетарной туманности вокруг этой крохотной звезды делает финальную картину ещё более безрадостной.

Конец света непременно наступит – в этом сходятся все ученые. Астрономы спорят лишь о сроках и вероятных причинах этого печального события.

Категория: Космос | Добавил: laf2304 (30.05.2024)
Просмотров: 82 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar
[ Категории раздела ]
Космос [367]
Природа [367]
Общество [363]
Технологии [356]
Загадки Вселенной [421]
Разное [259]

[ Поиск ]

[ Вход на сайт ]

[ Статистика ]

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Copyright ARA © 2026
uCoz