< Меркурий выглядит моложе своего возраста

Дмитрий Вибе: об отдалённом будущем Земли и Солнечной системы

Информация о том, что через N миллиардов лет Солнце превратится в красный гигант и, может быть, поглотит Землю, распространена достаточно широко. Конечно, миллиарды лет — это не завтра, а достаточно отдалённая перспектива. Однако она тревожит умы, будучи вполне определённой финальной точкой.

---

Если вы спросите у меня, как погодка, я отвечу, что так себе. Жарко, душно. И это не на день, и не на два. В такие тяжёлые знойные дни охотно веришь, что раньше подобного не было, что лета раньше были мягче, что на Земле действительно становится теплее. И кажется вполне логичным обвинить во всём Солнце — ведь это именно оно то пригревает, то печёт.

Попытки связать глобальное потепление с переменами в светимости Солнца действительно предпринимались, однако оказались безуспешными. Может быть, колебания климата связаны с солнечной активностью, может быть, они вызываются небольшими вариациями в параметрах осевого и орбитального движения Земли, может быть, правы те, кто считает эти колебания следствием деятельности человека… Но общее энерговыделение Солнца на таких коротких временных масштабах положение дел Земли не меняет.

Иное дело — времена длительные. Информация о том, что через N миллиардов лет Солнце превратится в красный гигант и, может быть, поглотит Землю, распространена достаточно широко. Конечно, миллиарды лет — это не завтра, а достаточно отдалённая перспектива. Однако она тревожит умы, будучи вполне определённой финальной точкой. Может быть, мы не угробим себя сами, может быть, на нас не упадёт астероид, может быть, само собой прекратится глобальное потепление, и не случится фатального похолодания. Но однажды всё равно всё обязательно закончится. Нашим отдалённым потомкам придётся к этому времени предпринять какие-то действия, чтобы наблюдать за процессом гибели Солнечной системы со стороны.

Чему именно равно N в предыдущем абзаце, точно сказать нельзя. Хотя теория звёздной эволюции считается одной из наиболее хорошо проработанных областей астрофизики, в ней сохраняется значительное количество упрощений и допущений. Оно позволяет весьма достоверно описывать свойства звёздного ансамбля, но оставляет место для неопределённостей в предсказании эволюции конкретной звезды. Конечно, если говорить об абстрактном светиле спектрального класса G2, миллиард лет туда, миллиард лет сюда кажутся вполне допустимой погрешностью. Но время, отпущенное персонально нам, хотелось бы знать точнее. Увы, здесь теория пока не обладает особой прецизионностью.

Качественно картинка выглядит так. Солнце образовалось около 4,6 миллиарда лет назад. Это число установлено достаточно надёжно, по независимым гелиосейсмологическим данным и данным о возрасте метеоритов. В настоящее время Солнце находится на главной последовательности, то есть, сжигает водород в ядре с постепенным накоплением гелия. Этот путь пройден примерно на половину, то есть, в гелий превратилась примерно половина начального содержания водорода в ядре. Через несколько миллиардов лет запасы водорода в центре Солнца подойдут к концу, там образуется гелиевое ядро, а горение водорода продолжится в окружающем ядро слоевом источнике. Ядро при этом сожмётся, а внешняя оболочка сильно расширится с общим снижением температуры и повышением светимости — Солнце станет красным гигантом.

Постепенно гелиевое ядро разогреется до такой степени, что в нём начнётся следующая ступень термоядерных реакций — превращение гелия в углерод и далее в кислород. Солнце сократится в размерах, а его атмосфера снова станет горячее (на диаграмме Герцшпрунга-Рессела этот участок называется горизонтальной ветвью), пока в центре звезды не исчерпаются запасы гелия. После этого картинка повторится: инертное углеродно-кислородное ядро будет окружено теперь уже двумя слоевыми источниками — внутренним с горением гелия и внешним с горением водорода. Внешние слои снова расширятся: Солнце станет звездой асимптотической ветви гигантов (АВГ).

Относительно того, что при этом будет происходить с Землей, существуют разные мнения, поскольку положение нашей планеты будет определяться сочетанием нескольких факторов. Во-первых, как на стадии красного гиганта, так и на стадии АВГ Солнце будет интенсивно терять массу. Формально потеря массы происходит и сейчас, с солнечным ветром, с излучением, но эта потеря слишком мала, чтобы значимым образом отразиться на орбите Земли. Уменьшение массы Солнца на поздних эволюционных стадиях приведёт к его полегчанию вдвое, если не больше, что заставит орбиту Земли отодвинуться. С другой стороны, приливное взаимодействие между Землёй и раздувшимся Солнцем затормозит планету и заставит её приближаться к центру системы. Наконец, какую-то роль будет играть и аэродинамическое торможение планеты в уплотнившемся солнечном ветре. Учесть все эти факторы с точностью, достаточной для однозначных выводов, не удаётся, но, чтобы дать хотя бы некоторое представление о величинах, я приведу числа из статьи Шрёдера и Смита 2008 года, несколько их округлив.

Итак, согласно Шрёдеру и Смиту, в типичной модели с учётом потери массы Солнце покинет главную последовательность в возрасте 10 млрд. лет. Через 2,2 млрд. лет оно достигнет верхушки ветви красных гигантов. К этому времени его светимость превысит нынешнюю в 2700 раз, а радиус станет равен примерно 1,2 астрономической единицы (а.е., среднее расстояние от Земли до Солнца). После загорания гелия наша звезда проведёт около 100 млн. лет на горизонтальной ветви при светимости в 50 нынешних и радиусе чуть больше 10 нынешних. Наконец, затем наступит кратковременная стадия АВГ, на которой светимость будет варьироваться от 2000 до 4000 нынешних, а радиус составит примерно 0,8 а.е. Потери массы Солнцем будет недостаточно, чтобы удалить Землю на безопасное расстояние, и планета будет поглощена Солнцем ещё до того, как звезда раздуется до максимальных размеров. Вот такой печальный вывод.

Прочие подобные исследования разнятся с этим в деталях. Например, в некоторых моделях Солнце достигает максимальных размеров и поглощает Землю не на стадии красного гиганта, а на стадии АВГ. В других моделях Земля успевает отойти от звезды чуть дальше и избегает поглощения. Некоторые авторы считают, что на поздних стадиях звёздной эволюции планеты испаряются до того, как бывают поглощены, но эта точка зрения вступает в некоторое противоречие с данными наблюдений. Сейчас известны планеты не только у красных гигантов, но и у звёзд горизонтальной ветви. То есть, по крайней мере, некоторые планеты способны пережить стадию красного гиганта. Более того, имеются косвенные признаки сохраняющихся планетных систем у белых карликов. Если в будущем такие планеты будут найдены не косвенно, а непосредственно, это будет означать, что и стадия АВГ для планет необязательно является фатальной.

Некоторая неопределённость в описании будущей судьбы Солнечной системы может быть связана с хаотической эволюцией орбит. Я как-то писал о том, к каким серьёзным последствиям могут приводить даже незначительные вариации в параметрах планетных орбит. Возникает вопрос, как сильно на устойчивость системы повлияет увеличение больших полуосей планетных орбит не на метры, а на миллионы километров. Этот вопрос был недавно рассмотрен в статье, второй автор которой имеет пугающее имя Кассандра, со следующим выводом: уменьшение массы звезды повышает хаотичность системы, но на слишком короткое время, чтобы эта хаотичность успела как следует проявиться.

Наконец, нужно помнить, что ответ на вопрос о том, будет или нет Земля поглощена Солнцем или даже испарена им, имеет только академический интерес. Поскольку светимость Солнца и сейчас растёт медленно, но непрерывно, поверхность Земли станет непригодной для жизни существенно раньше ухода Солнца с главной последовательности, примерно через миллиард лет. Детально этот вопрос проанализировали недавно британские учёные, придя к выводу, что жизнь на Земле, начавшись одноклеточными, ими же и закончится. Не знаю, как вы думаете, а я думаю, что мы в этой связи должны уже что-то предпринимать. Вот, например, простой план: заблаговременно отодвинуть Землю на безопасное расстояние.

Источник: колонка Вибе

---