Конец света непременно наступит — в этом сходятся все ученые.
Астрономы спорят лишь о сроках и вероятных причинах этого печального
события.
Человеческий разум любопытен, пытлив и склонен к сбору типичной
информации. Когда родился, женился, умер? Когда произошло то или иное
историческое событие и что послужило ему причиной? Ключевые вопросы,
неизменно терзающие разум западного человека, — когда и как именно?
Один из этих вечных вопросов — когда же наступит конец света и как
именно это произойдет?
В конце XIX — начале XX века в мировой литературе появилось новое
направление — постапокалиптика. Его представители описывали события,
происходящие после конца света. Своей популярностью и многообразием это
направление обязано, вероятно, страхам людей — кстати говоря, вполне
обоснованным. Кроме общего печального настроения, охватившего тогда
население Европы и получившего название fin-de-siecle, были очевидные
угрозы из космоса: Большая сентябрьская комета 1882 года, Великая
комета Дневного света 1910 года, взрыв сверхновой 1885 года.
Начавшийся ХХ век повлек длинную череду все более и более
кровопролитных войн и революций, а ускорившийся научно-технический
прогресс дал людям реальную возможность самостоятельно, дожидаясь
космических катаклизмов, уничтожить Землю. Несмотря на множество книг,
фильмов и даже компьютерных игр, созданных на эту волнующую тему,
сценариев вселенской гибели не так много, и даже если она приходит из
космоса или её приносит другая неудержимая природная сила, человечество
погибает по своей же вине и оплошности.
Основные темы, эксплуатируемые писателями и сценаристами, известны
почти всем: это третья мировая война с применением ядерного,
химического или биологического оружия; вторжение инопланетян; восстание
машин, ведомых искусственным разумом; пандемия; падение метеорита;
возрождение динозавров… Но даже если отвлечься от сплина и декадентских
мыслей о том, что человечество в скором времени само себя истребит,
прогнозы вселяют тревогу.
Рождение Солнца
В настоящее время считается, что наиболее опасны для Земли столкновения с астероидами или солнечные катаклизмы.
Возраст Солнца оценивается большинством астрофизиков примерно в 4,59
миллиарда лет. Его относят к средним или даже малым по величине звездам
— такие звезды существуют дольше, чем их более крупные и быстро
выгорающие сестры. Солнце пока успело израсходовать меньше половины
имевшегося в нем водорода: из доли в 70,6 процента от первоначальной
массы солнечного вещества осталось 36,3. В ходе термоядерных реакций
водород внутри Солнца превращается в гелий.
Для того чтобы пошла реакция термоядерного синтеза, необходимы
высокая температура и высокое давление. Ядра водорода представляют
собой протоны — элементарные частицы с положительным зарядом, между
ними действует сила электростатического отталкивания, мешающая им
сближаться. Но внутри действуют также значительные силы всемирного
притяжения, которые мешают протонам разлетаться. Напротив, они
прижимают протоны настолько близко друг к другу, что начинается ядерный
синтез.
Часть протонов при этом превращается в нейтроны, и силы
электростатического отталкивания ослабевают; в результате светимость
Солнца повышается. По оценкам ученых, на начальном этапе существования
Солнца его светимость составляла только 70 процентов от того, что оно
излучает сегодня, и в последующие 6,5 миллиардов лет светимость звезды
будет только расти.
Впрочем, с этой самой распространенной и вошедшей в учебники точкой
зрения продолжают спорить. И главной темой для спекуляций служит именно
химический состав солнечного ядра, о котором можно судить только по
весьма косвенным данным. В одной из конкурирующих теорий
предполагается, что основным элементом в солнечном ядре является вовсе
не водород, а железо, никель, кислород, кремний и сера. Легкие элементы
— водород и гелий — присутствуют только на поверхности Солнца, и
реакция синтеза облегчается благодаря большому количеству нейтронов,
излучаемых ядром.
Оливер Мануэль (Oliver Manuel) разработал эту теорию в 1975 году и с
тех пор старается убедить научное сообщество в её справедливости. У
него есть некоторое количество сторонников, но большинство астрофизиков
относятся к ней настороженно.
Гори, гори ясно
Какая из теорий ни была бы справедлива, «солнечное горючее» рано или
поздно будет кончаться. Из-за недостатка водорода термоядерные реакции
начнут приостанавливаться, и равновесие между ними и силами притяжения
нарушится, отчего внешние слои прижмутся к ядру. От сжатия концентрация
оставшегося водорода повысится, ядерные реакции усилятся, и ядро начнет
расширяться.
Общепринятая теория предсказывает, что в возрасте 7,5-8 миллиардов
лет (то есть через 4-5 миллиардов лет) Солнце превратится в красного
гиганта: его диаметр увеличится более чем в сто раз, так что орбиты
первых трех планет Солнечной системы окажутся внутри звезды. Ядро очень
горячее, а температура оболочки гигантов небольшая (около 3000
градусов) — и поэтому красного цвета.
Характерной особенностью красного гиганта можно считать то, что
водород уже больше не может служить «горючим» для ядерных реакций
внутри него. Теперь начинает «гореть» уже гелий, скопившийся там в
больших количествах. При этом образуются неустойчивые изотопы бериллия,
которые при бомбардировке их альфа-частицами (то есть теми же ядрами
гелия) превращаются в углерод.
Именно на этом жизнь на Земле, да и сама Земля, скорее всего, уже
гарантированно прекратит свое существование. Даже той невысокой
температуры, которую на тот момент будет иметь солнечная периферия,
хватит, чтобы наша планета полностью испарилась.
Конечно же, человечество в целом, как каждый человек по отдельности,
надеется на вечную жизнь. Момент превращения Солнца в красного гиганта
накладывает на эту мечту определенные ограничения: подобную катастрофу
человечеству если и удастся пережить, то только за пределами своей
колыбели.
Но уместно тут напомнить, что один из крупнейших физиков
современности Стивен Хокинг (Stephen Hawking) уже давно утверждает:
момент, когда единственным способом выжить для человечества станет
колонизация других планет, уже почти настал. Внутриземные причины
сделают эту колыбель невозможной для обитания гораздо раньше, чем
что-то плохое случится с Солнцем.
Пролет над огненной бездной
Но даже если пророчеству Хокинга и его многочисленных
предшественников и единомышленников во всем мире суждено сбыться и
человечество отправится на строительство «внеземной цивилизации»,
судьба Земли по-прежнему будет волновать людей. Поэтому многие
астрономы с особым интересом относятся к звездам, похожим на Солнце по
своим параметрам, — в особенности когда эти звезды превращаются в
красных гигантов.
Так, группа астрономов под руководством Сэма Рэгланда (Sam Ragland)
с помощью инфракрасно-оптического комплекса из трех объединенных
телескопов Arizona`s Infrared-Optical Telescope Array исследовала
звезды с массами от 0,75 до 3 масс Солнца, приближающиеся к концу своей
эволюции. Приближающийся конец довольно легко опознается по низкой
интенсивности линий водорода в их спектрах, и, напротив, по высокой —
линий гелия и углерода.
Баланс гравитационных и электростатических сил в таких звездах
нестабилен, а водород и гелий внутри них чередуются как вид ядерного
топлива, что вызывает изменения яркости звезды с периодом порядка 100
тысяч лет. Многие такие звезды проводят заключительные 200 тысяч лет
своей жизни как переменные типа Мира. (Мира-переменные — это звезды,
светимость которых регулярно изменяется с периодом от 80 до 1 тысячи
дней. Они названы так по имени «родоначальницы» класса, звезды Мира в
созвездии Кита).
Именно в этом классе произошло довольно неожиданное открытие: вблизи
звезды V 391 в созвездии Пегаса обнаружилась экзопланета, ранее
погруженная в раздувшуюся оболочку звезды. Если говорить более точно,
звезда V 391 пульсирует, из-за чего её радиус то увеличивается, то
уменьшается. Планета, об обнаружении которой группа астрономов разных
стран сообщила в сентябрьском номере журнала Nature, имеет массу, более
чем втрое превышающую массу Юпитера, и радиус её орбиты в полтора раза
больше расстояния, отделяющего Землю от Солнца.
Когда звезда V 391 проходила стадию красного гиганта, её радиус
достиг как минимум трех четвертей от радиуса орбиты. Однако к началу
расширения звезды радиус орбиты, на которой находилась планета, был
меньше. Результаты этого открытия оставляют Земле шанс сохраниться
после взрыва Солнца, хотя параметры орбиты, да и радиус самой планеты
скорее всего изменятся.
Аналогию несколько портит тот факт, что эта планета, равно как и её
материнская звезда, не очень похожи на Землю и Солнце. А главное, V 391
при превращении в красного гиганта «сбросила» значительную часть своей
массы, что и «спасло» планету; но это происходит лишь с двумя
процентами гигантов. Хотя «сброс» внешних оболочек с превращением
красного гиганта в постепенно остывающего белого карлика, окруженного
расширяющейся газовой туманностью, не такая уж редкость.
Чужое небо
Слишком близкая встреча со своей звездой — самая очевидная, но не
единственная неприятность, ожидающая Землю со стороны других крупных
космических тел. Вполне вероятно, что Солнце будет превращаться в
красного гиганта, уже покинув нашу галактику. Дело в том, что наша
галактика Млечный Путь и соседняя гигантская галактика Туманность
Андромеды уже миллионы лет находятся в гравитационном взаимодействии,
которое в итоге приведет к тому, что Андромеда «подтянет» к себе
Млечный Путь, и он станет частью этой крупной галактики. В новых
условиях Земля станет совсем другой планетой, более того, в результате
гравитационного взаимодействия Солнечная система, как и сотни других
систем, могут быть буквально разорваны.
Так как гравитационное притяжение Туманности Андромеды намного
сильнее гравитации Млечного Пути, последний приближается к ней со
скоростью около 120 км/с.
С помощью компьютерных моделей, выполненных с точностью до 2,6
миллиона объектов, ученые-астрономы определили, что примерно через 2
миллиарда лет галактики сблизятся, и сила притяжения начнет
деформировать их структуры, образуя длинные притягивающиеся хвосты из
пыли и газа, звезд и планет. Ещё же через 3 миллиарда лет галактики
вступят в непосредственный контакт, в результате которого новая
объединенная галактика примет эллиптическую форму (обе галактики на
сегодня считаются спиральными). Cотрудники Гарвардско-Смитсониевского
астрофизического центра (The Harvard Smithsonian Center for
Astrophysics) профессор Ави Лоэб (Avi Loeb) и его ученик Т. Дж. Кокс
(T.J. Cox) предположили, что, если бы мы смогли наблюдать небо нашей
планеты через пресловутые 5 миллиардов лет, то вместо привычного нам
Млечного пути — бледной полосы тусклых мерцающих точек — мы бы увидели
миллиарды новых ярких звезд. При этом наша Солнечная система находилась
бы «на задворках» новой галактики — примерно в ста тысячах световых лет
от её центра вместо настоящих 25 тысяч световых лет. Впрочем, есть и
другие расчеты: после полного слияния галактик Солнечная система может
продвинуться ближе к центру галактики (67000 световых лет), а может
случиться и так, что она попадет в «хвост» — связующее звено между
галактиками. И в последнем случае из-за гравитационного воздействия
находящиеся там планеты будут разрушены.
Вместе с тем, уточнить свой прогноз ученые смогут уже в 2011 году,
когда на орбиту Земли будет выведен аппарат Gaia, принадлежащий
Европейскому космическому агентству. Gaia займется определением
скоростей галактик и определением изменения позиций звезд.
Рассматривать будущее Земли, Солнца, Солнечной системы в целом и
Млечного Пути столько же увлекательно, сколько и условно-научно.
Огромные отрезки времени прогнозов, недостаток фактов и относительная
слабость технологий, а также в немалой степени привычка современного
человека мыслить категориями кинематографа и триллеров, влияют на то,
что предположения о будущем больше похожи на научную фантастику, только
с особым упором на первое слово.
