Техника - молодёжи 1995-01, страница 38

TOP SCIENCE

Солнце — далеко не самое интересное из светил: более массивные звезды эволюционируют быстрее, да и биографии их куда ярче и драматичней. Но судьба его, такого близкого и родного, землянам далеко не безразлична... А между тем до недавнего времени ни астрономы, ни даже астрологи не смогли бы в деталях пред сказать перипетии дальнейшего существования и неизбежной гибели центрального энергетического источника нашей планетной системы.

Об основных этапах эволюции солн-цеподобных звезд класса G ученые знали еще в 1960-х, однако честь составить на наше светило подробнейшее досье — вкупе с аналитическим прогнозом его поведения — выпала в 1990-х трем астрофизикам: Джулиане Сэкманн из Калифорнииского технологического института в Пасадене, Арнольду Бутройду из Канадского института теоретической астрофизики при Университете Торонто и Кэтлин Кре-мер из Бостонского университета.

"Огромные усилия затрачены на выяснение внутренней структуры и истории Солнца, однако же его будущему и окончательной судьбе уделяли слишком мало внимания", — заявила команда, приступая к работе в конце 80-х (с тех пор ASTROPHYSICAL JOURNAL опубликовал три их статьи на данную тему). "Вообще-то на хлеб с маслом я зарабатываю отнюдь не изучением эволюции Солнца! — заметила Сзкманн, — Это самая заурядная звезда, но от нее зависит существование Земли".

Итак, звезде всю жизнь приходится бороться со своей породительницей — гравитацией, стянувшей в шар исходный строительный материал (пыль и газ) — и бесконечная битва эта вынуждает ее претерпеть ряд изменений.

Гравитационные силы, направленные к центру, стремятся 'ужать" звезду до наиболее компактных размеров, однако этому препятствует идущий в ней ядерный синтез: при образовании тяжелых элементов путем слияния легких ядер в недрах ее высвобождается гигантское количество энергии — а та, устремляясь к поверхности, противодействует гравитации. Так что большую часть своего существования светило пребывает в состоянии относительного покоя и равновесия.

Наша родная звезда не слишком юная особа; по всем данным, ей примерно 4,5 млрд. лет — а это более трети ожидаемой продолжительности ее жизненного пути. Светимость Солнца (величина светового потока, испускаемого единицей поверхности) постоянно возрастает: в раннем детстве она не превышала 70%, а к концу ближайших 1,1 млрд. лет составит уже 110% от нынешней.

Внимание! Сия 10-процентная прибавка возымеет самые драматические последствия: согласно модели, предложенной в 1988 г. Джеймсом Кастин-гом из Пенсильванского университета, на Земле начнется бурное и неудержимое развитие парникового эффекта, и в конечном итоге океаны планеты по-

Ваерху: современное Солнце с четырьмя внутренними планетами. Внизу: примерно через в млрд. лет распухшее Солнце поглотит Меркурий. Поскольку к тому времени оно может потерять до половины первоначальной массы, остальные планеты имеют шанс, отодвинувшись, избежать печальной участи.

просту выкипят. А это означает полное уничтожение жизни... по крайней мере, в том виде, в каком мы ее знаем.

Через 6,5 млрд. лет от наших дней Солнце удвоит нынешнюю светимость, а запасы водорода в ядре истощатся — и тогда реакция водородного синтеза сместится наружу, в газовую оболочку звезды. Высвобождаемая при этом энергия вызовет "распухание" внешних слоев — и Солнце вступит в новую фазу своей жизни.

И притом парадоксальную: ядро, уплотняясь, нагреется, в то время как внешняя оболочка, расширяясь, охладится и покраснеет. Таким образом, Солнце начнет превращаться в красный гигант — с горячим плотным ядром, окруженным красноватой раздутой газовой оболочкой. Завершив трансформацию примерно через 1,3 млрд. лет, оно — по расчетам команды Сэкманн — приобретет чрезвычайно внушительные параметры... Так, обхват "талии" — в 166 раз, а светимость — в 2300 раз превысят нынешние!

В этот период, приблизительно через 8 млрд. лет от сегодняшнего дня, необъятная звезда начнет захватывать внутренние планеты. Распухшая сфера радиусом 3/4 нынешней дистанции между Солнцем и Землей поглотит Меркурий и орбиту Венеры. Сама Венера может уцелеть — расширяясь, звезда теряет вещество, а следовательно, ослабляет свое тяготение. Если потеря массы достигнет 25%, у Венеры есть шанс отодвинуться по спирали на нынешнюю орбиту Земли.

Тем временем гравитация неустанно делает свое дело, продолжая сжимать солнечное ядро, практически полностью состоящее теперь из гелия. Плотность ядра все возрастает, а его температура достигает наконец 100 млн. градусов по Кельвину — и эти предельные условия запускают ядерный синтез гелия с образованием кислорода и углерода. При этом светимость ядра может превысить светимость наружной оболочки в 100 млн. раз! Однако — и тут очередной парадокс — видимая по

верхность Солнца становится менее яркой, а радиус его начинает уменьшаться.

"Звезды всегда поступают не так, как мы ожидаем, — замечает Сэкманн. — Внутри пылает сущии ад, но снаружи абсолютно ничего не заметно". Дело в том, объясняет она, что расширяющееся гелиевое ядро охлаждает окружающую его оболочку из газообразного водорода, так что та проводит теперь меньше тепла к поверхности звезды; вследствие этого светимость, равно как и объем светила начинают уменьшаться.

С началом синтеза гелия Солнце словно обретает вторую молодость... Эта спокойная фаза представляется возвратом к равномерной эволюции (типичной для основной последовательности) — за исключением того, что в ядре вместо водорода горит другой газ. Однако "бабье лето" недолговечно — всего-то около 100 млн. лет: очень маленькое, очень горячее и плотное, солнечное ядро сжигает свой гелий с лихорадочной, все увеличивающейся скоростью.

Когда горючее в центре звезды израсходовано, вспыхивает гелий в окружающей ядро оболочке. При этом внешняя оболочка, где идет синтез водорода, остается неповрежденной — и таким образом, в возрасте примерно 12,3 млрд. лет Солнце становится звездой с двумя горящими оболочками!

Наконец, горючее в солнечном ядре полностью истощается — и оно начинает сжиматься, втягивая в себя обе горящие оболочки. Сей процесс провоцирует серию взрывов внутренней оболочки из гелия, следствием которых и становится финальная фаза длительностью около 20 млн. лет... фаза расширения при возрастающей яркости.

Лишившись еще 1/4 первоначальной массы, вздувшаяся звезда поглотит нынешнюю орбиту Земли. Однако к тому времени наша планета уже убежит, перейдя по спирали на новую орбиту, расположенную примерно в 1,7 раза дальше нынешней от центра светила (конечно, если Солнце будет терять массу на 30% медленнее, то успеет захватить Землю, но данный сценарий, по мнению исследователей, весьма маловероятен).

А спустя еще несколько миллионов лет последует лебединая песня: отбрасывая распухшие, разваливающиеся внешние слои и оболочки, дряхлое светило обнажит старчески тлеющее, сколлапсировавшее ядро — жалкие мощи, известные под именем белого карлика... и это все о нем.

Что касается Земли, то если не произойдет фатальных столкновений с другими телами Солнечной системы она, похоже, благополучно дотянет до самого финала небесной трагедии — полагает команда Сэкманн. Если, конечно, можно назвать благополучной лишенную жизни, выгоревшую планету, что вращается вокруг далекого бледного пятна.

Возможно, кого-нибудь это утешит: так она может крутиться вечно! ■ По материалам Science News

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ