Солнце не погаснет

Солнце не погаснет

Выдающиеся мыслители прошлого на протяжении столетий придерживались мнения, что мир вечен и неизменен. И даже если на «грешной земле» все бренно и непостоянно, то на небесных сферах царят вечные покой и гармония. Здесь движутся бесчисленное множество лет светила, в числе которых особое положение занимает Солнце. Миллионы лет оно шествует по небосводу в одном и том же направлении, неизменно восходя на востоке и заходя на западе.

Постоянное в своем необратимом ходе, оно начинает новый день, чтобы затем закончить его, задавая тем самым распорядок дел и естественный ход событий на Земле. Кажется, что само время существует только потому, что Солнце движется. Эту любопытную особенность отметил в свое время А. С. Пушкин, который в стихотворной форме отобразил восходящий к античности спор о природе движения:

Ведь каждый день пред нами солнце ходит.

Однако ж прав упрямый Галилей!..

Различные эсхатологические учения, рисуя конец света и гибель человечества, почти не затрагивают дневное светило. Если оно и разрушится, то только будучи намеренно уничтоженным самим демиургом (Создателем). Самостоятельно погаснуть Солнце не сможет, оно вечно.

Таким представлялся конец света знаменитому художнику А. Дюреру

Современное естествознание опирается на философский принцип, согласно которому любое материальное тело бренно. Если какой-то природный объект возник в ходе развития материи, то он по прошествии определенного интервала времени прекратит свое существование и будет заменен новыми формами. Постоянна лишь сама материя, которая ниоткуда не возникала и существует вечно.

Обычно никто из нас не задумывается о том, что дневное светило на самом деле не будет существовать всегда. Рано или поздно оно, как любое физическое тело, подвергнется процессу распада и исчезнет. Казалось бы, человека мало занимают физические процессы, протекающие в просторах космоса. Даже если Солнце погаснет, то случится это не завтра и даже не через сто лет, поэтому суета вокруг гибели звезды излишняя. На самом деле наука не знает излишней суеты, в ней все важно и значительно.

Изучение термоядерных реакций на Солнце необходимо для вполне приземленных целей, а именно для освоения колоссальной энергии синтеза атомных ядер и постижения свойств вещества на элементарном уровне. Чтобы понять, какие именно процессы происходят в недрах дневного светила и какова их энергетика, необходимо мысленно проследить эволюцию звездной плазмы на протяжении миллиардов лет, вплоть до той критической отметки, когда звезда погаснет. Современная наука уже сегодня располагает данными, которые позволяют прогнозировать далекое будущее нашего светила.

Ядерное горение вещества внутри Солнца не может продолжаться бесконечно долго, поскольку запасы исходного топлива ограничены. Горючим материалом, т. е. исходным сырьем для термоядерных реакций, служит водород. Количество водорода на Солнце огромно, запасы этих легких ядер насчитывают более 1,8 октиллионов т (1,8 на 10²⁷ т) и занимают объем 1,14 на 10¹⁸ км³. Это составляет примерно 90,7 % от общей массы светила, или 81,7 % от его объема.

Водородные ядра в процессе высокотемпературного синтеза образуют новый элемент — гелий, который образно можно назвать термоядерной золой. На сегодняшний день суммарное количество гелия на Солнце составляет в общей сложности 182 на 10²⁴ т, или 9,1 % от массы светила. Если сравнить запасы гелия и запасы водорода, то окажется, что соотношение масс равно 8,87/1 в пользу водорода. Таким образом, количество горючего на дневной звезде солидно. Его хватит на ближайшие миллионы лет развития человечества и биосферы.

Однако, согласно подсчетам гелиофизиков (от имени греческого бога Солнца Гелиоса), спустя 5 млрд лет запасы водорода настолько оскудеют, что синтез легких ядер на Солнце почти полностью прекратится. Следовательно, наша звезда прекратит свое существование спустя вполне конкретный отрезок времени, приближенно равный всему предшествующему периоду истории Солнечной системы. Точно сказать, как будет выглядеть смерть звезды, ученые не могут, хотя вероятный прогноз у них имеется.

Длительные астрономические наблюдения за другими звездами нашей Галактики позволили ученым установить взаимосвязь между массой звезды, энергетикой ее недр, светимостью, цветом и прочими характеристиками. Обычно эту зависимость звездных характеристик отображают в виде схемы, обозначаемой как диаграмма Герцшпрунга — Рессела в честь составивших ее астрофизиков. Диаграмма показывает наиболее возможный путь эволюции светил на разных стадиях энергетических процессов внутри их недр.

Молодые звезды обозначаются на схеме как главная последовательность. К последней относятся Солнце и другие желтые карлики, красные карлики, Вега и бело-голубые звезды.

Бело-голубые очень горячи и велики, поэтому их жизненный путь короток, он насчитывает примерно 1–1,5 млн лет. Вега родственна таким короткоживущим светилам, а потому вскоре погаснет. Мрачные и тусклые красные карлики экономно расходуют ядерное горючее, а потому существуют воистину вечно — примерно 80 млрд лет. Желтые карлики, в числе которых состоит наше Солнце, живут около 10 млрд лет.

По данным ученых звездные характеристики взаимосвязаны между собой (диаграмма Герцшпрунга — Рессела)

Ядерное топливо имеет интересную особенность. По мере выгорания водорода звезда переходит на сжигание «золы» с синтезом тяжелых ядер, а потому превращается в новый вид светил и сходит с главной последовательности. Нельзя сказать, чтобы Солнце после выгорания водорода немедленно погасло. Но звезда уже не будет прежней. По мере того как в ее центре начнется гелиевый синтез тяжелых элементов, характеристики светила резко изменятся. Центр Солнца сожмется и превратится в горячее звездное ядро, а внешняя газовая оболочка за счет уменьшения сил гравитации начнет рассеиваться в мировом пространстве.

Она раздуется, приобретая красноватый оттенок, и захватит прилегающую область пространства. Температура поверхности этого раздутого шара значительно снизится, возможно до +3000° С, что является очень низкой температурой для звезд. Предположительно, именно такая судьба ожидает наше дневное светило, т. е. с течением времени оно превратится в пульсирующего красного гиганта. Этот гигант поглотит всю центральную часть Солнечной системы, включая область марсианской орбиты. От новой звезды будет поступать в мировое пространство гораздо меньше света и тепла.

В процессе гелиевого синтеза в недрах красного гиганта вырабатывается углерод. Некоторые светила извергают накопившиеся избытки углерода из своих недр в открытый космос. Целый класс таких красных гигантов получил условное название коптящих звезд. Эти гиганты действительно коптят небо, потому что выброшенный из горячих недр в космический холод углерод немедленно превращается в сажу, которая густым черным облаком скрывает звезду. В такие дни светимость гиганта падает практически до нуля. Лишь по прошествии некоторого времени облако рассеивается, и коптящая звезда вновь начинает ярко сиять.

Срок жизни красных гигантов всех типов весьма внушителен и равняется многим миллионам лет. Когда же запасы гелия оказываются исчерпанными, то иногда начинает сгорать углерод, выделяя кремний. Избытки кремния, так же как и избытки углерода, иногда энергично выбрасываются в космос. Ученых этот факт немало позабавил. Еще бы, ведь вокруг такой звезды образуется в пространстве пояс из миллионов тонн чистейшего кварцевого песка. Песчаные звезды — не гипотеза, они обнаружены астрономами.

Но такой путь звездной эволюции наблюдается чрезвычайно редко, зачастую же центральное звездное ядро сжимается еще больше, его гравитация вновь уменьшается. Звезда утрачивает способность удерживать вокруг себя газовую оболочку, и та срывается в космос, взрываясь при этом.

Крабовидная туманность — это не более чем остатки взрыва сверхновой звезды

Нередко подобные взрывы оказываются невероятно мощными, сопровождающимися выделением колоссальных количеств лучистой энергии. Бывает, что звездное ядро во время такого взрыва разрушается. Астрономы, наблюдая грандиозную катастрофу во Вселенной, дают вспышке название новой или сверхновой звезды в зависимости от ее яркости. Новые звезды иногда вспыхивают неоднократно. Это происходит оттого, что при первом взрыве газовая оболочка не разрушилась полностью. Сверхновые же зачастую полностью погибают.

Наиболее сильные взрывы вызывают еще большее, критическое уплотнение звездных ядер. В результате светило переходит в разряд практически вечных объектов — нейтронных звезд или черных дыр, которые ничего не излучают. Вещество в нейтронных звездах сжато до такой степени, что все элементарные частицы в нем буквально слеплены вместе, отчего превратились в нейтроны. Отсюда происходит и название звезд этого класса. Черные дыры примечательны тем, что в них вещество полностью разрушается. Материя в этих объектах уплотнена до фантастического предела, что объясняет необычные физические свойства дыр.

Масса Солнца слишком мала, недостаточна для превращения нашего дневного светила в черную дыру или нейтронную звезду. Маловероятно, чтобы Солнце вообще когда-либо взорвалось. Вероятнее всего, газовая оболочка станет, постепенно разрежаясь, удаляться от центрального ядра и образует вокруг него планетарную туманность. Подобные объекты хорошо известны астрономам. Наблюдаемые в телескоп планетарные туманности напоминают диски или полупрозрачные колечки, сходные с колечками табачного дыма.

Постепенно туманность полностью рассеется, на ее месте останется центральное ядро. Оно остывает крайне медленно за счет своей чудовищной плотности, а потому еще обладает способностью испускать разные виды электромагнитного излучения. Так звезда перейдет в новую последовательность, известную в науке под названием белых карликов. Белые карлики очень многочисленны во Вселенной, но вместе с тем чрезвычайно плохо изучены.

Поскольку их излучение невероятно слабо, астрономы попросту лишены возможности наблюдать их. О свойствах белых карликов судят только по тем объектам этого класса, которые входят в состав двойных систем. Двойные системы, или двойные звезды, — обычное явление во Вселенной. В нашей Галактике их, видимо, встречается гораздо больше, чем звезд одиночных. Двойные системы удивительны тем, что в них вокруг массивной звезды обращается менее массивная, являющаяся как бы естественным спутником.

Белые карлики по причине своей малой массы и ничтожных размеров неизменно выступают в качестве спутников более крупных звезд. И все же гравитационное влияние карлика на «свое» светило очень значительно. Обремененную столь тяжелым спутником звезду уместно сравнить с держащим на руках мартышку акробатом на канате. Мартышка перепрыгивает с одного плеча акробата на другое и заставляет человека раскачиваться из стороны в сторону, чтобы сохранить равновесие.

Звезды, обладающие спутниками, тоже во время своего полета в мировом пространстве колеблются в разные стороны под действием притяжения со стороны массы белого карлика. Астрономам удалось заметить такие колебания у ряда звезд, замерить амплитуду этих колебаний и вычислить по ней массу карликового спутника, а попутно установить некоторые другие его параметры.

Гипотетически (по прогнозам астрофизиков) такие стадии должно пройти Солнце в ходе своей дальнейшей эволюции

Итак, Солнце в своем развитии последовательно пройдет три стадии: звезда главной последовательности — красный гигант — белый карлик. Как привычное нам светило оно просуществует лишь 5 млрд лет, после чего на несколько миллиардов лет станет красным гигантом, а затем на бесконечно длительный период превратится в карликовое остывающее ядро. Примерно через 50–70 млрд лет, если вести отсчет от наших дней, это ядро полностью разрушится. Сама Вселенная в это время настолько преобразится, что существование звезд в ней сделается невозможным.

По прошествии еще 30–50 млрд лет все светила полностью разрушатся и космос будет наполнен лишь черными дырами последнего поколения. Неизвестно, сможет ли выжить в таких условиях человечество. По всей видимости, основные физические законы, поддерживающие существование жизни во Вселенной, будут действовать по-прежнему даже спустя 100 млрд лет. Но вот сама жизнь существенно преобразится, поэтому современный человек никогда не сможет представить облик своих далеких потомков.