Ученые полагают, что когда Солнце начнет резко расти, его внешние слои будут расширяться до тех пор, пока звезда не поглотит планеты, включая Землю. Но главный исследователь миссии НАСА «Новые горизонты», доктор наук Алан Стерн, рассказал, куда могут сбежать земляне. Спойлер — речь не о Марсе. Рассказываем, какие миры станут пригодными для жизни и как вырастет Солнце.
С чего все началось?
Солнце — звезда в центре Солнечной системы — сфера горячей плазмы, которая является важнейшим источником энергии для жизни на Земле. Хотя Солнце кардинально не менялось более 4 млрд лет, ученые считают, что оно прошло примерно половину своего жизненного цикла. В настоящее время оно превращает около 600 млн тонн водорода в гелий каждую секунду, превращая в результате четыре миллиона тонн вещества в энергию.
Но эксперты говорят, что примерно через пять миллиардов лет звезда исчерпает запасы энергии и радикально изменит Солнечную систему.
Исследователи полагают, что когда Солнце начнет резко расти, его внешние слои будут расширяться до тех пор, пока звезда не поглотит планеты, включая Землю.
Но главный исследователь миссии НАСА «Новые горизонты» доктор наук Алан Стерн обнаружил, что, хотя это может убить любую жизнь на Земле, оно также может создать обитаемые миры в самых холодных уголках космоса.
Как погибнет Солнце и Земля?
Сейчас Солнце — очень стабильная звезда с водородом, который проходит ядерный синтез, превращаясь в гелий и энергию. Энергия, утекающая из ядра в верхние слои звезды, сохраняет стабильное состояние Солнца более 4 млрд лет.
Но со временем в ядре накапливается гелий. Для его реакций требуется большее давление и более высокая температура, поэтому сейчас гелий инертен. Он просто находится в ядре, медленно нагреваясь. Примерно через 6 млрд лет у Солнца закончится водород в ядре, оно сожмется и нагреется до предельных температур. В конце концов, спустя несколько сотен миллионов лет условия в ядре Солнца станут настолько ужасными, что гелий начнет плавится, превращаясь в углерод и кислород. Они будут накапливаются в ядре, генерируя огромное количество энергии.
Все это происходит глубоко в ядре Солнца. Внешние слои реагируют на это медленно, но реагируют. Когда начинается синтез водородной оболочки, внешние слои раздуваются, превращая Солнце в красного гиганта.
Когда Солнце станет красным гигантом, оно станет достаточно большим, чтобы поглотить Меркурий и Венеру. Они буквально какое-то время будут существовать внутри Солнца. В конечном итоге эти планеты полностью испарятся.
Судьба Земли не так ясна. Ветер из субатомных частиц, как сейчас солнечный ветер, станет намного плотнее. Солнце потеряет достаточно массы, чтобы его гравитация ослабла, а это означает, что орбиты планет расширятся. Проблема в том, что Земля в значительной степени находится на границе, разделяющей ее поглощение красным гигантом Солнцем и достаточно далеко, чтобы избежать этой участи. Это зависит от детальной физики, например, сколько массы потеряет Солнце. В любом случае условия на планете станут невыносимыми.
Куда сбежать землянам?
В начале 2020 года доктор наук Алан Стерн, ученый из НАСА, наиболее известный как главный исследователь миссии New Horizons по изучению Плутона и пояса Койпера, подробно описал судьбу Земли после того, как Солнце станет красным гигантом.
«В конце жизни Солнца — в фазе красных гигантов — территория пояса Койпера станет метафорическим Майами-Бич».
Доктор Стерн считает, что любые оставшиеся люди могут найти убежище на Плутоне и других далеких карликовых планетах в поясе Койпера — регионе за Нептуном, заполненном ледяными космическими камнями. По мере расширения Солнца условия в этих мирах резко изменятся и станут более пригодными.
Сегодня карликовые планеты, такие как Плутон, содержат много водяного льда и сложных органических материалов, а под поверхностью некоторых из них есть океаны. Но температура поверхности этих внеземных тел на сотни градусов ниже нуля.
Однако когда Солнце станет красным гигантом, температура на поверхности Плутона будет примерно такой же, как средние температуры на поверхности Земли сейчас.
Еще в исследовании, опубликованном в журнале Astrobiology в 2003 году, Стерн оценивал перспективы жизни во внешней Солнечной системе после того, как звезда войдет в свою финальную стадию жизни. А уже три года спустя он возглавил командование межпланетной космической миссией. Зонд, отправленный к Плутону в рамках программы New Frontiers («Новые горизонты»), направлен с целью углубления понимания Солнечной системы.
Что находится на границе Солнечной системы?
За газовым гигантом Нептуном находится область космоса, заполненная ледяными телами. Это холодное пространство, известное как пояс Койпера, содержит триллионы объектов — остатков ранней Солнечной системы.
В 1943 году астроном Кеннет Эджворт предположил, что за пределами Нептуна могут существовать кометы и более крупные тела. А в 1951 году астроном Джерард Койпер предсказал существование пояса ледяных объектов на дальнем краю Солнечной системы. Сегодня кольца, предсказанные этой парой, известны как пояс Койпера или пояс Эджворта-Койпера.
Несмотря на свои огромные размеры, пояс Койпера не был открыт до 1992 года астрономами Дэйвом Джуиттом и Джейн Луу. По данным НАСА , пара ученых «упорно сканировала небо в поисках тусклых объектов за орбитой Нептуна» с 1987 года, который был каталогизирован как «1992 QB1».
С тех пор астрономы обнаружили несколько интригующих объектов пояса Койпера и потенциальных планет в этом регионе. Миссия НАСА «Новые горизонты» продолжает обнаружение ранее скрытых планет и объектов, помогая ученым больше узнать об этой уникальной реликвии Солнечной системы.
Что такое пояс Койпера?
Подобно поясу астероидов, пояс Койпера — это регион, оставшийся от ранней истории Солнечной системы. Как и пояс астероидов, он также был сформирован планетой-гигантом, хотя это скорее толстый диск (похожий на пончик), чем тонкий пояс.
(Изображение: © ESO / L. Calçada)
Когда образовалась Солнечная система, большая часть газа, пыли и горных пород собралась вместе, образуя Солнце и планеты. Затем планеты унесли большую часть оставшегося мусора на Солнце или за пределы Солнечной системы. Но объекты на краю Солнечной системы были достаточно далеко, чтобы избежать гравитационного притяжения гораздо более крупных планет, таких как Юпитер, и поэтому им удавалось оставаться на своем месте, когда они медленно вращались вокруг Солнца. Пояс Койпера и его соотечественник, более далекое и сферическое Облако Оорта, содержат остатки, оставшиеся от начала создания Солнечной системы, могут дать ценную информацию о ее рождении.
Согласно модели Ниццы — одной из предложенных моделей формирования солнечной системы — пояс Койпера мог образоваться ближе к Солнцу, рядом с тем местом, где сейчас вращается Нептун. В этой модели планеты участвовали в сложном танце, в котором Нептун и Уран менялись местами и двигались наружу, прочь от Солнца. По мере того как планеты удалялись от Солнца, их гравитация могла унести с собой многие объекты пояса Койпера, уводя крошечные объекты впереди, когда мигрировали ледяные гиганты. В результате многие объекты пояса Койпера были перемещены из региона, в котором они были созданы, в более холодную часть Солнечной системы.
Самая густонаселенная часть пояса Койпера находится в 42–48 раз больше Земли от Солнца. Орбита объектов в этой области остается по большей части стабильной, хотя иногда курс некоторых объектов немного меняется, когда они дрейфуют слишком близко к Нептуну.
Ученые подсчитали, что тысячи тел диаметром более 100 км (62 миль) перемещаются вокруг Солнца в пределах этого пояса, вместе с триллионами более мелких объектов, многие из которых являются короткопериодическими кометами. В регионе также есть несколько карликовых планет — круглые миры, слишком большие, чтобы считаться астероидами, но слишком маленькие, чтобы считаться планетами.
Объекты пояса Койпера
Плутон — самая большая из известных ледяных карликовых планет. Плутон был первым наблюдаемым настоящим объектом пояса Койпера (Kuiper belt objects, KBO), хотя ученые в то время не признавали его таковым до тех пор, пока не были обнаружены другие объекты KBO. Когда Джуитт и Луу открыли пояс Койпера, астрономы вскоре увидели, что область за Нептуном полна ледяных скал и крошечных миров.
Седна — самая массивная и вторая по величине известная карликовая планета в нашей Солнечной системе, KBO размером примерно три четверти размера Плутона, была открыта в 2004 году. Она так далеко от Солнца, что требуется около 10 500 лет, чтобы совершить один оборот. Седна имеет ширину около 1 770 км и вращается вокруг Солнца по эксцентрической орбите в диапазоне от 12,9 до 135 млрд км.
В июле 2005 года астрономы обнаружили Эриду, КБО, которая немного меньше Плутона. Эрида обращается вокруг Солнца примерно раз в 580 лет, путешествуя почти в 100 раз дальше от Солнца, чем Земля. Его открытие показало некоторым астрономам проблему классификации Плутона как полномасштабной планеты. Согласно определению Международного астрономического союза (МАС) от 2006 года, планета должна быть достаточно большой, чтобы очистить окрестности от мусора. Плутон и Эрида, окруженные поясом Койпера, явно не смогли этого сделать. В результате в 2006 году Плутон, Эрида и самый большой астероид Церера были реклассифицированы МАС как карликовые планеты. Еще две карликовые планеты, Хаумеа и Макемаке, были обнаружены в поясе Койпера в 2008 году.
Хаумеа (780 км) — самая быстро вращающаяся карликовая планета с кольцом вокруг нее. Макемаке (715 км) — вероятно, карликовая планета со своим спутником.
Астрономы сейчас пересматривают статус Хаумеа как карликовой планеты. В 2017 году, когда объект прошел между Землей и яркой звездой, ученые поняли, что он больше удлинен, чем круглый. Согласно определению МАС, окружность — один из критериев карликовой планеты. Удлиненная форма Хаумеа могла быть результатом его быстрого вращения; день на объекте длится всего около четырех часов.
Пояс Койпера действительно является границей в космосе — это место, которое ученые только начинают исследовать. Возможно, через миллиарды лет он станет новым домом для землян.
https://hightech.fm/2021/01/11/kuiper-belt