Солнце зажигается

Основные имена: Джордж Хербиг, Гильермо Аро, Альфред Джой

T = 9,2 млрд лет

Самое главное в истории Вселенной: с чего все начиналось и что будет после смерти Солнца
На этом снимке космического телескопа «Хаббл» джеты выбрасываются из полюсов молодой звезды, формирующейся внутри газовой туманности
Фото
из книги Джеммы Лавендер «Главное в истории Вселенной»

За то, что наше Солнце зажглось, мы должны благодарить гравитацию. Именно она притягивала материю в центр вращающегося протопланетного диска, формируя там не только сверхгорячую, но и сильно сжатую среду.

Когда вы воздействуете на атомы водорода с помощью огромной температуры и давления, они соединяются друг с другом (сплавляются) и образуют гелий, при этом высвобождается энергия. С первым выбросом энергии засияло наше Солнце.

Молодому Солнцу потребовалось некоторое время, чтобы достичь этой стадии. Прежде чем его ядро стало достаточно горячим и плотным, чтобы началась реакция ядерного синтеза, оно светило благодаря энергии, высвобождаемой в результате гравитационного сжатия.

На этом этапе, когда ему было меньше 10 млн лет, наше молодое Солнце принадлежало к звездам типа Т Тельца. Они названы так в честь молодой звезды в молекулярном облаке Тельца, из которой полярными джетами истекает раздувающаяся материя, разгоняемая магнитными полями.

Незадолго до 50-миллионного дня рождения температура ядра Солнца достигла 15 млн °C, и началась его жизнь полноценной звезды.

Главное

Из распавшегося молекулярного облака, породившего Солнце, должны были образоваться еще множество других звезд. Астрономы постоянно пытаются найти эти звезды — братьев и сестер нашего светила.

Сейчас считаются идентифицированными две такие звезды: HD 162826 на расстоянии 110 световых лет от нас, которая немного горячее Солнца, и HD 186302 на расстоянии 184 световых лет, которая очень похожа по параметрам на Солнце.

Формирование планет

Основные имена: Алан Босс, Джек Лиссауэр, Гарольд Левисон

T = 9,3 млрд лет

Самое главное в истории Вселенной: с чего все начиналось и что будет после смерти Солнца
Планеты формировались в результате столкновений и аккреции (поглощения): из мелких камушков постепенно превращались сначала в тела размером с астероид, а затем — в протопланеты
Фото
из книги Джеммы Лавендер «Главное в истории Вселенной»

Когда формировалось Солнце, оно поглотило не всю материю: часть ее существовала в виде протопланетного диска, из которого образовались планеты. По мере остывания диска газ конденсировался в частички космической пыли.

Вблизи Солнца было все еще тепло, и в конденсированном состоянии могли находиться только металлы и силикаты. Скалистые планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс — сформировались из них, как и множество других протопланет.

Дальше от Солнца — где установилась температура пониже — газа было больше. В течение 10 млн лет или меньше образовались первые планеты Солнечной системы, газовые гиганты Юпитер и Сатурн. Их гравитация повлияла на формирование меньших планет. Последними, там, где летучие вещества — вода, азот и углекислый газ — замерзли и превратились в лед, сформировались Уран и Нептун.

Главное

Многое из того, что нам известно о формировании Солнечной системы, мы узнали при изучении экзопланет, образующихся вблизи других звезд. Радиообсерватория ALMA, расположенная в пустыне Атакама в Чили, способна улавливать радиоволны, излучаемые пылью в протопланетных дисках.

Рождение Луны

Основные имена: Робин Кэнап, Билл Хартманн, Дональд Дэвис, Аластер Кэмерон, Уильям Уорд

T = 9,3 млрд лет

Самое главное в истории Вселенной: с чего все начиналось и что будет после смерти Солнца
Луна образовалась из обломков, разлетевшихся при столкновении протопланеты размером с Марс с молодой Землей
Фото
из книги Джеммы Лавендер «Главное в истории Вселенной»

Образование нашей Луны было драматическим событием. Примерно через 100 млн лет после того, как начала формироваться Солнечная система, гипотетическая планета Тейя размером примерно с Марс врезалась в молодую Землю.

Считается, что при столкновении выделилось примерно в 100 млн раз больше энергии, чем при падении метеорита, уничтожившего динозавров. Компьютерное моделирование говорит, что Тейя врезалась в Землю под углом 45° со скоростью 4 км/с.

При этом часть коры Тейи, как и часть коры нашей планеты, была выброшена в космическое пространство; эти обломки кружились кольцом вокруг Земли. А ядро и мантия Тейи объединились с корой и мантией Земли. Со временем расплавленная материя в этом кольце слиплась, и из нее сформировалась Луна.

Хотя есть и другие теории, гипотеза гигантского столкновения считается общепринятой, особенно если учитывать то, что Луна, похоже, в основном состоит из материала, схожего по составу с материалом земной коры.

Главное

Гипотеза образования Луны в результате гигантского столкновения (известная также как гипотеза Большого всплеска) впервые появилась в двух научных статьях 1970-х годов: авторами одной были Билл Хартманн (р. 1939), Дональд Дэвис (р. 1952) и Аластер Кэмерон (1925–2005), а другой — Уильям Уорд (1944–2018).

На конференции лунологов 10 лет спустя оказалось, что эта теория самая популярная, и с тех пор она распространилась шире, в частности благодаря усилиям Робин Кэнап (р. 1968) из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, США.

Расположение планет

Основные имена: Гарольд Левисон, Алессандро Морбиделли, Кевин Уолш

T = от 9,3–9,8 млрд лет

Самое главное в истории Вселенной: с чего все начиналось и что будет после смерти Солнца
Бомбардировка Луны метеоритами в представлении художника. Начало процесса — в верхнем левом углу, а конец — в нижнем правом. Примечательно, что периоды сильного нагрева чередуются с более прохладными. Подобное происходило на каждой планете на протяжении всей ее истории
Фото
из книги Джеммы Лавендер «Главное в истории Вселенной»

В далеком прошлом в Солнечной системе произошла миграция планет.

Первой этот процесс попыталась объяснить модель Ниццы. Она предполагала, что изначально планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — располагались в два раза ближе к Солнцу, чем сейчас, а затем медленно мигрировали во внешнюю часть системы.

По пути они оставляли за собой след из астероидов и комет, многие из которых столкнулись с внутренними планетами — это событие называется поздней тяжелой бомбардировкой.

Существует и другая версия — гипотеза большого оверштага. Согласно ей, Юпитер сразу после рождения стал быстро мигрировать к Солнцу и приблизился к нему на расстояние, на котором находится от него сегодня Марс.

Это продолжалось, пока Сатурн не догнал его и своей гравитацией не помог газовому гиганту повернуть назад. Миграция Юпитера могла оказать важное влияние на процесс формирования внутренних планет, особенно Марса.

Главное

В 1995 году Мишель Майор (р. 1942) и Дидье Кело (р. 1966) открыли первую экзопланету на орбите солнцеподобной звезды. Эта планета — 51 Пегаса b — газовый гигант, и ее орбита расположена очень близко к звезде.

Однако по теории формирования планет газовые гиганты не могут образовываться так близко к звезде, а значит, 51 Пегаса b и другие подобные ей планеты должны были мигрировать к центру с того места, где они родились.

Поглощение обломков

Основные имена: Юджин Шумейкер, Эдвард Чао, Луис Уолтер Альварес

Продолжается по сей день

Самое главное в истории Вселенной: с чего все начиналось и что будет после смерти Солнца
Планеты все время увеличивались в размерах за счет поглощения разного рода обломков вроде комет и астероидов, которые падали на их поверхность
Фото
из книги Джеммы Лавендер «Главное в истории Вселенной»

Вся материя, которая на строительной площадке молодой Солнечной системы не была использована для образования планет, нашла пристанище либо в поясе астероидов между Марсом и Юпитером, либо в поясе Койпера за орбитой Нептуна, либо в межпланетном пространстве.

Учитывая, что во внутренней части ранней Солнечной системы конденсировались материалы с высокой температурой плавления, миллионы космических обломков в поясе астероидов за орбитой Марса — это каменистые объекты из углерода, кремния, кислорода и металлов. В поясе же Койпера, где более прохладно, обитают планетарные обломки изо льда и замерзших метана и аммиака.

Столкновения с этими каменными телами, большими и маленькими, формировали планеты и ядра газовых гигантов. Этот процесс, возможно, замедлился, но совсем не прекратился. Кратеры на Луне образовались в результате ударов метеоритов. Иногда регистрируются столкновения комет или небольших астероидов с Юпитером. Вода на Земле, возможно, появилась благодаря удару кометы или астероида.

Главное

В составе земной воды очень специфическое соотношение водорода и дейтерия, и там, откуда она к нам попала, соотношение должно быть таким же. Казалось очевидным, что воду к нам занесли кометы, но исследования нескольких комет показали, что в них другое соотношение изотопов.

Сейчас главные кандидаты — богатые водой астероиды; причем в углеродистых хондритах соотношение изотопов почти такое же, как в воде земных океанов.

Эволюция Солнца

Основные имена: Артур Эддингтон, Фред Хойл, Инге Джулиана Сакманн Кристи, Кэтлин Кремер

 T = ~ 20 млрд лет

Самое главное в истории Вселенной: с чего все начиналось и что будет после смерти Солнца
По мере старения Солнце будет становиться все горячее и ярче, и примерно через миллиард лет жизнь на Земле станет невозможной
Фото
из книги Джеммы Лавендер «Главное в истории Вселенной»

Нашему Солнцу 4,6 млрд лет, и оно находится в середине жизненного пути — ему предстоит сжигать водород в своем ядре еще 7 млрд лет. В процессе оно станет наращивать температуру и яркость, а его светимость будет увеличиваться на 6% каждый миллиард лет.

Кажется, что это не так уж и страшно, однако на самом деле это означает, что примерно через миллиард лет Земля станет слишком горячей для жизни. Океаны испарятся, и наша планета превратится в выжженный пыльный шар.

По мере приближения к финалу запасы водорода в Солнце будут подходить к концу, и с этого момента оно станет превращаться во что-то новое. Весь водород в его ядре преобразуется в гелий, следовательно, ядерная реакция там прекратится, и внутренняя часть Солнца сожмется под действием гравитации, что приведет к повышению температуры.

Тогда начнется реакция синтеза в оболочке вокруг ядра. Это так называемое горение оболочки приведет к тому, что Солнце раздуется в тысячу раз и превратится в красного гиганта.

Главное

В 1910 году Эйнар Герцшпрунг (1873–1967) и Генри Норрис Рассел (1877–1957) независимо друг от друга создали диаграмму, которую сегодня мы называем диаграммой Герцшпрунга — Рассела и на которой отображается зависимость светимости звезды от цвета (температуры).

На ней отметили все известные звезды, и стало ясно, что разные типы звезд попадают в разные части диаграммы. Только в 1940-е годы, после открытия водородного синтеза, ученые поняли, что диаграмма Герцшпрунга — Рассела отражает эволюцию звезд от начала сжигания водорода в их ядрах до превращения в красных гигантов.

Будущее Солнечной системы

Основные имена: Инге Джулиана Сакманн Кристи, Кэтлин Кремер, Арнольд Бутройд

T = ~ 20 млрд лет

Самое главное в истории Вселенной: с чего все начиналось и что будет после смерти Солнца
Когда Солнце начнет раздуваться и превращаться в красного гиганта, оно поглотит сначала Меркурий и Венеру, а потом и нашу планету
Фото
из книги Джеммы Лавендер «Главное в истории Вселенной»

Когда Солнце превратится в красного гиганта, близкие к нему планеты не смогут сойти со своих орбит. Меркурий и Венера исчезнут первыми, а потом дело дойдет и до Земли, так что вполне возможно, что и она тоже будет поглощена.

По мере медленного приближения диска красного гиганта к Земле ее поверхность из-за интенсивного излучения и высокой температуры расплавится, а потом испарится, а атмосфера станет сходить слой за слоем.

Наконец от Земли останется плотное железное ядро. Марс тоже может избежать поглощения и стать на какое-то время достаточно теплым, чтобы вода на нем находилась в жидкой форме, но и она испарится.

С увеличением яркости и размеров Солнца обитаемая зона будет смещаться в сторону краев системы. Возможно, в результате подходящие для жизни условия возникнут на Титане, Энцеладе или Европе.

Главное

В 1997 году ученые Ральф Лоренц (р. 1969), Джонатан Лунин (р. 1959) и Крис Маккей (р. 1954) показали, что, когда Солнце превратится в красного гиганта, станет возможным появление океанов и органических соединений на спутнике Сатурна Титане.

Сейчас на нем много воды в виде льда и углеводородов, способных образовать строительные блоки органических молекул. Однако период, когда там будут поддерживаться подходящие для жизни условия, продлится всего несколько сотен миллионов лет.

Смерть Солнца

Основные имена: Уильям Гершель, Артур Эддингтон, Генри Норрис Рассел, Эдуард Пикеринг, Вильямина Флеминг

T = ~ 20 млрд лет

Самое главное в истории Вселенной: с чего все начиналось и что будет после смерти Солнца
Последние фазы жизни Солнца, разбухающего по мере потери энергии, в представлении художника
Фото
из книги Джеммы Лавендер «Главное в истории Вселенной»

По мере превращения Солнца в красного гиганта его ядро под действием гравитации будет продолжать сжиматься, а температура в нем поднимется до 100 млн °C (сейчас там около 15 млн °C). При таких условиях запустится синтез углерода из гелия, и Солнце получит шанс на новую жизнь.

Температура ядра, пока там будет «перевариваться» гелий, продолжит расти, пока не достигнет 300 млн °C. Этого хватит, чтобы сжечь весь запас гелия в нем сразу. Произойдет взрыв, который называют гелиевой вспышкой.

Позднее начнет гореть гелий в оболочке, и тогда наступят последние дни Солнца. Выгорание оболочки сделает Солнце нестабильным, и оно начнет пульсировать. Этот процесс многое изменит в Солнце, особенно в его массе — ее часть будет теряться с каждым периодом пульсации.

Внешние слои Солнца разбухнут и образуют красивую планетарную туманность, обнажив при этом его ядро — остатки звезды в виде белого карлика.

Главное

Форма многих планетарных туманностей обладает совершенной симметрией и напоминает космических бабочек или медуз. Недавние наблюдения и моделирование планетарных туманностей сложных форм позволяют предположить, что они могли сформироваться из двойных звездных систем, а не из одиночных звезд вроде Солнца.

Вероятно, когда Солнце умрет, его планетарная туманность будет выглядеть довольно скучно по сравнению с чудесными округлыми и гантелеподобными формами других планетарных туманностей.

Отдаленное будущее

Основные имена: Фред Адамс, Грегори Лафлин, Абрахам (Ави) Лёб

T = 1 квадриллион лет

Самое главное в истории Вселенной: с чего все начиналось и что будет после смерти Солнца
Сближение туманности Андромеды с Млечным Путем в представлении художника
Фото
из книги Джеммы Лавендер «Главное в истории Вселенной»

В далеком будущем картина неба изменится. Все звезды — вещи вроде бы постоянные — в конце концов умрут, как и наше Солнце, либо превратятся в красных гигантов, либо погибнут при взрыве сверхновой. Однако на смену исчезнувшим звездам придут новые.

Примерно через 4 млрд лет галактика Андромеда с ее триллионами звезд врежется в наш Млечный Путь, они сольются и образуют новую эллиптическую галактику — астрономы назвали ее Млекомедой. На самом деле во время их слияния столкновения звезд не произойдет — столкнутся огромные газовые облака, которые спровоцируют новый цикл массового звездообразования.

В еще более далеком будущем все звезды умрут, весь газ во Вселенной будет израсходован, так что новые звезды не смогут образоваться. Останутся только белые карлики, черные дыры и нейтронные звезды.

Белые карлики станут медленно остывать и превращаться в черных карликов — замерзшие остатки, не излучающие ни света, ни тепла. Нашему Солнцу потребуется не менее квадриллиона лет, чтобы добраться до этой стадии.

Главное

Слияние Млечного Пути и туманности Андромеды не станет концом эволюции нашей Галактики. Через какое-то время к Млекомеде приблизятся другие галактики в нашем скоплении — Местной группе — и столкнутся с ней.

Между тем примерно через 100–150 млрд лет из-за космического расширения остальные галактики уйдут так далеко, что их звезд будущие обитатели Млекомеды на ночном небе уже не увидят.

Судьба Вселенной

Основные имена: Джон Барроу, Франк Типлер, Мартин Рис, Стивен Хокинг

T = > 10¹⁰⁰ лет

Самое главное в истории Вселенной: с чего все начиналось и что будет после смерти Солнца
Варианты судьбы Вселенной. Вверху слева — коллапс при Большом сжатии, справа от него — два сценария, в которых Вселенная будет всегда расширяться, причем в одном случае медленнее, чем в другом. Снизу вариант, при котором Вселенная ускоренно расширяется до тех пор, пока ее не разорвет на части при Большом разрыве
Фото
из книги Джеммы Лавендер «Главное в истории Вселенной»

Какой конец ждет Вселенную, зависит главным образом от темной энергии, которая ускоряет расширение космоса, — в основном от того, ослабеет она со временем или нарастит силу. Если первое, это может привести к тому, что гравитация будет медленно сжимать Вселенную, и все закончится Большим сжатием.

Если воздействие темной энергии возрастет или хотя бы останется на прежнем уровне, то возможны два сценария. Оба предполагают бесконечное расширение Вселенной, при котором галактики в какой-то момент разойдутся так далеко, что исчезнут за космическим горизонтом друг друга.

Один из сценариев состоит в том, что расширение замедлится, но никогда полностью не остановится. Тогда в конце останется лишь большая мертвая пустота, где наступит тепловая смерть Вселенной — когда вся материя, включая субатомные частицы вроде протонов, распадется и превратится в радиацию.

Альтернативный вариант заключается в том, что темная энергия наберет силу и в итоге разорвет ткань пространства-времени — произойдет Большой разрыв.

Главное

Судьба Вселенной зависит от темной энергии. Если темная энергия подобна космологической постоянной Эйнштейна, то при расширении Вселенной она будет только возрастать.

Если же это квантовое скалярное поле, то его величина может различаться в разных координатах пространства и времени, и тогда судьбу Вселенной предсказать нельзя.

Отрывок из книги Джеммы Лавендер «Главное в истории Вселенной. Открытия, теории и хронология от Большого взрыва до смерти Солнца». М.: Издательство Манн, Иванов и Фербер (МИФ), 2023.

История Вселенной от Большого взрыва до смерти Солнца. Эта книга для всех, кто хочет познакомиться с историей нашей Вселенной от первых секунд после Большого взрыва до самого отдаленного, таинственного и даже пугающего будущего. Книга позволяет легко перемещаться по теориям и основным научным открытиям, доступно и лаконично поясняя наиболее важные научные концепции об устройстве мироздания.

Читайте книгу целиком
Реклама. www.mann-ivanov-ferber.ru