Jak i kiedy umrze Układ Słoneczny?

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 04:07

Mamy jeszcze trochę więcej czasu, około 5-7 miliardów lat.

Wcześniej wokół Ziemi krążyły dwa księżyce, które następnie połączyły się ze sobą. Tytan, satelita Saturna, jest idealnym odpowiednikiem naszej planety, może mieć życie. A asteroidy znajdujące się między Jowiszem a Plutonem z jakiegoś powodu nazywane są „centaurami”. Możesz dowiedzieć się o tych i innych faktach dotyczących kosmosu z książki „Kiedy Ziemia miała dwa księżyce. Planety kanibali, lodowe olbrzymy, komety błotne i inne luminarze nocnego nieba”, które zostały niedawno opublikowane przez wydawnictwo„ Alpina non-fiction”.

Twórcą fascynującej wycieczki w historię Układu Słonecznego jest Eric Asfog, amerykański planetolog i astronom. Autor nie tylko pracuje w Laboratorium Badań Planet i Księżyca w Tucson, ale także aktywnie uczestniczy w ekspedycjach NASA. Na przykład misja Galileo, która badała Jowisza i jego księżyce. Lifehacker publikuje fragment pierwszego rozdziału pracy naukowca.

Podobnie jak silnik spalinowy, który czasami powraca, gdy zaczyna się zimno, młode Słońce doświadczało nieregularnych wybuchów wysokiej aktywności przez pierwsze kilka milionów lat. Gwiazdy przechodzące przez ten etap rozwoju nazywane są gwiazdami T Tauri, po dobrze zbadanej aktywnej gwieździe w odpowiedniej konstelacji. Po przejściu etapu bólów porodowych gwiazdy w końcu przestrzegają zasady, że najcięższe i najjaśniejsze z nich stają się niebieskie, ogromne i bardzo gorące, a najmniejsze stają się czerwone, chłodne i matowe.

Jeśli wykreślisz wszystkie znane gwiazdy na wykresie, z niebieskimi gwiazdami po lewej stronie, czerwonymi po prawej, przyciemnionymi na dole i jasnymi na górze, będą one generalnie ułożone wzdłuż linii biegnącej od górnego lewego rogu rogu do prawego dolnego rogu. Ta linia nazywa się ciągiem głównym, a żółte Słońce znajduje się w jej środku. Ponadto ciąg główny ma wiele wyjątków, a także odgałęzienia, w których rezydują młode gwiazdy, które nie rozwinęły się jeszcze do ciągu głównego, oraz stare gwiazdy, które już go opuściły.

Słońce, bardzo zwyczajna gwiazda, emituje ciepło i światło z niemal stałą intensywnością przez 4,5 miliarda lat. Nie jest tak mały jak czerwone karły, które palą się niezwykle oszczędnie. Ale nie tak duże, by spłonąć w ciągu 10 milionów lat, jak to się dzieje w przypadku niebieskich olbrzymów, które przechodzą w supernowe.

Nasze Słońce jest dobrą gwiazdą, a w naszym baku wciąż jest wystarczająco dużo paliwa.

Jego jasność stopniowo się zwiększa, wzrosła o około jedną czwartą od momentu jej powstania, co nieznacznie przesunęło ją wzdłuż ciągu głównego, ale nie będziesz miał do niego żadnych innych roszczeń. Oczywiście od czasu do czasu spotykamy się z koronalnymi wyrzutami masy, gdy Słońce wypluwa magnetoelektryczny bąbel i oblewa naszą planetę strumieniami promieniowania. Jak na ironię, dziś nasza sztuczna sieć jest najbardziej podatna na efekt koronalnego wyrzutu masy, ponieważ impuls elektromagnetyczny związany z tym zdarzeniem może zakłócić pracę dużych odcinków sieci elektroenergetycznej na okres od kilku tygodni do dwóch lat. W 1859 największy wyrzut koronalny we współczesnej historii wywołał iskry w biurach telegraficznych i wspaniałą zorzę polarną. W 2013 roku londyńska firma ubezpieczeniowa Lloyd's oszacowała, że szkody spowodowane taką emisją koronową we współczesnych Stanach Zjednoczonych wyniosą od 0,6 do 2,6 biliona dolarów. … Ale w porównaniu z tym, co dzieje się w innych układach planetarnych, ta aktywność jest całkowicie nieszkodliwa.

Ale nie zawsze tak będzie. Za około 5-7 miliardów lat rozpocznie się dla nas „zmierzch bogów”, ostatnie zamieszanie, podczas którego planety opuszczą swoje orbity. Po opuszczeniu ciągu głównego Słońce stanie się czerwonym olbrzymem i za kilka milionów lat pochłonie Merkurego, Wenus i prawdopodobnie Ziemię. Wtedy skurczy się, wyrzucając połowę swojej masy w przestrzeń kosmiczną. Astronomowie z sąsiednich gwiazd będą mogli zaobserwować na swoim niebie „nową”, rozszerzającą się otoczkę iskrzącego się gazu, która zniknie za kilka tysięcy lat.

Słońce nie będzie już dłużej utrzymywać zewnętrznej chmury Oorta, której ciała będą wędrować przez przestrzeń międzygwiezdną jako kosmiczne duchy. To, co pozostanie z gwiazdy, skurczy się, aż stanie się białym karłem, niezwykle gęstym ciałem, które świeci białym światłem swojej energii grawitacyjnej - ledwo żywej, ale jasnej, wielkości Ziemi, ale miliard razy cięższej. Wierzymy, że taki jest los naszego Układu Słonecznego, po części dlatego, że Słońce jest zwykłą gwiazdą i widzimy wiele przykładów takich gwiazd na różnych etapach ewolucji, a po części dlatego, że nasze teoretyczne rozumienie takich procesów posunęło się naprzód i zgadza się z wynikami obserwacji.

Po zakończeniu ekspansji czerwonego olbrzyma i po tym, jak Słońce stanie się białym karłem, planety, asteroidy i inne pozostałości wewnętrznego Układu Słonecznego zaczną opadać na niego spiralnie - najpierw z powodu spowolnienia gazu, a następnie z powodu działanie sił pływowych - dopóki supergęste pozostałości gwiazdy nie rozerwą planet na strzępy jedna po drugiej. W końcu pojawi się dysk materiałów podobnych do Ziemi, składający się głównie z oderwanych płaszczy Ziemi i Wenus, który opadnie spiralnie na zniszczoną gwiazdę.

To nie tylko fantazja: astronomowie widzą ten obraz we wskaźnikach spektroskopowych kilku sąsiednich „zanieczyszczonych białych karłów”, gdzie pierwiastki skałotwórcze – magnez, żelazo, krzem, tlen – są obecne w atmosferze gwiazdy w ilościach odpowiadających kompozycja minerałów z klasy krzemianów, takich jak oliwin. To ostatnie przypomnienie planet podobnych do Ziemi z przeszłości.

***

Mniej interesujący los spotka planety, które uformują się wokół gwiazd znacznie większych od Słońca. Masywne gwiazdy płoną w temperaturach setek milionów stopni, zużywając wodór, hel, węgiel, azot, tlen i krzem w gwałtownej fuzji. Produkty tych reakcji stają się coraz cięższymi pierwiastkami, aż gwiazda osiągnie stan krytyczny i eksploduje jak supernowa, rozpraszając jej wnętrze wokół średnicy kilku lat świetlnych i jednocześnie tworząc prawie wszystkie ciężkie pierwiastki. Pytanie o przyszłość układu planetarnego, który mógł powstać wokół niego, zamienia się w pytanie retoryczne.

Teraz wszystkie oczy skierowane są na Betelgeuse, jasną gwiazdę tworzącą lewe ramię konstelacji Oriona. Znajduje się 600 lat świetlnych od Ziemi, co oznacza, że nie jest zbyt daleko, ale na szczęście nie jest wśród naszych najbliższych sąsiadów. Masa Betelgeuse jest ośmiokrotnie większa od masy Słońca, a według modeli ewolucyjnych ma około 10 milionów lat.

W ciągu kilku tygodni eksplozja tej gwiazdy będzie porównywalna jasnością do blasku Księżyca, a potem zacznie blaknąć; jeśli to nie zrobiło na Tobie wrażenia, pamiętaj, że z odległości 1 jednostki astronomicznej jest to jak oglądanie wybuchu bomby wodorowej na pobliskim podwórku. Z biegiem czasu geologicznego supernowe eksplodowały znacznie bliżej Ziemi, napromieniowując naszą planetę i czasami prowadząc na niej do masowych wymierań, ale żadna z najbliższych nam gwiazd nie eksploduje teraz.

„Strefa trafienia” dla tego typu supernowej wynosi od 25 do 50 lat świetlnych, więc Betelgeuse nie stanowi dla nas zagrożenia.

Ponieważ jest stosunkowo blisko i ma gigantyczne rozmiary, ta gwiazda jest pierwszą, którą mogliśmy zobaczyć szczegółowo przez teleskop. Chociaż jakość zdjęć jest słaba, pokazują one, że Betelgeuse jest dziwnie nieregularną sferoidą, przypominającą częściowo opróżniony balon, który wykonuje jeden obrót wokół swojej osi w ciągu 30 lat. Widzimy ogromny pióropusz lub deformację Pierre Kervella i in., „The Close Circumstellar Environment of Betelgeuse V. Rotation Velocity and Molecular Envelope Properties z ALMA”, Astronomy & Astrophysics 609 (2018), prawdopodobnie spowodowane globalną nierównowagą termiczną. Wygląda na to, że jest naprawdę gotowa w każdej chwili eksplodować. Ale tak naprawdę, aby ktokolwiek z nas miał szansę ujrzeć światło tego wydarzenia, Betelgeuse musiała polecieć na strzępy w czasach Keplera i Szekspira.

Kiedy wybucha masywna gwiazda, drzwi jej chemicznej kuchni wyrywają się z zawiasów. Popioły z termojądrowego paleniska rozpraszają się we wszystkich kierunkach, tak że hel, węgiel, azot, tlen, krzem, magnez, żelazo, nikiel i inne produkty syntezy jądrowej rozprzestrzeniają się z prędkością setek kilometrów na sekundę. W trakcie ruchu te jądra atomowe, osiągając maksymalną masę 60 jednostek atomowych, są masowo bombardowane strumieniem wysokoenergetycznych neutronów (cząstek o masie równej masie protonów, ale bez ładunku elektrycznego) wychodzących z zapadającego się jądra gwiazdy.

Od czasu do czasu przyczepia się do niego neutron, zderzając się z jądrem atomu; w wyniku tego wybuchowi supernowej towarzyszy szybka synteza bardziej złożonych pierwiastków, które uważane są za niezbędne do istnienia życia, a także wielu pierwiastków radioaktywnych. Niektóre z tych izotopów mają okres półtrwania zaledwie kilka sekund, inne, takie jak ⁶⁰Fe i ²⁶Al, rozpad w ciągu około miliona lat, które zajęło uformowaniu się naszej mgławicy protoplanetarnej, a trzecia, powiedzmy ²³⁸U, przed nami długa droga: zapewniają ogrzewanie geologiczne przez miliardy lat Indeks górny odpowiada całkowitej liczbie protonów i neutronów w jądrze - to się nazywa masa atomowa.

Tak się dzieje, gdy Betelgeza eksploduje. W ciągu sekundy jej jądro skurczy się do rozmiarów gwiazdy neutronowej – obiektu tak gęstego, że łyżeczka jego substancji waży miliard ton – i prawdopodobnie stanie się czarną dziurą. W tym samym momencie Betelgeuse wybuchnie około 10⁵⁷ neutrina, które odprowadzają energię tak szybko, że fala uderzeniowa rozerwie gwiazdę.

Będzie jak eksplozja bomby atomowej, ale biliony razy silniejsza.

Dla obserwatorów z Ziemi Betelgeuse będzie zwiększać jasność przez kilka dni, aż gwiazda zapełni swoją część nieba światłem. W ciągu najbliższych kilku tygodni zniknie, a następnie wkradnie się do świecącej mgławicy obłoku gazu, napromieniowanego przez zwartego potwora w jej centrum.

Supernowe bledną w porównaniu do kilonowskich wybuchów, do których dochodzi, gdy dwie gwiazdy neutronowe wpadają w pułapkę wzajemnego przyciągania i spiralnie zderzają się. Być może to dzięki kilonowom w kosmosie pojawiły się cięższe pierwiastki, takie jak złoto i molibden. … Te dwa ciała są już niewyobrażalnie gęste - każde ma masę Słońca upakowane w objętość 10-kilometrowej asteroidy - więc ich połączenie powoduje fale grawitacyjne, zafalowania w strukturze przestrzeni i czasu.

Długo przewidywane fale grawitacyjne po raz pierwszy zarejestrowano w 2015 r. za pomocą wartego miliard dolarów instrumentu LIGO. Pierwsza fala grawitacyjna została zarejestrowana przez Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) we wrześniu 2015 r. połączenie dwóch czarnych dziur w odległości 1,3 miliard lat świetlnych od Ziemi. (Laserowe interferometryczne obserwatorium fal grawitacyjnych, „Obserwatorium laserowo-interferometryczne fal grawitacyjnych”). Później, w 2017 roku, fala grawitacyjna przybyła z różnicą 1,7 sekundy z rozbłyskiem promieniowania gamma zarejestrowanym przez zupełnie inne urządzenie - jak piorun i błysk pioruna.

To zdumiewające, że fale grawitacyjne i elektromagnetyczne (czyli fotony) podróżują w przestrzeni i czasie przez miliardy lat i wydaje się, że są całkowicie niezależne od siebie (grawitacja i światło to różne rzeczy), ale mimo to dotarły do w tym samym czasie. Być może jest to banalne lub przewidywalne zjawisko, ale dla mnie osobiście ta synchroniczność grawitacji i światła napełniła jedność Wszechświata głębokim znaczeniem. Eksplozja kilonowej miliarda lat temu, miliard lat świetlnych temu wydaje się być odległym dźwiękiem dzwonu, którego dźwięk sprawia, że czujesz jak nigdy dotąd połączenie z tymi, którzy mogą istnieć gdzieś w głębi kosmosu. To jak patrzeć na księżyc, myśleć o swoich bliskich i pamiętać, że oni też go widzą.

Jeśli chcesz wiedzieć, jak powstał Wszechświat, gdzie jeszcze może istnieć życie i dlaczego planety są tak różne, ta książka jest zdecydowanie dla Ciebie. Eric Asfog opowiada szczegółowo o przeszłości i przyszłości Układu Słonecznego i ogólnie kosmosu.

Alpina Non-Fiction daje czytelnikom Lifehacker 15% zniżki na papierową wersję Kiedy Ziemia miała dwa księżyce, korzystając z kodu promocyjnego TWOMOONS.