В погоне за Солнцем
Шрифт:
Так или иначе, вопрос стабильности солнечной системы интриговал и мучил астрономов на протяжении уже более чем двух столетий. К смущению ученых, этот вопрос долгое время был связан с одним из сложнейших и неразрешимых вычислений в небесной механике. Но задолго до того, как такие вычисления стали возможны, суеверие и невежество начали выдвигать собственные зловещие предсказания. В скандинавских мифах, например, Солнце в конце концов слабеет, за этим следуют три жутких года “великанской зимы” Фимбулвинтер, во время которой Земля оказывается скованной кошмарным морозом, а потом наступает Рагнарек, когда опускается вечная тьма, Солнце и Луну пожирают огромные волки, что возвещает конец всего сущего. Эти верования затрагивают больную тему: Чарльз Дарвин в 1865 году в письме другу высказал “собственный детский страх… что однажды Солнце остынет и все мы замерзнем” [993] . Закат нашего мира часто связывался с гибелью Солнца, хотя, конечно, во времена Дарвина источник звездной энергии не был известен, термоядерная реакция еще не была открыта. Теперь, когда мы знаем, откуда Солнце берет свою энергию и что его запасы водорода конечны, мы можем придумывать сценарии наступления конца света.
993
Цит.
Жизнь Солнца поддерживается в состоянии идеального баланса: звезда стремится схлопнуться под воздействием собственной гравитации, но одновременно энергия термоядерной реакции в ее ядре создает расширяющую силу, и эти силы уравновешивают друг друга. Солнце может сохранять свой размер только в случае равновесия этих противоположных сил, что требует все более быстрого потребления водорода. В определенный момент это топливо закончится. Фотосфера нашей звезды состоит на 90 % из водорода, на 9,9 % из гелия и еще из смеси шестидесяти семи элементов, таких как железо, кальций и натрий, а также восемнадцати химических соединений, из которых изначально образовалось Солнце (хотя ядерные реакции упорно продолжают менять состав солнечного ядра, где плазма сжата до такого давления и температуры, что вызывает термоядерный синтез). Чем больше звезда, тем она горячее и тем быстрее сжигает собственный водород. Звезды, более массивные, чем Солнце, сжигают свое ядерное топливо гораздо быстрее, потому что дают гораздо более высокую температуру.
Эти процессы происходят во вселенной уже миллиарды лет и будут продолжаться еще много миллиардов. Как минимум 2,5 млрд лет назад Солнце сжалось до диаметра в 300 млн км, затем уменьшилось до диаметра нынешней орбиты Земли. После этого в какой-то момент образовалась Земля (примерно тогда же Солнце начало излучать свет). Солнце продолжает свое сжатие, но не с такой скоростью, чтобы это предвещало его скорый конец: оно теряет несколько миллионов тонн материи ежесекундно – массовый эквивалент энергии, которую оно производит своими термоядерными реакциями. Еще несколько миллионов тонн выбрасываются солнечным ветром и другими частицами.
В конечном итоге Солнце охладится, но сперва ему придется пройти через долгий период, в течение которого оно будет становиться все горячее. По мере превращения в солнечном ядре водорода в гелий сжатие будет усиливать гравитационное поле Солнца и поднимать его внутреннюю температуру, так что оно начнет немного расширяться. Наконец оно нагреется до такой степени, что начнутся новые термоядерные реакции, ядра гелия станут образовывать ядра более тяжелых элементов, таких как углерод, кислород, магний и кремний, но к этому времени равновесие будет нарушено, начнется процесс расширения. Солнце распухнет, в поперечнике станет примерно в 256 раз больше, чем сегодня, и в 2730 раз ярче, излучая гораздо интенсивнее своей расширившейся поверхностью, – оно превратится в красного гиганта.
В течение следующих нескольких миллиардов лет Солнце будет спокойно и планомерно синтезировать атомы, только вместо сжигания водорода, который начнет истощаться, оно перестроит свою структуру, чтобы сжигать следующее топливо, имеющееся в больших количествах, – гелий. Для этого ему придется поднять температуру ядра еще выше – внутренние области сожмутся и станут еще горячее. Одновременно с этим внешние области еще больше расширятся. В свой последний миллиард лет Солнце станет еще на 10 % ярче, нагревая земную поверхность до температуры в 2000 °C, от которой планета начнет плавиться. Вот как Деннис Овербай изображает эту картину:
Скользя по объятой пламенем кромке гиганта, голая, выжженная Земля своей гравитацией произведет на Солнце небольшое выпячивание материи. Но трение притормозит это вздутие на его пути по направлению к Земле. Гравитационное же усилие со стороны вздутия замедлит Землю и спровоцирует ее движение по спирали вниз, где трение о газы солнечной расширившейся атмосферы замедлит ее еще больше. Затем она устремится прямиком вниз [на Солнце] [994] .
Научный консенсус обещает нам около 5,7 млрд лет жизни на нашей планете, но не человеческой жизни, продолжительность которой будет значительно короче. Нашими долгосрочными противниками окажутся жара и нехватка двуокиси углерода: через 500 млн лет концентрация этого газа в атмосфере окажется слишком низкой для того, чтобы растения могли продолжать процесс фотосинтеза, средняя температура на Земле поднимется до 49 °C. В течение следующего миллиарда лет после исчезновения растений атмосфера заполнится паром, как это было на заре планеты, и будет прожариваться интенсивным солнечным светом. Через 2,5 млрд лет исчезнет последняя водяная молекула, и Земля превратится в жаркий мертвый мир, покрытый расплавленной породой.
994
Dennis Overbye, Kissing the Earth Goodbye in About 7.59 Billion Years. The New York Times. 2008. 11 марта.
Предположительно Земля может избежать поглощения Солнцем, в отличие от Меркурия и Венеры. Эти две планеты будут проглочены Солнцем, как только оно достигнет максимума в своей новой роли красного гиганта. Последние исследования показывают, что, хотя Земля и находится примерно на границе между сценарием поглощения Солнцем и спасением, первый вариант более вероятен. Но, если наша планета и останется за пределами огромного раздутого Солнца, его непомерный жар все равно испарит ее.
Если все же Земля избежит и той и другой судьбы, что это будет значить для нас? Сохранится ли какая-то возможность для продолжения человеческой жизни? Один такой сценарий предполагается, судя по происходящему с планетами соседней галактики. Примерно два раза в месяц мы обнаруживаем очередной мир: задокументировано уже около семисот пятидесяти таких миров. В 2007 году астрономы наткнулись на планету земного типа, названную V 391 Pegasi – газовый гигант примерно в три раза массивнее Юпитера, вращающийся на расстоянии
995
Британская букмекерская контора William Hill, узнав об открытии этой планеты, сократила ставки на существование внеземной жизни с 1000: 1 до 100: 1. Чтобы выплаты по этой ставке могли состояться, британский премьер-министр должен официально заявить о признании наличия такой жизни в течение года после того, как ставка была сделана.
Что касается других возможностей, то, как предполагает Айзек Азимов, “во всяком случае налицо заблаговременное предупреждение. Если человечество переживет эти миллиарды лет, в течение них оно будет знать, что ему надо как-то планировать спасение. Поскольку технологическая компетенция человечества возрастает… спасение может стать возможным”. Так что нам нужно будет не только составлять расписание разных этапов гибели Солнца, но одновременно и искать способы мигрировать с нашей планеты или отодвинуть ее саму подальше от расширяющегося Солнца. Особенно опасным временем для человечества станет конец первой фазы красного гиганта, когда яркость Солнца достигнет такой степени, что его гелий воспламенится в одной гигантской вспышке-взрыве. Еще один рискованный момент наступит, когда Солнце отбросит внешние слои, уменьшив свою массу и ослабив гравитационное поле, – это сразу ослабит его хватку по отношению к оставшимся планетам (включая нашу). Не будучи больше удерживаемыми на орбитах, планеты могут столкнуться друг с другом или даже налететь на Солнце. На этом этапе мне уже хочется найти утешение в футурологическом прогнозе Вуди Аллена: “Я подумал, что, если великое золотое солнце неожиданно взорвется, наша планета сорвется с орбиты и рванет куда-то в бесконечность – еще один хороший повод всегда носить с собой мобильный телефон” [996] .
996
Woody Allen, Strung Out. The New Yorker. 2003. 28 июля. Р. 96.
Сгенерированная с помощью компьютера иллюстрация, изображающая Солнце 5 млрд лет спустя, накаляющее гибнущую Землю. Океаны уже испарились, оставив соляные скалы. Луна проходит перед огромным раздутым Солнцем, уже вошедшим в первую стадию красного гиганта (Detlev van Ravenswaay / Photo Researchers, Inc)
Но еще не все потеряно. Человеческая изощренность не знает границ, мы уже исследуем практические возможности перемещения на другие планеты солнечной системы, на один из планетных спутников или же вообще за пределы этой системы. Одна из возможностей, пусть пока еще и далекая, – использование небольших ядерных бомб для приведения в движение космического корабля: эти заряды должны взрываться поочередно, выводя корабль на постоянный курс от Земли или по направлению к какой-то пригодной для обитания планете. Президент Обама уже объявил целью высадку астронавтов в 2025 году на астероид как промежуточный шаг перед отправкой человека на Марс. Еще одну идею недавно, в 2001 году, выдвинули Дон Корыцански и Грегори Лафлин (Университет Калифорнии, Санта-Крус) и Фред Адамс (Мичиганский университет). Она заключается в том, что подобно тому, как космические зонды могут разгоняться за счет игры в гравитационный пинбол с Венерой или Юпитером, так и мы (точнее, будущие поколения человечества) сможем использовать регулярные прохождения мимо Земли комет и астероидов для увеличения ее орбиты и вытеснения от Солнца [997] . Все, что для этого требуется, – это чтобы астероид примерно 100 км в поперечнике пролетел мимо Земли и передал ей часть своей орбитальной энергии. Астероид пролетит дальше, достигнет Юпитера, получив от него дополнительный импульс, и на обратном пути опять передаст накопленную энергию Земле. Но это, конечно, похоже на идею продвижения аэроплана посредством пролетающего рядом шмеля раз в десять лет: даже сами авторы этой идеи говорят, что “не предлагают принять это за план действий”. Интересно, что бы сделал на основе таких идей Артур Кларк.
997
Dennis Overbye, Scientists’ Good News: Earth May Survive Sun’s Demise in 5 Billion Years. The New York Times. 2007. 13 сентября.
По крайней мере, мы можем утешаться тем, что, несмотря на весь свой скепсис, мы говорим о стольких миллионах лет, что предсказать доступные в то время технологии сейчас просто невозможно. Хотя Земля и не способна существовать бесконечно, человечество, может быть, переживет ее уничтожение.
Если все же предположить, что нам удалось покинуть Землю на космическом корабле с ядерным двигателем или на каком-то ином транспортном средстве, куда мы направимся? В марте 2009 года был запущен “Кеплер” – космический телескоп, предназначенный для обнаружения планет за пределами солнечной системы – примерно того же размера, условий и расстояния от материнской звезды, что и Земля. Уже в декабре 2009 года была найдена планета GJ 1214b в 2,7 раза больше Земли, вращающаяся вокруг меньшей и более тусклой звезды, чем наше Солнце. Эта планета находится сравнительно близко к нашей солнечной системе, около сорока световых лет, и имеет запасы воды [998] . К февралю 2011 года “Кеплер” открыл тысячу двести тридцать пять потенциальных планет, из которых пятьдесяч четыре по параметрам размера и расстояния от звезды попадают в пригодную для обитания зону.
998
См.: Scientists Spot Nearby “Super-Earth” Planet. Sphere News. 2009. 17 декабря.