Солнце легко принять за что-то вечное. Оно появляется каждое утро с такой уверенностью, будто подписало контракт на бесконечность. Но у любой звезды есть срок службы, и у нашей небесной электростанции уже пройдена примерно половина пути.
Хорошая новость в том, что паниковать совершенно незачем. Плохая, если вам нравятся иллюзии вечности, в том, что астрономы довольно неплохо понимают финал этой истории.
Откуда вообще можно знать будущее Солнца
Как можно предсказать судьбу звезды, которая живет миллиарды лет? Принцип удивительно простой. Представьте лес, где рядом стоят семена, молодые деревья, зрелые стволы и трухлявые пни. Вам не нужно наблюдать одно дерево всю его жизнь, чтобы понять общий сценарий. Со звездами так же. Мы видим тысячи звезд разной массы на разных стадиях эволюции и складываем из этого не гадание, а вполне надежную картину.
Именно так в начале XX века астрономы Эйнар Герцшпрунг и Генри Рассел поняли, что звезды не разбросаны по небу хаотично. Если расположить их по температуре и яркости, появляется карта маршрутов. Сейчас ее называют диаграммой Герцшпрунга и Рассела. Смысл у нее очень практичный: по положению звезды можно понять, на каком этапе жизни она находится и что с ней будет дальше.
Где Солнце находится сейчас
Солнце сейчас в самой спокойной и долгой фазе. Астрономы называют ее главной последовательностью. По современным моделям, возраст Солнца составляет около 4,6 миллиарда лет, а вся эта стабильная стадия для звезды такой массы длится примерно 10 миллиардов лет. Иными словами, наше светило уже прожило солидную часть жизни, но до финала еще очень далеко.
Что происходит внутри? В ядре Солнца температура держится на уровне около 15 миллионов кельвинов. Там водород превращается в гелий, и именно эта термоядерная реакция поддерживает звезду в равновесии. Гравитация пытается сжать Солнце, а давление горячего вещества и излучения распирает его изнутри. Пока эти силы уравновешены, система остается устойчивой. На таком фоне даже наши планы на месяц выглядят удивительно суетливыми.
Но запас водорода в ядре не бесконечен.
Первый акт: Солнце станет красным гигантом
Примерно через 5 миллиардов лет центральный водород в основном будет исчерпан. Ядро лишится главного источника энергии и начнет сжиматься под собственной тяжестью. От сжатия оно нагреется еще сильнее. А термоядерное горение водорода не исчезнет совсем. Оно сместится в тонкий слой вокруг ядра.
Это важный момент. Солнце не выключится, как лампочка. Оно скорее перестроит внутреннюю архитектуру. Можно грубо представить, что главный жар сместился из центра в оболочку вокруг него. Для звезды это только образ, но он помогает понять саму идею. Из-за этой перестройки внешние слои начнут сильно расширяться, и Солнце превратится в красного гиганта.
Насколько сильно? По астрономическим меркам очень. Радиус звезды вырастет в сотни раз. Меркурий и Венера, согласно моделям, почти наверняка будут поглощены. А вот судьба Земли до конца не закрыта. Часть расчетов показывает, что расширившееся Солнце доберется и до нашей планеты. Другие допускают, что из-за потери массы Солнцем земная орбита сдвинется дальше и это даст Земле шанс не оказаться внутри звезды.
Но есть неприятная деталь. Даже если Земля формально уцелеет, это не будет счастливым спасением. По современным представлениям рост светимости Солнца сделает нашу планету непригодной для жизни намного раньше стадии красного гиганта. Океаны исчезнут задолго до финального раздувания звезды. Так что вопрос «проглотит ли Солнце Землю?» красивый, но для биосферы уже не самый главный.
Если бы кто-то мог наблюдать все это с безопасного расстояния, зрелище было бы грандиозным. На месте привычного солнечного диска оказалось бы огромное красноватое светило, доминирующее на небе. Красивое, жутковатое и совершенно не предназначенное для пикников. Космос вообще умеет делать впечатляющий дизайн без малейшей заботы о комфорте зрителя.
Второй акт: планетарная туманность, которая не имеет отношения к планетам
Но и это еще не финал.
Когда стадия гиганта подойдет к концу, Солнце начнет сбрасывать внешние слои. Звездный ветер унесет вещество в окружающее пространство, и вокруг умирающей звезды возникнет светящееся газовое облако. Такие объекты называют планетарными туманностями. Название историческое и неудачное: к планетам они не имеют отношения. Просто в старые телескопы эти облака казались маленькими дисками, чем-то похожими на далекие планеты. Астрономы тут однажды проявили удивительно человеческую слабость: увидели похожий диск и дали название, которое потом пришлось долго объяснять.
Вы наверняка видели такие объекты на снимках телескопа «Хаббл»: Кольцевая туманность, Кошачий Глаз, туманность Песочные Часы. Это не взрыв сверхновой. Процесс мягче и медленнее, хотя по красоте ему трудно отказать. В 2018 году группа исследователей под руководством Альберта Зийлстры опубликовала в журнале Nature Astronomy работу, из которой следовало, что звезда солнечной массы все же способна оставить после себя заметную планетарную туманность. Раньше считалось, что для такого финала Солнце может оказаться слишком легким. Модели показали, что этот сценарий вполне реалистичен.
Солнце не станет сверхновой
А вот здесь ломается очень популярный миф. Многие до сих пор думают, что Солнце когда-нибудь взорвется как сверхновая. Нет. По современным моделям такой финал характерен для звезд с начальной массой примерно от восьми солнечных и выше. Только такие тяжеловесы в конце жизни переживают коллапс ядра с чудовищным выбросом энергии.
Солнце для этого слишком легкое. Оно не устроит финал в стиле космического блокбастера. Его манера скорее другая: спокойно закончить работу и оставить после себя красивое облако.
Третий акт: белый карлик
После сброса оболочек останется ядро звезды. Очень горячее, очень плотное, размером примерно с Землю, но с массой около 0,5–0,6 массы нынешнего Солнца. Это белый карлик.
Если коротко, белый карлик — звездный остаток, который уже не поддерживает активное термоядерное горение, но все еще светится за счет накопленного тепла. Плотность у него настолько велика, что даже маленький объем такого вещества на Земле весил бы очень много. Популярные сравнения тут всегда грубоваты, но общее впечатление передают правильно: перед нами один из самых плотных типов объектов во Вселенной.
Дальше начинается самая медленная часть всей истории. Белый карлик будет остывать не миллионы и не миллиарды, а триллионы лет. Настолько долго, что возраст самой Вселенной пока слишком мал, чтобы хоть один белый карлик успел полностью погаснуть и стать черным карликом. Таких объектов мы просто не можем наблюдать. Космос еще не дорос до этого этапа собственного расписания.
Почему эта история важна не только астрономам
На первый взгляд это очень далекий сюжет. Ну правда, 5 миллиардов лет — срок, на фоне которого даже ипотека выглядит мимолетным явлением. Но именно через судьбу Солнца астрономы понимают жизнь миллионов похожих звезд во Вселенной.
Это важно и для другого. Рост светимости звезды влияет на обитаемость планет. Финальные стадии жизни звезд объясняют, откуда в космосе берутся элементы, из которых потом формируются новые миры. История Солнца — это не только рассказ о будущем одной звезды. Это часть общего круговорота вещества во Вселенной.
Самое красивое в этом финале
И, пожалуй, самый красивый штрих во всем этом сценарии вот какой. Газ, который Солнце сбросит в пространство, не пропадет. Углерод, кислород, азот и другие элементы уйдут в межзвездную среду. Когда-нибудь это вещество может войти в состав новых облаков, новых звезд и, возможно, новых планет.
Задумайтесь: атомы в вашем теле уже когда-то были внутри древних звезд. Мы буквально собраны из вещества прежних космических поколений. Солнце однажды тоже внесет свою долю в этот круговорот. Так что его финал, по сути, не только конец одной звезды, но и вклад в будущие миры.
Звучит немного меланхолично. Но, если честно, я вижу в этом не трагедию, а почти идеальный космический порядок. Солнце не закончит жизнь взрывом сверхновой. Оно просто пройдет путь, который Вселенная давно отрепетировала на миллиардах других звезд. И да, у нее, похоже, очень длинный производственный цикл.