Будущее солнца

Солнце, обретя после бурной юности относительную стабильность, получает энергию в результате ядерного синтеза. Ежесекундно примерно 700 млн тонн атомов водорода сливаются в топке солнечного ядра, чтобы стать ядрами более тяжелого элемента – гелия. В этом процессе около 4 млн тонн вещества преобразуется в энергию.

К счастью, Солнце настолько огромно, что это – лишь мельчайшая крупица его общего энергетического запаса. Хотя за миллиарды лет этот запас медленно, но необратимо расходуется. По самым точным прогнозам, Солнце стабильно сияет приблизительно 5 млрд лет и, вероятно, ему хватит водорода, чтобы так же светить еще 5 млрд лет.

Однажды ресурс израсходуется, и начнется неизбежный процесс трансформации, который со временем приведет Солнце к гибели.

РОСТ ДО ГИГАНТА

На первой стадии этого процесса яркость Солнца неожиданно вырастет в тысячу раз в результате поисков дополнительных ресурсов питания. Начнет снижаться давление, поддерживаемое реакциями синтеза в ядре, и верхние слои Солнца опадут внутрь под действием собственной силы тяжести, сжимаясь и нагревая зону вокруг ядра до температур и давления, достаточно высоких, чтобы запустить горение водорода в оболочке.

С прекращением горения водорода в ядре центр Солнца начнет разрушаться под собственным весом, а поддерживать солнечное сияние будет оболочка сгорания водорода. Сжимающееся ядро станет значительно горячее, что повысит температуру и скорость реакций в оболочке сгорания водорода. В результате этого Солнце станет ярче. В то же время повышение давления от потока излучения звезды на ее внешние слои будет способствовать тому, что слои, лежащие выше оболочки сгорания водорода, будут раздуваться.

За миллиарды лет диаметр Солнца увеличится в 250 раз, поглотив орбиты Меркурия, Венеры и, вероятно, Земли. Несмотря на повышение яркости, увеличение площади поверхности приведет к тому, что количество энергии, излучаемой каждым квадратным метром, уменьшится. В результате температура поверхности Солнца упадет до 3000 °С, а его цвет из желтого станет красным. Так наша звезда превратится в красного гиганта.

Даже если внешние слои Солнца расширятся, его выгоревшее ядро с гелием, синтезированным из водорода, будет продолжать сжиматься, становясь плотнее и горячее. Со временем условия станут такими экстремальными (температура – примерно 100 млн °С), что ядра гелия начнут сливаться, образуя более тяжелые ядра, такие как углерод и кислород.

ГЕЛИЕВАЯ ВСПЫШКА

При гелиевой вспышке реакции синтеза стремительно распространятся по ядру, воспламеняя сердце Солнца. Повышение давления и излучения от центра приведут к тому, что оболочка сгорания водорода станет менее плотной, а количество ядерных реакций снизится настолько, что, несмотря на два источника питания, Солнце станет менее ярким. Его диаметр также уменьшится, а температура на поверхности возрастет. Но горение гелия даст Солнцу лишь короткую передышку на пути к гибели. После сравнительно короткого периода (несколько десятков миллионов лет) ядро исчерпает и этот источник питания, и превращение в красного гиганта возобновится, так как выгоревший гелий также поднимется в оболочку вокруг ядра.

На этот раз отсрочки не будет. Внешние слои Солнца будут расширяться и охлаждаться по мере сжатия ядра, но условия в ядре никогда не достигнут тех параметров, которые необходимы для горения тяжелых элементов, таких как углерод. Так как оболочки горения водорода и гелия начнут опадать внутрь Солнца, вся звезда станет нестабильной, то увеличиваясь, то уменьшаясь в размерах и меняя яркость, поскольку в ней будут противостоять друг другу процессы расширения и сжатия.

КОЛЬЦА ДЫМА

Со временем периодические импульсы расширения во внешних слоях Солнца станут настолько сильными, что раздувшаяся звезда начнет сбрасывать свои внешние слои мерцающего газа со скоростью, достаточно высокой для преодоления ими ее гравитации. Из них сформируется прекрасная, но недолговечная планетарная туманность, называемая так из-за того, что на большом расстоянии она по форме будут напоминать планету.

По космической временной шкале планетарные туманности недолговечны. Срок их жизни – всего несколько тысяч лет, так как они сбрасывают большую часть полученного от звезды газа в межзвездное пространство, где он становится материалом для будущих звезд. Этот газ еще долго будет горячим и сияющим, поскольку он будет ионизироваться излучениями из горячей центральной части Солнца, теперь напрямую попадающими в космос. Хотя реакции в его ядре прекратились, оно все еще очень горячее и способно излучать агрессивный ультрафиолет.

ПОСЛЕДНИЙ АККОРД БЕЛОГО КАРЛИКА

Формирование планетарной туманности – необратимый процесс. Если Солнце сбросит свою оболочку, все последующие реакции будут неизбежны, пока не останется только раскаленное ядро. Оно, сжатое собственной силой тяжести в шар размером с Землю, к этому моменту станет белым карликом – выгоревшей звездой, содержащей один из наиболее плотных известных материалов. Ложка этого материала, состоящего из ядер углерода и кислорода, будет весить примерно как слон.

Этап белого карлика означает конец существования звезды солнечного типа. Ее ждет медленное охлаждение в течение многих миллионов лет. Со временем температура ядра упадет до уровня, при котором оно не будет даже сиять. Белый карлик станет черным карликом, забытым звездным остатком, мимо которого будут проноситься обугленные холодные остатки бывшей Солнечной системы.