Когда Солнце станет красным гигантом, какая судьба ждет Землю и другие планеты?

Будущее для жизни в её привычном нам виде выглядит светлым — даже слишком, — как только Солнце превратится в звезду-красного гиганта.

С приходом лета и ростом температур в Северном полушарии невозможно не думать о том, как сильно Солнце влияет на жизнь на нашей планете. Оно — главный источник всего нашего света и тепла, обеспечивающий ровно столько, сколько нужно для поддержания хрупкого климатического баланса, который мы так ценим. И это не совпадение: жизнь на Земле эволюционировала под влиянием Солнца и, со временем, приспосабливается к любым изменениям.

Однако приспособиться к прихотям звезды — задача не из лёгких. День за днём Солнце может казаться неизменным, но если взглянуть на временной отрезок в миллионы или даже миллиарды лет, то всё меняется — и очень сильно. И не всегда в лучшую сторону.

Например, в своём термоядерном ядре каждую секунду Солнце превращает около 700 миллионов тонн водорода в 695 миллионов тонн гелия. Недостающие пять миллионов тонн преобразуются в энергию (согласно всеми любимой формуле E = mc²). Этого, как выясняется, достаточно, чтобы питать энергией целую звезду. Если вам нравятся умопомрачительные цифры, то Солнце производит 4 x 10²⁶ ватт энергии — 400 триллионов триллионов ватт. Другими словами, энергии, которую наша звезда излучает за одну секунду, хватит, чтобы обеспечить всё человечество примерно на 650 000 лет.

Этого также достаточно, чтобы согревать нашу планету до её нынешнего комфортного климата. Фактически, используя базовые принципы физики, можно математически рассчитать, насколько тёплой должна быть Земля при данной интенсивности излучения Солнца. Эта солнечная энергия распространяется в космос во всех направлениях, и крошечная её часть (около одной двухмиллиардной) перехватывается Землёй, нагревая нашу планету. Насколько сильным будет этот нагрев, зависит от нескольких факторов: фактической интенсивности излучения Солнца, расстояния до Земли, её отражающей способности и многого другого. Если произвести расчёты, то средняя расчётная температура Земли сегодня составляет примерно –15 градусов по Цельсию, что ниже точки замерзания воды.

Фактические измерения температуры Земли, однако, показывают гораздо более тёплую среднюю температуру — около 15 °C. Разница объясняется тем, что парниковые газы в атмосфере, по сути, улавливают солнечное тепло, нагревая Землю выше расчётной температуры. Имейте в виду, это потепление вызвано в основном естественными парниковыми газами, но мы ежегодно выбрасываем в атмосферу около 40 миллиардов тонн углекислого газа, что значительно усиливает согревающий эффект. Отметьте, что это увеличение произошло за последнее столетие или около того — слишком короткий промежуток времени, чтобы заметить какие-либо изменения со стороны Солнца. Таким образом, нынешнее изменение климата на Земле — полностью наша вина.

Но производство энергии Солнцем действительно заметно меняется — в масштабах сотен миллионов лет. Гелий, образующийся в ядре, инертен; его можно считать «золой» или «шлаком» ядерного синтеза. Он оседает в центре Солнца, со временем накапливаясь (со скоростью 695 миллионов тонн в секунду!). По мере набора массы он также сдавливается огромным весом верхних слоёв Солнца и уплотняется. Основной закон физики гласит, что при сжатии газ нагревается, поэтому, хотя скорость синтеза остаётся в основном прежней, ядро Солнца со временем медленно нагревается, а значит, и само Солнце становится ярче.

Поэтому, если мы промотаем время на эон-другой вперёд, нас ждёт катастрофа. По мере того как Солнце будет становиться ярче, оно сначала настолько повысит температуру Земли, что мы потеряем весь водяной пар в атмосфере, а затем, в конечном итоге, и всю воду на поверхности планеты. Наши океаны испарятся. Это глобальное высыхание фактически ставит крест на всей жизни на Земле. Впрочем, если это может служить утешением, произойдёт это лишь через три миллиарда лет.

После этого реакции в ядре Солнца сильно усложняются, но главный итог в том, что энерговыделение нашей звезды со временем колоссально возрастёт. Вся эта энергия будет выброшена во внешние слои Солнца. При нагревании газ расширяется, поэтому Солнце раздуется до огромных размеров — в 100-150 раз больше, чем сейчас. При этом температура его поверхности упадёт, и оно станет более красным, но излучать энергии будет в 2400 раз больше, чем сейчас. Так Солнце превратится в красного гиганта.

Солнце станет настолько большим, что поглотит Меркурий и Венеру. Земля может избежать этой участи; астрономы спорят, достигнет ли расширяющееся Солнце Земли или нет. На данный момент прогнозы неутешительны.

Даже если Земля уцелеет, картина будет безрадостной. Температура нашей планеты составит около 1300 °C — достаточно горячо, чтобы расплавить свинец. Днём породы на поверхности будут плавиться, и Земля превратится в мир лавы. Кроме того, при таком нагреве наша планета потеряет свою атмосферу, которая улетучится в космос.

Есть ли у Земли способ избежать этой участи? И как сложатся дела у других планет?

Отвечая на оба этих вопроса честно и по порядку: «не совсем» и «не очень». Есть небольшая отсрочка, поскольку по мере расширения Солнца его солнечный ветер станет гораздо мощнее — настолько, что Солнце потеряет значительную часть своей массы. Это означает, что гравитация нашей звезды ослабнет, и планеты сместятся дальше от центральной «доменной печи» Солнечной системы.

Но этого недостаточно. Юпитер, с его нынешней прохладной температурой в –110 °C, нагреется до более чем 300 °C. Его ледяные спутники расплавятся и начнут выкипать. Там мы не найдём убежища.

Если вы захотите найти хоть сколько-нибудь сносный климат где-либо в Солнечной системе того далёкого будущего, возможно, придётся обратить взор на Плутон, который в то время будет в 50 раз дальше от Солнца, чем сейчас Земля. Температура на его поверхности составит примерно –10 °C. Это всё ещё прохладно, но вспомним о парниковом эффекте: на Плутоне много замёрзшего метана и углекислого газа, так что эти льды могут испариться и, возможно, обеспечат достаточное удержание тепла, чтобы сделать этот крошечный мир хоть сколько-нибудь комфортным, если не пригодным для жизни.

Что потом? Дальше — хуже, если вы можете себе такое представить. Солнце сбросит свои внешние оболочки, и его ядро обнажится, превратившись в то, что астрономы называют белым карликом. Хотя это ядро невероятно горячее, оно размером всего лишь с Землю — настолько маленькое, что даёт планетам очень мало тепла. Они снова остынут, и в конечном итоге их температура упадёт намного ниже точки замерзания любой биологически полезной молекулы.

Если в этом и есть хоть какая-то хорошая новость, то она заключается в том, что всё это произойдёт лишь через много миллиардов лет. Кто знает, каким к тому времени станет человечество и будем ли мы ещё существовать? Если да, что ж, новые звёзды рождаются постоянно, и у них тоже будут планеты. Собирать вещи и переезжать — занятие не из приятных, но если ваш дом горит, выбора особо нет. Возможно, мы сможем найти другие Земли, где получится обосноваться на эон-другой, прежде чем весь этот процесс начнётся снова.