Ako a kedy slnečná sústava zomrie

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 04:09

Máme ešte trochu času, asi 5-7 miliárd rokov.

Predtým sa okolo Zeme otáčali dva mesiace, ktoré sa potom spojili. Titan, satelit Saturnu, je ideálnym analógom našej planéty, môže mať život. A asteroidy, ktoré sú medzi Jupiterom a Plutom, sa z nejakého dôvodu nazývajú „kentaury“. O týchto a ďalších faktoch o vesmíre sa môžete dozvedieť z knihy „Keď mala Zem dva mesiace. Planéty ľudožrútov, ľadoví obri, bahenné kométy a ďalšie svietidlá nočnej oblohy “, ktorú nedávno vydalo vydavateľstvo„ Alpina non-fiction “.

Tvorcom fascinujúceho exkurzu do histórie slnečnej sústavy je Eric Asfog, americký planetárny vedec a astronóm. Autor pôsobí nielen v Laboratóriu pre štúdium planét a Mesiaca v Tucsone, ale aktívne sa zúčastňuje aj expedícií NASA. Napríklad misia Galileo, ktorá skúmala Jupiter a jeho mesiace. Lifehacker zverejňuje úryvok z prvej kapitoly práce vedca.

Podobne ako pri spaľovacom motore, ktorý sa pri štarte za studena niekedy rozhorí, mladé Slnko zažilo počas prvých niekoľkých miliónov rokov nepravidelné výbuchy vysokej aktivity. Hviezdy prechádzajúce týmto vývojovým štádiom sa nazývajú hviezdy T Tauri podľa dobre preštudovanej aktívnej hviezdy v zodpovedajúcom súhvezdí. Po prekonaní štádia pôrodných bolestí sa hviezdy nakoniec podriadia pravidlu, že najťažšie a najjasnejšie z nich budú modré, obrovské a veľmi horúce, zatiaľ čo tie najmenšie budú červené, chladné a matné.

Ak vykreslíte všetky známe hviezdy do grafu s modrými hviezdami naľavo, červenými na pravej strane, s tmavými na spodku a jasnými na vrchu, vo všeobecnosti sa zoradia pozdĺž čiary idúcej zľava hore. rohu do pravého dolného rohu. Táto čiara sa nazýva hlavná postupnosť a žlté Slnko je presne v jej strede. Aj hlavná sekvencia má veľa výnimiek, ako aj odnože, kde sídlia mladé hviezdy, ktoré sa do hlavnej sekvencie ešte nevyvinuli, a staré hviezdy, ktoré ju už opustili.

Slnko, veľmi obyčajná hviezda, vyžaruje svoje teplo a svetlo s takmer konštantnou intenzitou počas 4,5 miliardy rokov. Nie je taký malý ako červení trpaslíci, ktorí spaľujú mimoriadne hospodárne. Ale nie také veľké, aby zhoreli za 10 miliónov rokov, ako sa to stáva v prípade modrých obrov, ktorí sa stávajú supernovami.

Naše Slnko je dobrá hviezda a v nádrži máme stále dosť paliva.

Jeho svietivosť sa postupne zvyšuje, od svojho vzniku stúpla asi o štvrtinu, čo ju mierne posunulo po hlavnej sekvencii, no iné nároky na ňu prezentovať nebudete. Samozrejme, z času na čas sa stretávame s výronmi koronálnej hmoty, keď Slnko vyvrhne magnetoelektrickú bublinu a zaplaví našu planétu prúdmi žiarenia. Je iróniou, že dnes je naša umelá sieť najzraniteľnejšia voči efektu výronu koronálnej hmoty, pretože elektromagnetický impulz spojený s touto udalosťou môže narušiť prevádzku veľkých častí elektrickej siete na obdobie niekoľkých týždňov až dvoch rokov. V roku 1859 spôsobila najväčšia koronálna ejekcia v modernej histórii iskry v telegrafných úradoch a veľkolepú polárnu žiaru. V roku 2013 londýnska poisťovňa Lloyd's odhadla, že škody z takejto koronálnej emisie v moderných Spojených štátoch by boli od 0,6 do 2,6 bilióna dolárov. … Ale v porovnaní s tým, čo sa deje v iných planetárnych systémoch, je táto činnosť úplne neškodná.

Ale nebude to tak vždy. Asi o 5-7 miliárd rokov sa pre nás začne „súmrak bohov“, posledný zmätok, počas ktorého planéty opustia svoje obežné dráhy. Po opustení hlavnej postupnosti sa Slnko stane červeným obrom a o pár miliónov rokov pohltí Merkúr, Venušu a možno aj Zem. Potom sa stiahne a polovicu svojej hmoty vyhodí do vesmíru. Astronómovia zo susedných hviezd budú môcť na svojej oblohe pozorovať „novú“, rozpínajúcu sa škrupinu iskrivého plynu, ktorý o niekoľko tisíc rokov zmizne.

Slnko už nebude držať vonkajší Oortov oblak, ktorého telá pôjdu putovať medzihviezdnym priestorom ako kozmickí duchovia. To, čo z hviezdy zostane, sa bude zmršťovať, až kým sa nestane bielym trpaslíkom, mimoriadne hustým telesom, ktoré žiari bielym svetlom zo svojej gravitačnej energie – sotva živé, ale jasné, má veľkosť Zeme, no je miliardkrát ťažšie. Veríme, že toto je osud našej slnečnej sústavy, čiastočne preto, že Slnko je obyčajná hviezda a vidíme veľa príkladov takýchto hviezd v rôznych štádiách vývoja, a čiastočne preto, že naše teoretické chápanie takýchto procesov poskočilo dopredu a je v dobrej zhode s výsledkami pozorovaní.

Keď sa expanzia červeného obra skončí a Slnko sa stane bielym trpaslíkom, začnú naň špirálovito padať planéty, asteroidy a ďalšie pozostatky vnútornej slnečnej sústavy – najskôr v dôsledku spomalenia plynu, a potom v dôsledku pôsobenie slapových síl - kým superhusté zvyšky hviezdy nerozfúkajú planéty jednu po druhej. Nakoniec tu bude disk materiálov podobných Zemi, pozostávajúci najmä z odtrhnutých plášťov Zeme a Venuše, ktorý sa špirálovito zrúti na zničenú hviezdu.

Nie je to len fantázia: astronómovia vidia tento obrázok v spektroskopických ukazovateľoch niekoľkých susedných „znečistených bielych trpaslíkov“, kde sa horninotvorné prvky – horčík, železo, kremík, kyslík – nachádzajú v atmosfére hviezdy v množstvách zodpovedajúcich zloženie minerálov z triedy silikátov, ako je olivín. Toto je posledná pripomienka planét podobných Zemi z minulosti.

***

Planéty, ktoré vznikajú okolo hviezd, ktoré sú oveľa väčšie ako Slnko, budú mať menej zaujímavý osud. Masívne hviezdy horia pri teplotách stoviek miliónov stupňov, pričom pri prudkej fúzii spotrebúvajú vodík, hélium, uhlík, dusík, kyslík a kremík. Produkty týchto reakcií sa stávajú čoraz ťažšími prvkami, až kým hviezda nedosiahne kritický stav a exploduje ako supernova, rozptýli svoje vnútro v priemere niekoľkých svetelných rokov a súčasne vytvorí takmer všetky ťažké prvky. Otázka budúcnosti planetárneho systému, ktorý sa okolo neho mohol sformovať, sa mení na rétorickú.

Teraz sú všetky oči upierané na Betelgeuse, jasnú hviezdu, ktorá tvorí ľavé rameno súhvezdia Orion. Od Zeme je vzdialená 600 svetelných rokov, čo znamená, že nie je príliš ďaleko, ale našťastie nepatrí medzi našich najbližších susedov. Hmotnosť Betelgeuze je osemkrát väčšia ako hmotnosť Slnka a podľa evolučných modelov je stará asi 10 miliónov rokov.

V priebehu niekoľkých týždňov bude výbuch tejto hviezdy porovnateľný s jasom ako Mesiac a potom začne slabnúť; ak vás to nezaujalo, majte na pamäti, že zo vzdialenosti 1 astronomickej jednotky je to ako sledovať výbuch vodíkovej bomby na blízkom dvore. V priebehu geologického času supernovy explodovali oveľa bližšie k Zemi, ožiarili našu planétu a niekedy na nej viedli k hromadnému vymieraniu, ale žiadna z hviezd, ktoré sú nám najbližšie, teraz nevybuchne.

„Zásahová zóna“tohto typu supernovy je od 25 do 50 svetelných rokov, takže Betelgeuse pre nás nepredstavuje žiadnu hrozbu.

Keďže je pomerne blízko a má gigantickú veľkosť, je táto hviezda prvou, ktorú sme mohli detailne vidieť cez ďalekohľad. Hoci kvalita obrázkov je nízka, ukazujú, že Betelgeuse je zvláštne nepravidelný sféroid, pripomínajúci čiastočne vyfúknutý balón, ktorý urobí jednu otáčku okolo svojej osi za 30 rokov. Vidíme obrovský oblak alebo deformáciu od Pierra Kervellu a kol., “The Close Circumstellar Environment of Betelgeuse V. Rotation Velocity and Molecular Envelope Properties from ALMA,” Astronomy & Astrophysics 609 (2018), pravdepodobne spôsobenú globálnou tepelnou nerovnováhou. Zdá sa, že je naozaj pripravená každú chvíľu vybuchnúť. Ale po pravde, aby mal niekto z nás šancu uzrieť svetlo tejto udalosti, Betelgeuse musela v časoch Keplera a Shakespeara vyletieť na kusy.

Keď masívna hviezda vybuchne, dvere jej chemickej kuchyne sa vyhodia z pántov. Popol z termonukleárneho ohniska sa rozptýli všetkými smermi, takže hélium, uhlík, dusík, kyslík, kremík, horčík, železo, nikel a ďalšie produkty fúzie sa šíria rýchlosťou stoviek kilometrov za sekundu. Počas pohybu sú tieto atómové jadrá, dosahujúce maximálnu hmotnosť 60 atómových jednotiek, masívne bombardované prúdom vysokoenergetických neutrónov (častice s hmotnosťou rovnajúcou sa protónom, ale bez elektrického náboja), ktoré vychádzajú z kolabujúceho jadra hviezdy..

Z času na čas sa k nemu pripojí neutrón, ktorý sa zrazí s jadrom atómu; v dôsledku toho všetkého je výbuch supernovy sprevádzaný rýchlou syntézou zložitejších prvkov, ktoré sa považujú za nevyhnutné pre existenciu života, ako aj mnohých rádioaktívnych. Niektoré z týchto izotopov majú polčas rozpadu len sekúnd, iné, ako napr ⁶⁰Fe a ²⁶Al sa rozpadne asi za milión rokov, počas ktorých sa vytvorila naša protoplanetárna hmlovina, a tretia, povedzme ²³⁸U, k tomu vedie ešte dlhá cesta: zabezpečujú geologické zahrievanie na miliardy rokov Horný index zodpovedá celkovému počtu protónov a neutrónov v jadre – nazýva sa to atómová hmotnosť.

Toto sa stane, keď Betelgeuse vybuchne. Za sekundu sa jej jadro zmenší na veľkosť neutrónovej hviezdy – objektu tak hustého, že čajová lyžička jeho látky váži miliardu ton – a možno sa stane čiernou dierou. V tom istom momente vybuchne Betelgeuse asi 10⁵⁷ neutrína, ktoré unášajú energiu tak rýchlo, že rázová vlna hviezdu roztrhne.

Bude to ako výbuch atómovej bomby, ale biliónkrát silnejší.

Pre pozorovateľov zo Zeme bude Betelgeuze počas niekoľkých dní zvyšovať jas, kým hviezda nezaplaví svoju časť oblohy svetlom. V priebehu niekoľkých nasledujúcich týždňov vybledne a potom sa vkradne do žiariacej hmloviny oblaku plynu, ožiareného kompaktným monštrom v jej strede.

Supernovy blednú v porovnaní s kilonóznymi explóziami, ku ktorým dochádza, keď sa dve neutrónové hviezdy dostanú do pasce vzájomnej príťažlivosti a špirálovito sa zrazia Možno práve vďaka kilonovom sa vo vesmíre objavili ťažšie prvky ako zlato a molybdén. … Tieto dve telesá sú už nepredstaviteľne husté - každé má hmotnosť Slnka, zbalené do objemu 10-kilometrového asteroidu - takže ich spojenie spôsobuje gravitačné vlny, vlnenie v štruktúre priestoru a času.

Dlho predpovedané gravitačné vlny boli prvýkrát zaznamenané v roku 2015 miliardovým prístrojom s názvom LIGO Prvá gravitačná vlna bola zaznamenaná laserovým interferometrom Gravitational-Wave Observatory (LIGO) v septembri 2015. zlúčenie dvoch čiernych dier vo vzdialenosti 1,3 miliardy svetelných rokov od Zeme. (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, "Laser-interferometric gravitation-wave observatory"). Neskôr, v roku 2017, gravitačná vlna dorazila s rozdielom 1,7 sekundy so zábleskom gama žiarenia zaznamenaným úplne iným zariadením - ako blesk a záblesk.

Je úžasné, že gravitačné a elektromagnetické vlny (teda fotóny) putovali priestorom a časom miliardy rokov a zdá sa, že sú na sebe úplne nezávislé (gravitácia a svetlo sú odlišné veci), no napriek tomu dospeli k rovnaký čas. Možno je to triviálny alebo predvídateľný jav, ale pre mňa osobne táto synchronicita gravitácie a svetla naplnila jednotu Vesmíru hlbokým významom. Výbuch kilonovy pred miliardou rokov, pred miliardou svetelných rokov, sa zdá ako vzdialený zvuk zvonu, pri zvuku ktorého sa cítite ako nikdy predtým v spojení s tými, ktorí môžu existovať niekde v hlbinách vesmíru. Je to ako pozerať sa na mesiac, myslieť na svojich blízkych a pamätať si, že aj oni ho vidia.

Ak chcete vedieť, ako vznikol vesmír, kde inde môže existovať život a prečo sú planéty také odlišné, táto kniha je určite pre vás. Eric Asfog podrobne rozpráva o minulosti a budúcnosti slnečnej sústavy a vesmíru všeobecne.

Alpina Non-Fiction dáva čitateľom Lifehacker zľavu 15 % na papierovú verziu Keď mala Zem dva mesiace pomocou promo kódu TWOMOONS.