Kuidas ja millal päikesesüsteem sureb

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 03:53

Meil on veel veidi rohkem aega, umbes 5-7 miljardit aastat.

Varem tiirles ümber Maa kaks kuud, mis seejärel ühinesid. Saturni satelliit Titan on meie planeedi ideaalne analoog, sellel võib olla elu. Ja asteroide, mis asuvad Jupiteri ja Pluuto vahel, nimetatakse millegipärast "kentauriteks". Nende ja teiste kosmosealaste faktide kohta saate teada raamatust „Kui Maal oli kaks kuud. Kannibali planeedid, jäähiiglased, mudakomeedid ja muud öötaeva valgustid”, mille avaldas hiljuti kirjastus “Alpina non-fiction”.

Põneva päikesesüsteemi ajaloo ekskursiooni looja on Eric Asfog, Ameerika planeediteadlane ja astronoom. Autor mitte ainult ei tööta Tucsonis asuvas Planeetide ja Kuu uurimise laboris, vaid osaleb aktiivselt ka NASA ekspeditsioonidel. Näiteks Galileo missioon, mis uuris Jupiterit ja selle kuud. Lifehacker avaldab katkendi teadlase töö esimesest peatükist.

Nagu sisepõlemismootor, mis mõnikord süttib külma käivitamisel, koges noor Päike esimese paari miljoni aasta jooksul ebaregulaarseid suure aktiivsuse puhanguid. Selle arenguetapi läbivaid tähti nimetatakse T Tauri tähtedeks vastavas tähtkujus hästi uuritud aktiivse tähe järgi. Olles läbinud sünnipiinade staadiumi, alluvad tähed lõpuks reeglile, et kõige raskemad ja heledamad neist muutuvad siniseks, hiigelsuureks ja väga kuumaks, väikseimad aga punaseks, jahedaks ja tuhmiks.

Kui kujutate kõik teadaolevad tähed graafikule, kus sinised tähed on vasakul, punased tähed paremal, tuhmid tähed all ja heledad üleval, siis reastuvad need üldiselt mööda vasakust ülaosast kulgevat joont. nurgast paremasse alumisse nurka. Seda rida nimetatakse põhijadaks ja kollane Päike on täpselt selle keskel. Samuti on põhijadal palju erandeid, aga ka võrseid, kus elavad noored tähed, kes pole veel põhijadaks arenenud, ja vanad tähed, kes on sellest juba lahkunud.

Päike, väga tavaline täht, kiirgab oma soojust ja valgust peaaegu püsiva intensiivsusega 4,5 miljardi aasta jooksul. See pole nii väike kui punased kääbused, mis põlevad ülimalt ökonoomselt. Kuid mitte nii suur, et see 10 miljoni aastaga ära põleks, nagu juhtub supernoovadeks muutuvate siniste hiiglastega.

Meie päike on hea täht ja meie paagis on veel piisavalt kütust.

Selle heledus suureneb järk-järgult, olles alates selle loomisest tõusnud umbes veerandi võrra, mis nihutas seda pisut mööda põhijada, kuid te ei esita sellele muid väiteid. Muidugi puutume aeg-ajalt kokku koronaalse massi väljutamisega, kui Päike paiskab välja magnetoelektrilise mulli ja ujutab meie planeeti kiirgusvoogudega. Irooniline on aga see, et tänapäeval on meie tehisvõrk koronaalmassi väljutamise mõju suhtes kõige haavatavam, sest selle sündmusega seotud elektromagnetimpulss võib mitme nädala kuni kahe aasta jooksul häirida suurte elektrivõrgu osade tööd. 1859. aastal tekitas uusaja ajaloo suurim koronaalheitmine telegraafikontorites sädemeid ja suurepäraseid aurora borealis'e. 2013. aastal hindas Londoni kindlustusselts Lloyd's, et tänapäevastes Ameerika Ühendriikides ulatub sellise koronaalheite kahju 0,6–2,6 triljoni dollarini. … Kuid võrreldes teistes planeedisüsteemides toimuvaga on see tegevus täiesti kahjutu.

Kuid see ei pruugi alati nii olla. Umbes 5-7 miljardi aasta pärast algab meie jaoks "jumalate videvik", viimane segadus, mille käigus planeedid oma orbiitidelt lahkuvad. Pärast põhijadast lahkumist muutub Päike punaseks hiiglaseks ja neelab mõne miljoni aasta pärast endasse Merkuuri, Veenuse ja võib-olla ka Maa. Siis tõmbub see kokku, paiskades poole oma massist kosmosesse. Naabertähtede astronoomid saavad oma taevas jälgida "uut, laienevat sädeleva gaasi kesta", mis mõne tuhande aasta pärast kaob.

Päike ei hoia enam kinni välimist Oorti pilve, mille kehad lähevad kosmiliste kummitustena läbi tähtedevahelise ruumi rändama. Tähest järelejäänu tõmbub kokku, kuni sellest saab valge kääbus, äärmiselt tihe keha, mis paistab oma gravitatsioonienergiast valge valgusega – vaevu elus, kuid särav, Maa-suurune, kuid miljard korda raskem. Usume, et see on meie päikesesüsteemi saatus, osaliselt seetõttu, et Päike on tavaline täht ja me näeme selliste tähtede kohta palju näiteid evolutsiooni erinevates etappides, ja osaliselt seetõttu, et meie teoreetiline arusaam sellistest protsessidest on hüppeliselt edasi arenenud. on vaatluste tulemustega hästi kooskõlas.

Pärast seda, kui punase hiiglase paisumine lõpeb ja Päike muutub valgeks kääbuseks, hakkavad sellele spiraalina langema planeedid, asteroidid ja muud sisemise päikesesüsteemi jäänused – esmalt gaasi aeglustumise tõttu ja seejärel loodete jõudude toime – kuni ülitihedate jäänuste tekkimiseni ei puhu tähed planeete ükshaaval tükkideks. Lõppkokkuvõttes tekib maataolistest materjalidest ketas, mis koosneb peamiselt Maa ja Veenuse lahtirebitud vahevöödest, mis liigub spiraalselt alla hävinud tähele.

See pole pelgalt fantaasia: astronoomid näevad seda pilti mitme naabruses asuva "saastunud valge kääbuse" spektroskoopilistes näitajates, kus kivimit moodustavaid elemente - magneesiumi, rauda, räni, hapnikku - leidub tähe atmosfääris koguses, mis vastab silikaatide klassi mineraalide koostis, nagu oliviin. See on viimane meeldetuletus mineviku Maa-sarnastest planeetidest.

***

Planeetidel, mis moodustuvad Päikesest palju suuremate tähtede ümber, on vähem huvitav saatus. Massiivsed tähed põlevad sadade miljonite kraadide temperatuuridel, tarbides ägedas ühinemises vesinikku, heeliumi, süsinikku, lämmastikku, hapnikku ja räni. Nende reaktsioonide produktid muutuvad üha raskemateks elementideks, kuni täht jõuab kriitilisse olekusse ja plahvatab nagu supernoova, hajutades oma sisemuse laiali mitme valgusaasta läbimõõduga ja moodustades samal ajal peaaegu kõik rasked elemendid. Küsimus planeedisüsteemi tulevikust, mis selle ümber võis tekkida, muutub retooriliseks.

Nüüd on kõigi pilgud suunatud Betelgeusele, eredale tähele, mis moodustab Orioni tähtkuju vasaku õla. See asub Maast 600 valgusaasta kaugusel, mis tähendab, et see pole liiga kaugel, kuid õnneks mitte meie lähimate naabrite seas. Betelgeuse mass on kaheksa korda suurem Päikese massist ja evolutsioonimudelite järgi on see umbes 10 miljonit aastat vana.

Paari nädala jooksul on selle tähe plahvatus heleduse poolest võrreldav Kuu säraga ja siis hakkab see tuhmuma; kui see teile muljet ei avaldanud, siis pidage meeles, et 1 astronoomilise ühiku kaugusel on see nagu vesinikupommi plahvatus lähedal asuvas hoovis. Geoloogilise aja jooksul on supernoovad plahvatanud Maale palju lähemale, kiiritades meie planeeti ja viinud mõnikord sellel massilise väljasuremiseni, kuid ükski meile lähim täht ei plahvata praegu.

Seda tüüpi supernoova "löögiala" on 25–50 valgusaastat, seega ei kujuta Betelgeuse meile ohtu.

Kuna see on suhteliselt lähedal ja hiiglasliku suurusega, on see täht esimene, mida saime teleskoobi kaudu üksikasjalikult näha. Kuigi piltide kvaliteet on kehv, näitavad need, et Betelgeuse on kummaliselt ebakorrapärane kerakuju, mis meenutab osaliselt tühjendatud õhupalli, mis teeb 30 aastaga ühe pöörde ümber oma telje. Näeme tohutut tulva või deformatsiooni, mille autor on Pierre Kervella jt, „The Close Circumstellar Environment of Betelgeuse V. Rotation Velocity and Molecular Envelope Properties from ALMA”, Astronomy & Astrophysics 609 (2018), mis võib olla põhjustatud globaalsest termilise tasakaalustamatusest. Näib, et ta on tõesti valmis iga hetk plahvatama. Kuid tegelikult, selleks, et keegi meist saaks selle sündmuse valgust näha, pidi Betelgeuse Kepleri ja Shakespeare'i päevil puruks lendama.

Kui massiivne täht plahvatab, lendavad selle keemiaköögi uksed hingedest lahti. Termotuumakoldest pärit tuhk paiskub igas suunas laiali, nii et heelium, süsinik, lämmastik, hapnik, räni, magneesium, raud, nikkel ja muud termotuumaproduktid levivad sadade kilomeetrite sekundis. Liikumise käigus pommitab neid aatomituumasid, mille maksimaalne mass on 60 aatomiühikut, massiliselt kokkuvarisevast tähesüdamikust väljuv suure energiaga neutronite voog (osakesed, mis on massilt võrdsed prootonitega, kuid ilma elektrilaenguta)..

Aeg-ajalt kinnitub selle külge mõni neutron, põrkudes kokku aatomi tuumaga; kõige selle tulemusena kaasneb supernoova plahvatusega elu eksisteerimiseks vajalikuks peetavate keerukamate ja ka paljude radioaktiivsete elementide kiire süntees. Mõnede nende isotoopide poolestusaeg on vaid sekundeid, teistel, nt ⁶⁰Fe ja ²⁶Al, lagunemine umbes miljoni aasta jooksul, mis kulus meie protoplanetaarse udukogu tekkeks, ja kolmas, ütleme ²³⁸U, siin on veel pikk tee minna: need tagavad geoloogilise kütte miljardeid aastaid. Üleindeks vastab tuumas olevate prootonite ja neutronite koguarvule – seda nimetatakse aatommassiks.

See juhtub siis, kui Betelgeuse plahvatab. Sekundiga kahaneb selle tuum neutrontähe suuruseks – objektiks, mis on nii tihe, et teelusikatäis selle ainet kaalub miljard tonni – ja võib-olla muutub see mustaks auguks. Samal hetkel purskab Betelgeuse umbes 10⁵⁷ neutriinod, mis kannavad energiat nii kiiresti minema, et lööklaine rebib tähe laiali.

See on nagu aatomipommi plahvatus, kuid triljoneid kordi tugevam.

Maalt vaatlejate jaoks suureneb Betelgeuse heledus mitme päeva jooksul, kuni täht ujutab oma osa taevast valgusega üle. Järgmise paari nädala jooksul see tuhmub ja hiilib seejärel hõõguvasse gaasipilve udukogusse, mida kiiritab selle keskel asuv kompaktne koletis.

Supernoovad kahvatuvad kilonoossete plahvatuste ees, mis tekivad siis, kui kaks neutrontähte langevad vastastikuse külgetõmbe lõksu ja spiraalselt kokku põrkuvad Võib-olla just tänu kilonovidele ilmusid kosmosesse raskemad elemendid nagu kuld ja molübdeen. … Need kaks keha on juba hoomamatult tihedad – kummalgi on Päikese mass, mis on pakitud 10-kilomeetrise asteroidi ruumalasse –, mistõttu nende ühinemine põhjustab gravitatsioonilaineid, lainetust ruumi ja aja struktuuris.

Kaua ennustatud gravitatsioonilained registreeriti esmakordselt 2015. aastal miljardi dollari suuruse instrumendiga LIGO. Esimese gravitatsioonilaine registreeris Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) 2015. aasta septembris. Kahe musta augu ühinemine 1,3 kaugusel miljardit valgusaastat Maast. (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, "Laser-interferometric gravitational-wave Observatory"). Hiljem, 2017. aastal, saabus gravitatsioonilaine 1,7-sekundilise erinevusega gammakiirguse purskega, mis registreeriti hoopis teise seadmega – nagu äike ja välgusähvatus.

On hämmastav, et gravitatsiooni- ja elektromagnetlained (st footonid) on rännanud läbi ruumi ja aja miljardeid aastaid ning tundub, et nad on üksteisest täiesti sõltumatud (gravitatsioon ja valgus on erinevad asjad), kuid jõudsid siiski sama aeg. Võib-olla on see triviaalne või etteaimatav nähtus, kuid minu jaoks isiklikult täitis gravitatsiooni ja valguse sünkroonsus Universumi ühtsuse sügava tähendusega. Kilonoova plahvatus miljard aastat tagasi, miljard valgusaastat, tundub kauge kellahelina, mille helin tekitab tunde, et pole kunagi varem sidet nendega, kes kusagil kosmosesügavuses eksisteerivad. See on nagu kuu vaatamine, oma lähedastele mõtlemine ja meelde tuletamine, et ka nemad näevad seda.

Kui soovite teada, kuidas universum tekkis, kus veel elu saab eksisteerida ja miks planeedid on nii erinevad, on see raamat kindlasti teie jaoks. Eric Asfog räägib üksikasjalikult päikesesüsteemi minevikust ja tulevikust ning kosmosest üldiselt.

Alpina Non-Fiction annab Lifehackeri lugejatele TWOMOONSi sooduskoodi kasutades 15% allahindlust raamatu Kui Maa oli kaks kuud paberversioonilt.