Глава 32 Гибель солнца

Глава 32

Гибель солнца

Если день останется без солнца,

Чем станет жизнь?

Коул Портер, Do I Love You, Do I?

Солнца падают на солнца, вселенные рушатся,

Все кубарем летит, угасши, в центр тьмы.

И тьма, и ночь, и хаос смешивают все!

Эразм Дарвин[987]

Впоследнем томе “Хроник Нарнии” К. С. Льюиса волшебный мир гибнет, когда взрывается его солнце: “Наконец взошло солнце… Они сразу поняли, что и это солнце умрет. Оно было в три раза – в двадцать раз – больше, чем обыкновенно, и темно-красного цвета… и, отражая солнце, все пространство безбрежной воды выглядело как кровь”[988]. То же произойдет и во всех прочих мирах, и с нашим солнцем тоже. Но еще до наступления этого мига нам придется, если получится, пережить некоторые другие ужасные события. Айзек Азимов, например в “Выборе катастроф”, рассматривает возможность столкновения Солнца и Земли, если они слегка отклонятся от нынешних орбит. Азимов в итоге отвергает такую возможность, но совсем другое дело – возможность столкновения Солнца с другими звездами.

Солнце находится в 32 тыс. световых лет от центра нашей галактики, состоящей из сотен миллиардов звезд; оно вращается вокруг центра со скоростью около 250 км / с, полностью завершая оборот за 200 млн лет – за все время своего существования оно сделало 24–25 оборотов. За прошедшие 13,73 млрд лет истории вселенной звезды в нашей галактике, по всей видимости, уже распределились по орбитам, не предусматривающим дальнейших столкновений. Но все же остается вероятность того, что звезда-скиталица или шаровидное скопление звезд изменят направление движения и если и не столкнутся с нашим Солнцем, то пройдут достаточно близко, чтобы изменить его орбиту, что, несомненно, окажет воздействие на жизнь на Земле.

Шансы такой катастрофы, признает Азимов, “на самом деле совершенно ничтожны”, и он указывает на то, что мы в любом случае будем предупреждены об этом, вероятно, за миллион лет. Но, например, блуждающая черная дыра (следующая категория в азимовском списке катастроф) может оказаться замеченной всего за несколько лет до сближения: в 2005 году ученые обнаружили дыру размером с нашу солнечную систему, которая поглотила материю массой в 300 млн наших солнц – к счастью, она находилась от нас на расстоянии в 26 тыс. световых лет (250 000 000 000 000 000 км) – дистанция, примерно в 63 тыс. раз превышающая расстояние от Земли до Солнца. Если маленькая черная дыра столкнется с Солнцем, наша звезда, вероятно, сможет поглотить ее без серьезных последствий; с другой стороны, всегда остается шанс, что это приведет либо к коллапсу Солнца, либо к его взрыву: оба варианта для землян катастрофичны. Дальше Азимов рассматривает кластеры антиматерии и “субзвезды” (или “свободные планеты”), которые могут перейти дорогу Солнцу и нанести ему ущерб: но если так рассуждать, то теоретически и Бритни Спирс может получить премию “Оскар”. Такое ощущение, что писатель отмечает все физически возможное, пусть и практически невероятное.

За прошедшие с момента выхода книги Азимова десятилетия вероятность столкновения Земли с астероидом неоднократно подтверждалась. Вот чего в нашей системе хватает, чтобы беспокоиться: 1,1–1,9 млн астероидов, и каждый месяц открывают 5 тыс. новых[989]. В октябре 2010 года сообщалось, что астероид около 9 м в поперечнике пролетел всего в 45 тыс. км над Сингапуром – опасное сближение. Ученые прогнозируют, что в 2029 году трехсотметровый астероид пройдет мимо Земли на расстоянии в 24 тыс. – 40 тыс. км, а потом ляжет на обратный курс, чтобы, возможно, совершить прямое попадание в 2034 году[990]. Атмосферу Земли постоянно вспарывают разнообразные объекты размерами от баскетбольного мяча (несколько раз в день) до автомобиля (дважды в год). В настоящее время LSST (Большой обзорный телескоп НАСА) сканирует небо в поисках таких атак, и Солнце здесь тоже играет свою роль: дело в том, что у телескопа есть слепое пятно – объекты, оказывающиеся прямо перед Землей или непосредственно за ней, легко теряются в блеске Солнца. Солнечный свет воздействует и на вращение астероидов менее 1,5 км диаметром: по мере поглощения солнечных лучей их вращение меняет характер, они ускоряют осевое вращение “подобно шарикам пинбола в струе воздуха”[991]. Многие под этим воздействием разламываются на части, но, если бы астероид направлялся на Землю, нам, чтобы отклонить его, пришлось бы менять его скорость, согласно недавним подсчетам, на один миллиметр в секунду, начав за десять лет до потенциального столкновения[992].

Так или иначе, вопрос стабильности солнечной системы интриговал и мучил астрономов на протяжении уже более чем двух столетий. К смущению ученых, этот вопрос долгое время был связан с одним из сложнейших и неразрешимых вычислений в небесной механике. Но задолго до того, как такие вычисления стали возможны, суеверие и невежество начали выдвигать собственные зловещие предсказания. В скандинавских мифах, например, Солнце в конце концов слабеет, за этим следуют три жутких года “великанской зимы” Фимбулвинтер, во время которой Земля оказывается скованной кошмарным морозом, а потом наступает Рагнарек, когда опускается вечная тьма, Солнце и Луну пожирают огромные волки, что возвещает конец всего сущего. Эти верования затрагивают больную тему: Чарльз Дарвин в 1865 году в письме другу высказал “собственный детский страх… что однажды Солнце остынет и все мы замерзнем”[993]. Закат нашего мира часто связывался с гибелью Солнца, хотя, конечно, во времена Дарвина источник звездной энергии не был известен, термоядерная реакция еще не была открыта. Теперь, когда мы знаем, откуда Солнце берет свою энергию и что его запасы водорода конечны, мы можем придумывать сценарии наступления конца света.

Жизнь Солнца поддерживается в состоянии идеального баланса: звезда стремится схлопнуться под воздействием собственной гравитации, но одновременно энергия термоядерной реакции в ее ядре создает расширяющую силу, и эти силы уравновешивают друг друга. Солнце может сохранять свой размер только в случае равновесия этих противоположных сил, что требует все более быстрого потребления водорода. В определенный момент это топливо закончится. Фотосфера нашей звезды состоит на 90 % из водорода, на 9,9 % из гелия и еще из смеси шестидесяти семи элементов, таких как железо, кальций и натрий, а также восемнадцати химических соединений, из которых изначально образовалось Солнце (хотя ядерные реакции упорно продолжают менять состав солнечного ядра, где плазма сжата до такого давления и температуры, что вызывает термоядерный синтез). Чем больше звезда, тем она горячее и тем быстрее сжигает собственный водород. Звезды, более массивные, чем Солнце, сжигают свое ядерное топливо гораздо быстрее, потому что дают гораздо более высокую температуру.

Эти процессы происходят во вселенной уже миллиарды лет и будут продолжаться еще много миллиардов. Как минимум 2,5 млрд лет назад Солнце сжалось до диаметра в 300 млн км, затем уменьшилось до диаметра нынешней орбиты Земли. После этого в какой-то момент образовалась Земля (примерно тогда же Солнце начало излучать свет). Солнце продолжает свое сжатие, но не с такой скоростью, чтобы это предвещало его скорый конец: оно теряет несколько миллионов тонн материи ежесекундно – массовый эквивалент энергии, которую оно производит своими термоядерными реакциями. Еще несколько миллионов тонн выбрасываются солнечным ветром и другими частицами.

В конечном итоге Солнце охладится, но сперва ему придется пройти через долгий период, в течение которого оно будет становиться все горячее. По мере превращения в солнечном ядре водорода в гелий сжатие будет усиливать гравитационное поле Солнца и поднимать его внутреннюю температуру, так что оно начнет немного расширяться. Наконец оно нагреется до такой степени, что начнутся новые термоядерные реакции, ядра гелия станут образовывать ядра более тяжелых элементов, таких как углерод, кислород, магний и кремний, но к этому времени равновесие будет нарушено, начнется процесс расширения. Солнце распухнет, в поперечнике станет примерно в 256 раз больше, чем сегодня, и в 2730 раз ярче, излучая гораздо интенсивнее своей расширившейся поверхностью, – оно превратится в красного гиганта.

В течение следующих нескольких миллиардов лет Солнце будет спокойно и планомерно синтезировать атомы, только вместо сжигания водорода, который начнет истощаться, оно перестроит свою структуру, чтобы сжигать следующее топливо, имеющееся в больших количествах, – гелий. Для этого ему придется поднять температуру ядра еще выше – внутренние области сожмутся и станут еще горячее. Одновременно с этим внешние области еще больше расширятся. В свой последний миллиард лет Солнце станет еще на 10 % ярче, нагревая земную поверхность до температуры в 2000 °C, от которой планета начнет плавиться. Вот как Деннис Овербай изображает эту картину:

Скользя по объятой пламенем кромке гиганта, голая, выжженная Земля своей гравитацией произведет на Солнце небольшое выпячивание материи. Но трение притормозит это вздутие на его пути по направлению к Земле. Гравитационное же усилие со стороны вздутия замедлит Землю и спровоцирует ее движение по спирали вниз, где трение о газы солнечной расширившейся атмосферы замедлит ее еще больше. Затем она устремится прямиком вниз [на Солнце][994].

Научный консенсус обещает нам около 5,7 млрд лет жизни на нашей планете, но не человеческой жизни, продолжительность которой будет значительно короче. Нашими долгосрочными противниками окажутся жара и нехватка двуокиси углерода: через 500 млн лет концентрация этого газа в атмосфере окажется слишком низкой для того, чтобы растения могли продолжать процесс фотосинтеза, средняя температура на Земле поднимется до 49 °C. В течение следующего миллиарда лет после исчезновения растений атмосфера заполнится паром, как это было на заре планеты, и будет прожариваться интенсивным солнечным светом. Через 2,5 млрд лет исчезнет последняя водяная молекула, и Земля превратится в жаркий мертвый мир, покрытый расплавленной породой.

Предположительно Земля может избежать поглощения Солнцем, в отличие от Меркурия и Венеры. Эти две планеты будут проглочены Солнцем, как только оно достигнет максимума в своей новой роли красного гиганта. Последние исследования показывают, что, хотя Земля и находится примерно на границе между сценарием поглощения Солнцем и спасением, первый вариант более вероятен. Но, если наша планета и останется за пределами огромного раздутого Солнца, его непомерный жар все равно испарит ее.

Если все же Земля избежит и той и другой судьбы, что это будет значить для нас? Сохранится ли какая-то возможность для продолжения человеческой жизни? Один такой сценарий предполагается, судя по происходящему с планетами соседней галактики. Примерно два раза в месяц мы обнаруживаем очередной мир: задокументировано уже около семисот пятидесяти таких миров. В 2007 году астрономы наткнулись на планету земного типа, названную V 391 Pegasi – газовый гигант примерно в три раза массивнее Юпитера, вращающийся на расстоянии в 240 млн км от слабой звезды в созвездии Пегаса. Эта звезда вспыхнула красным гигантом и потеряла половину своей массы, но не уничтожила планету. Возможно, если смог выжить V 391 Pegasi, сможет и Земля[995].

Что касается других возможностей, то, как предполагает Айзек Азимов, “во всяком случае налицо заблаговременное предупреждение. Если человечество переживет эти миллиарды лет, в течение них оно будет знать, что ему надо как-то планировать спасение. Поскольку технологическая компетенция человечества возрастает… спасение может стать возможным”. Так что нам нужно будет не только составлять расписание разных этапов гибели Солнца, но одновременно и искать способы мигрировать с нашей планеты или отодвинуть ее саму подальше от расширяющегося Солнца. Особенно опасным временем для человечества станет конец первой фазы красного гиганта, когда яркость Солнца достигнет такой степени, что его гелий воспламенится в одной гигантской вспышке-взрыве. Еще один рискованный момент наступит, когда Солнце отбросит внешние слои, уменьшив свою массу и ослабив гравитационное поле, – это сразу ослабит его хватку по отношению к оставшимся планетам (включая нашу). Не будучи больше удерживаемыми на орбитах, планеты могут столкнуться друг с другом или даже налететь на Солнце. На этом этапе мне уже хочется найти утешение в футурологическом прогнозе Вуди Аллена: “Я подумал, что, если великое золотое солнце неожиданно взорвется, наша планета сорвется с орбиты и рванет куда-то в бесконечность – еще один хороший повод всегда носить с собой мобильный телефон”[996].

Сгенерированная с помощью компьютера иллюстрация, изображающая Солнце 5 млрд лет спустя, накаляющее гибнущую Землю. Океаны уже испарились, оставив соляные скалы. Луна проходит перед огромным раздутым Солнцем, уже вошедшим в первую стадию красного гиганта (Detlev van Ravenswaay / Photo Researchers, Inc)

Но еще не все потеряно. Человеческая изощренность не знает границ, мы уже исследуем практические возможности перемещения на другие планеты солнечной системы, на один из планетных спутников или же вообще за пределы этой системы. Одна из возможностей, пусть пока еще и далекая, – использование небольших ядерных бомб для приведения в движение космического корабля: эти заряды должны взрываться поочередно, выводя корабль на постоянный курс от Земли или по направлению к какой-то пригодной для обитания планете. Президент Обама уже объявил целью высадку астронавтов в 2025 году на астероид как промежуточный шаг перед отправкой человека на Марс. Еще одну идею недавно, в 2001 году, выдвинули Дон Корыцански и Грегори Лафлин (Университет Калифорнии, Санта-Крус) и Фред Адамс (Мичиганский университет). Она заключается в том, что подобно тому, как космические зонды могут разгоняться за счет игры в гравитационный пинбол с Венерой или Юпитером, так и мы (точнее, будущие поколения человечества) сможем использовать регулярные прохождения мимо Земли комет и астероидов для увеличения ее орбиты и вытеснения от Солнца[997]. Все, что для этого требуется, – это чтобы астероид примерно 100 км в поперечнике пролетел мимо Земли и передал ей часть своей орбитальной энергии. Астероид пролетит дальше, достигнет Юпитера, получив от него дополнительный импульс, и на обратном пути опять передаст накопленную энергию Земле. Но это, конечно, похоже на идею продвижения аэроплана посредством пролетающего рядом шмеля раз в десять лет: даже сами авторы этой идеи говорят, что “не предлагают принять это за план действий”. Интересно, что бы сделал на основе таких идей Артур Кларк.

По крайней мере, мы можем утешаться тем, что, несмотря на весь свой скепсис, мы говорим о стольких миллионах лет, что предсказать доступные в то время технологии сейчас просто невозможно. Хотя Земля и не способна существовать бесконечно, человечество, может быть, переживет ее уничтожение.

Если все же предположить, что нам удалось покинуть Землю на космическом корабле с ядерным двигателем или на каком-то ином транспортном средстве, куда мы направимся? В марте 2009 года был запущен “Кеплер” – космический телескоп, предназначенный для обнаружения планет за пределами солнечной системы – примерно того же размера, условий и расстояния от материнской звезды, что и Земля. Уже в декабре 2009 года была найдена планета GJ 1214b в 2,7 раза больше Земли, вращающаяся вокруг меньшей и более тусклой звезды, чем наше Солнце. Эта планета находится сравнительно близко к нашей солнечной системе, около сорока световых лет, и имеет запасы воды[998]. К февралю 2011 года “Кеплер” открыл тысячу двести тридцать пять потенциальных планет, из которых пятьдесяч четыре по параметрам размера и расстояния от звезды попадают в пригодную для обитания зону.

Наша способность сделать подобную планету пригодной для обитания человека уже получила название – терраформирование. И это вполне возможно, потому что к тому моменту, как Солнце начнет значительно расширяться и поджаривать Землю, пройдет достаточное количество эонов, чтобы у нас появилась технология, которая позволит нам обосноваться на сотнях таких “экстрасолнечных” миров. Как писал Герберт Уэллс, “нет пути в прошлое. Выбор – это вселенная или ничто”. Его коллега-романист Том Вулф в эссе, посвященном сорокалетию высадки человека на Луну, вопрошал: “Когда мы начали строить этот мост к звездам? Как только смогли, и это было очень вовремя. Мы должны сделать это, мы должны сохранить единственную известную нам осмысленную жизнь”[999].

Но не стоит недооценивать невероятный масштаб предстоящих задач. Если бы мы пожелали перебраться на другую планету в нашей солнечной системе (что крайне маловероятно, учитывая, что ни одна из них пока не производит впечатления пригодной для жизни), мы могли бы рассматривать Юпитер, Сатурн, Уран, Плутон и Нептун, которые будут кружить вокруг Солнца даже после его коллапса. Их орбиты увеличатся, но не сильно (менее чем в два раза). Если даже такое прыганье по планетам окажется нам под силу, гораздо вероятнее, что к тому времени мы построим в космосе структуры, пригодные для проживания большого количества людей, при этом каждая такая колония, независимая от других, будет экологически самоподдерживаться. По мере того как Солнце будет нагреваться, они станут корректировать свои орбиты и постепенно отдаляться по спирали.

Научной фантастики в таких сценариях не больше, чем научного прогноза. Астроном Кэролайн Порко выразила господствующие сегодня взгляды, когда сказала:

Будущее человечества не должно быть привязано к выживанию на нашей планете. Нас манят другие миры, мы знаем, как до них добраться, и мы отправимся в путь… Это будет не столько космической гонкой, сколько глобальным исходом, предпринятым международным сообществом… Не придумать лучшего повода, чтобы сказать: будущее безгранично и принадлежит нам[1000].

Словно это все еще выглядит недостаточно фантастично, Митио Каку в книге “Физика невозможного” пишет: “Не так давно физики сумели продемонстрировать, что закон, который запрещал бы путешествия во времени, находится за пределами сегодняшней математики… технологии, которые сегодня считаются невозможными, через несколько десятков или сотен лет могут стать обычными”. Другими словами, ничто нельзя исключать, кроме того, невозможность чего нами доказана.

Обитаемая база на Марсе в воображении художника, смоделированная по образцу подобных баз на Антарктиде. Художник поместил лагерь в средоточие бушующей марсианской пылевой бури, соответствующим образом направив зловещий и мрачный свет (Julian Baum / Science Photo Library)

Хотя мы способны избежать катастрофы, никто не может сказать, как именно, потому что речь идет о таких протяженных периодах времени, что человеческой расе успеет прийти на смену совершенно другой вид (или она сама себя им заменит), но Солнце точно ее не избежит. Постепенно его поверхность охладится до состояния, когда оно начнет светиться темно-красным цветом, а не ярко-белым, и звезда войдет во вторую стадию красного гиганта. После того как водородный синтез перестает быть главным источником энергии звезды, ее дни сочтены – она может поддерживать свое существование лишь сравнительно короткий промежуток времени. Звезда входит в краткую нестабильную фазу уменьшения энергии выброса, пока расходует запасы гелия, и последовательно начинает сжигать все более тяжелые и редкие элементы – бериллий, бор, углерод, азот и кислород, на каждый отводится все более короткий период. Способность нового гиганта удерживать собственное раздутое состояние против сил тяготения слабеет, он начинает коллапсировать, но все-таки в последний раз увеличивается перед окончательным неостановимым процессом сжатия. На протяжении пары сотен миллионов лет (очень короткий период на шкале звездных состояний) Солнце будет становиться легче, его внешние слои разлетятся в космическом пространстве в форме плотного солнечного ветра. Это не будет носить характер взрыва, солнечная система не окажется в опасности полной дезинфекции от жизни в течение нескольких часов. Солнце просто сожмется до состояния белого карлика – небольшого сжатого куска шлака, возможно, даже меньше Марса, но с очень высокой плотностью, более двух тонн на кубический сантиметр, чайная ложка такой материи весит как целый “роллс-ройс”; в пространстве от него останется тонкая пленка внешнего слоя, которая образует планетарную туманность.

Звезда в состоянии белого карлика – это плотный шар из углерода и кислорода, не более чем световая точка даже внутри собственной системы. При наблюдении со спутников Юпитера (предположим, человечество перебазируется туда) Солнце будет светить примерно в 4 тыс. раз тусклее, чем сегодня, лишь крошечная часть его былой энергии будет достигать планет, все больше угасая с течением времени. Предположительно задолго до наступления стадии белого карлика грядущие космические колонисты разработают какую-то форму водородных термоядерных станций и тем самым перестанут зависеть от Солнца; еще более вероятно, что к тому моменту они в любом случае покинут Солнечную систему.

Что касается самого Солнца, то вот слова, которые хорошо описывают его последние дни: “При температуре в 100 000 °C эта булавочная головка белого света… будет светить еще миллиарды лет, освещая гигантские облака газа – отброшенные внешние слои звезды, великолепную разноцветную туманность, могильный памятник нашему Солнцу”[1001].

Но и это еще не все, последняя стадия неимоверно растянутой смерти еще впереди. По мере остывания Солнце превратится в черного карлика, вокруг которого будут вращаться осколки планет. Оно не взорвется сверхновой, оно для этого слишком мало, не схлопнется оно и в черную дыру. Наш великий, ужасный и любимый спутник попросту уменьшится и растает, превратится в маленький темный кусок выгоревшей материи, дрейфующий в вакууме, его жизнетворное путешествие в пространстве закончилось.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.