Смерть с небес - Филип Плейт

Пока Солнце находится в стадии субгиганта, его ядро продолжает сжиматься и нагреваться. Тем временем новый гелий, образующийся при слиянии ядер водорода в тонкой оболочке, окружающей ядро, добавляется к тому, что уже имеется в ядре. Спустя примерно 700 млн лет существования в виде субгиганта, когда Солнцу будет около 11,6 млрд лет, масса гелия в ядре достигнет критической: начинается процесс вырождения. Это экзотическое состояние подчиняется законам квантовой механики и наблюдается, когда материя сжата до невероятно плотного состояния. Вырожденная масса уже ведет себя не как обычный газ. Прежде всего, если к ней что-то добавить, в ответ она сжимается — противоположное тому, что вы бы ожидали[84]. Кроме того, добавленная масса не увеличивает давление внутри вырожденного газа (этот момент будет очень важен позднее), как можно было бы предположить. Вместо этого просто увеличивается температура.

Ядро продолжит сжиматься по мере того, как в него сваливается все больше вещества, образующегося при слиянии ядер водорода. Температура продолжает расти, но не давление. Как и прежде, это дополнительное тепло сбрасывается во внешние слои, но теперь разница заключается в том, что ядро вырожденное и нагревается очень сильно и относительно быстро.

Когда ядро становится вырожденным, Солнце будет примерно в 2,3 раза шире, чем сейчас. Но по мере нагрева вырожденного ядра внешние слои снова отреагируют на это добавленное тепло расширением. Когда это произойдет, Солнце раздуется до невероятных размеров, в 100–150 раз больше, чем сейчас — до 160 млн км в диаметре. Температура упадет в два раза, а его светимость — энергия, которую оно излучает в секунду, — жутко увеличится, в 2400 раз по сравнению с нынешней. В течение следующих 600 млн лет Солнце будет пылать как ярко-красный, огненный маяк. Это — красный гигант.

Вид с Земли будет шикарный. Прямо сейчас вы можете легко заслонить Солнце большим пальцем вытянутой руки. Когда Солнце дойдет в своей эволюции до стадии красного гиганта, оно будет занимать третью часть неба. Сложно представить, какие это размеры. Так что берите большую линейку. Возьмите один конец в левую руку, а правую поместите на отметку 60 см. Теперь вытяните руки вперед. Когда Солнце будет максимальных размеров в стадии красного гиганта, оно как раз поместится между вашими руками. От года к году его рост будет не сильно заметен, но со временем оно увеличится до таких колоссальных размеров, что будет казаться, что оно нависает над вами в небе.

Разумеется, к тому моменту вы уже давно будете зажарены.

По мере того как Солнце раздувается, превращаясь в красный гигант, происходит несколько интересных вещей. Прежде всего его вращение замедлится практически до полной остановки. Когда оно расширяется, скорость вращения замедляется, точно так же, как фигуристка может замедлить вращение, разведя руки в стороны. Скорость вращения уменьшается более или менее пропорционально увеличению размера, поэтому, если Солнце расширилось в 100 раз, его вращение замедлится в 100 раз. Сейчас оно совершает один оборот примерно за месяц, а когда станет красным гигантом, то на один оборот будет уходить 3000 дней: больше восьми лет.

Кроме того, увеличится светимость Солнца, как мы уже обсуждали, но еще одно критическое изменение, происходящее при увеличении размера, — это уменьшение его сил тяготения. Притяжение, ощущаемое на поверхности объекта, зависит от его массы и радиуса. Когда Солнце превратится в красный гигант, его масса останется прежней, но радиус увеличится в 100 раз. Это означает, что притяжение на поверхности уменьшится в 10 000 раз. В настоящее время притяжение на поверхности Солнца примерно в 28 раз больше земного (поэтому я, например, весил бы там больше двух тонн[85]).

Но, когда Солнце раздуется до красного гиганта, притяжение на поверхности упадет до менее 1 % от притяжения на Земле. Любая частица на поверхности распухшего Солнца будет очень слабо удерживаться его силами тяготения.

В то же время светимость Солнца увеличивается в 2400 раз. Каждый квадратный сантиметр Солнца будет излучать в 2400 раз сильнее, чем до того, как оно раздулось. Этот свет обладает импульсом, который он может сообщать частице на поверхности, подбрасывая ее вверх. Для произвольного атома водорода на поверхности Солнца в стадии красного гиганта это как если бы кто-то отключил притяжение и одновременно включил огромный вентилятор снизу: частицы будут буквально сорваны с поверхности и унесены прочь.

Этот поток частиц, что называется звездным ветром, подобен солнечному ветру, только он гораздо плотнее. По сути, каждый год Солнце — красный гигант будет сбрасывать что-то типа одной десятимиллионной доли своей массы — это гораздо, гораздо больше, чем сейчас уносится солнечным ветром[86].

Эта потеря массы настолько велика, что, пока Солнце раздувается до красного гиганта, оно потеряет значительную долю своей массы. Так как притяжение Солнца зависит от его массы, оно также уменьшится. Планеты, ощущая меньшее притяжение, будут смещаться к периферии Солнечной системы: при ослаблении хватки Солнца диаметр их орбит увеличится.

Это гонка! Сможет ли Солнце раздуться достаточно быстро и поглотить внутренние планеты, или они вовремя мигрируют от него и не попадут в огненную пасть?

Для Меркурия итог очевиден: погибель. Сейчас он находится на расстоянии 58 млн км от Солнца, он слишком отстает от других планет даже на момент сигнала к началу гонки. Через несколько миллионов лет Солнце его догонит и расширится прямо за орбиту планеты. Меркурий в буквальном смысле окажется внутри Солнца.

Что с ним произойдет? Интересно, что наружная оболочка красного гиганта — это практически вакуум. Масса Солнца по-прежнему примерно такая же, но объем увеличился необычайно: когда Солнце станет красным гигантом, оно будет занимать в миллион раз больше объема, чем сейчас, поэтому его средняя плотность упадет во столько же раз. Плотность внешних слоев будет даже еще меньше, потому что бо́льшая часть массы звезды находится в ее ядре. В конечном итоге плотность будет меньше одной тысячной от плотности атмосферы Земли — практически лабораторный вакуум.

Но, несмотря на такую разреженность, материя там все-таки присутствует. Меркурий обращается вокруг Солнца за 88 дней, поэтому для него это будет все равно что двигаться через неподвижное вещество. Когда он будет прокладывать сквозь него путь, то нечто подобное сопротивлению воздуха будет замедлять его движение по орбите точно так же, как парашют замедляет падение парашютиста. Всего через несколько лет Меркурий замедлится настолько, что начнет опускаться по спирали в центр Солнца, где увеличивающаяся плотность материи ускорит постепенное снижение орбиты крошечной планеты. Если Меркурий не испарится раньше, он упадет в центр Солнца, где практически наверняка встретит свою погибель.