Что ж, до сих пор мы довольно неплохо держались на Земле. С тех пор, как 4,5 миллиарда лет назад сформировалось наше Солнце, за ним наша прото-Земля сформировалась во внутренней Солнечной системе, а сочетание начальных условий и поздней тяжелой бомбардировки породили наши первые океаны и атмосферу, мы чувствуем себя здесь вполне хорошо. Более четырех миллиардов лет Солнце постоянно светило и жизнь процветала. Но это не будет длиться вечно. Однажды Солнце исчерпает свое топливо, что приведет к нашей гибели.
Снижается ли ядерная энергия Солнца или остается стабильной? Как долго мы сможем продержаться на Земле, если «ядерный потенциал» Солнца медленно выгорает?
Если допустить, что не произойдет никаких катастроф, вызванных самой Землей (например, супервулкан, который накроет всю планету или уничтожить биосферу) или Вселенной (стерилизующая гамма-вспышка или взрыв сверхновой поблизости), Солнце однажды уничтожит всю жизнь на Земле.
Видите ли, звезды вроде нашего Солнца живут за счет ядерного синтеза: за счет синтеза самого легкого и самого распространенного элемента во Вселенной (водорода) во второй самый легкий и самый распространенный элемент (гелий) в ходе цепной реакции. Цепная реакция, благодаря которой Солнце получает большую часть своей энергии, включат:
- слияние двух протонов вместе с образованием дейтерия, позитрона (который аннигилирует с электроном и производит высокоэнергетические фотоны), нейтрино и свободной энергии;
- затем слияние дейтерия с протоном с образованием гелия-3, высокоэнергетического фотона и свободной энергии;
- и затем слияния двух ядер гелия-3 вместе с образованием гелия-4, двух свободных протонов и еще большей свободной энергии.
Это самый распространенный источник энергии Солнца, где в общей сложности 0,7% от исходной массы четырех протонов преобразуется в энергию в ходе этой реакции по формуле Эйнштейна E = mc2. Каждую секунду, 4 х 1038 протонов синтезируют гелий-4, выпуская порядка 4 х 1026 Ватт энергии на постоянной основе.
Солнце огромно и массивно и состоит из порядка 1057 частиц. Но каким бы огромным ни было это число, общее количество солнечного топлива ограничено, и дай ему время — оно закончится. Еще более насущной проблемой является то, что водород сливается только в ядре Солнца, где самая высокая температура. Самые первые протоны не синтезируются, пока вы не пройдете более полпути к центру Солнца и не обнаружите температуру в 4 миллиона градусов Цельсия. И только в самой глубокой части Солнца, где температура достигает 10 миллионов (а то и 15 миллионов) градусов, производится 99% энергии Солнца.
Это значит, что со временем в самых глубоких недрах Солнца топливо закончится быстрее, потому что именно там сгорает водород с образованием гелия. Вы могли бы подумать, что со временем Солнце станет тусклым, поскольку топливо для его жара выгорит. Но в отсутствие таких реакций, протекающих внутри ядра, оно начнет сжиматься, а гравитационное сжатие выпустит еще больше энергии, что приведет к повышению внутренней температуре. Синтез начнет протекать быстрее и шире. Выходит, с течением времени выходная энергия Солнца будет возрастать. Собственно, это и происходило в течение более четырех миллиардов лет.
Когда наше Солнце было молодой звездой, оно горело на 75-80% мощности от нынешнего своего блеска. Благодаря наличию флоры, фауны, океана и атмосферы на нашей планете, мы смогли адаптироваться к этому неуклонному росту температуры. Но всем есть предел: в какой-то момент светимость Солнца вырастет настолько, что Земля, на своем нынешнем расстоянии от Солнца, станет достаточно горячей, что океаны вскипят. Когда это произойдет, нашу планету постигнет судьба Венеры — толстый слой облаков окутает ее — и жизнь перестанет существовать.
Вполне возможно, что некоторые формы жизни научатся выживать в верхних слоях облаков. Также вполне возможно, что человечество сможет понять, как выживать в таких условиях. Но это произойдет задолго до того, как ядро Солнца исчерпает водородное топливо. За 5-7 миллиардов лет наше Солнце пройдет по следующим этапам:
- в ядре кончится водород;
- солнце расширится до очень яркой субгигантской звезды, пока водород будет гореть в оболочке вокруг ядра;
- когда температура достигнет критического предела, в ядре начнет синтезироваться гелий;
- солнце расширится до настоящего красного гиганта;
- и умрет, выдув свои внешние слои в планетарную туманность — а ядро сожмется до состояния белого карлика.
Но уже через один-два миллиарда лет (согласно большинству оценок) Солнце станет достаточно горячим, чтобы выпарить океаны. К тому моменту нам придется найти себе новый дом. В конечном итоге только это глобальное потепление будет иметь смысл.
