Потерявшаяся в пространстве
Пока Солнце проходит свой жизненный цикл, биосфере Земли суждено полностью разрушиться из-за стремительного парникового эффекта через два миллиарда лет. И хотя эта будущая катастрофа не является для нас неотложной проблемой, подобная перспектива все же может на кого угодно нагнать тоску. Способна ли земная жизнь как-нибудь пережить неизбежное увеличение светимости Солнца?
В знаменитом стихотворении Роберта Фроста одни считают, что мир погибнет от огня, другие же утверждают — что от холода. Принимая во внимание астрономическую обстановку, у Земли есть небольшой шанс избежать огненной ярости Солнца, превратившегося в красного гиганта, сместившись со своей орбиты и очутившись в полном одиночестве в ледяных глубинах космоса. Другие звезды, обитающие в нашей Галактике, регулярно проходят неподалеку от нашего Солнца и, в принципе, могут наткнуться на внутреннюю часть нашей Солнечной системы Если это невероятное событие все же произойдет, разрушительное гравитационное следствие такого столкновения запросто может вытеснить Землю с ее орбиты и даже из Солнечной системы. Таким образом наш мир мог бы избежать огненной смерти, но тогда он лицом к лицу оказался бы перед будущим, скованным льдом.
Вероятность того, что в следующие два миллиарда лет какая-нибудь звезда пройдет достаточно близко, чтобы вытолкнуть Землю с ее орбиты, составляет примерно одну сто тысячную. Хотя в нашей Галактике содержится огромное количество звезд, они настолько разбросаны в космическом пространстве, что значительные столкновения звезд происходят крайне редко. Вспомните, что если бы Солнце сжалось до размеров песчинки, ближайшая звезда оказалась бы на расстоянии нескольких миль от него. В таком масштабе самые близкие звезды двигались бы с чрезвычайно медленной скоростью, проходя относительно Солнца один или два фута в год. В галактике, где столь далекие друг от друга звезды двигаются так медленно, случайные их столкновения крайне редки
Один шанс из ста тысяч — вероятность довольно маленькая, и все же люди регулярно выстраиваются в очередь за лотерейными билетами, хотя шанс выиграть в лотерею куда меньше. Посмотрим, что может случиться, если какая-нибудь проходящая звезда бесцеремонно отделит Землю от Солнца. На рис. 10 изображена типичная последовательность событий, которые произойдут, если красный карлик пройдет через Солнечную систему. Согласно приведенному здесь сценарию Земля немного нагреется, когда будет проходить рядом с красным карликом, вторгнувшимся в Солнечную систему. Самые тусклые красные карлики светят настолько слабо, что температура Земли не успеет значительно измениться за время короткого сближения с такой звездой. Однако подобная встреча вызовет ужасные приливы и поднимет в океанах невероятно громадные волны. Так что, если не принимать во внимание несколько недель грандиозного серфинга, близкое прохождение красного карлика подействует, в основном, как гравитационная «рогатка». В этом случае Земля внезапно окажется удаляющейся от Солнца с высокой скоростью.
Рис. 10. На данной компьютерной модели изображена реакция Земли, Луны и Солнца на вторжение красного карлика, масса которого равна одной четвертой массы Солнца. Согласно предсказаниям этой модели Земля будет выброшена из Солнечной системы с огромной скоростью. Однако вероятность того, что нечто подобное произойдет прежде, чем Солнце превратится в красного гиганта, очень мала: всего лишь одна сто тысячная (1 из 105)
Двигаясь с такой скоростью, через несколько лет Земля пересечет орбиту Плутона и покинет Солнечную систему. По мере того как Солнце будет уменьшаться в небе, температура поверхности планеты будет медленно, но неуклонно снижаться. Джунгли, прилегающие к Амазонке, покроются инеем, а тропические растения замерзнут в опускающихся на Землю финальных сумерках. Через год Солнце будет выглядеть подобно сияющей зведообразной точке, на вид совершенно неспособной согревать. Океаны мало-помалу растратят свои запасы тепла и постепенно превратятся в ледяные глыбы. Температура поверхности будет неумолимо падать. Очень скоро вся планета погрузится в вечный глубокий холод, несравнимый даже с антарктической зимой. При 77 градусах Кельвина сконденсируется и в виде дождя выпадет на твердую заснеженную поверхность азот, из которого, главным образом, состоит атмосфера. Жидкий азот будет стекать вдоль речных русел, собираться на замерзших водоемах и, в конечном итоге, ляжет на застывшую поверхность океанов слоем толщиной в несколько футов. Атмосферный кислород тоже выпадет из застывшего неба, открыв взору холодных мертвых городов далекие звезды.
Однако в самых недрах Земли эти изменения будут практически незаметны. Самые глубокие океанические впадины останутся незамерзшими. Вдоль среднеокеанической гряды продолжит функционировать, словно ничего не случилось, подводная горная цепь, опоясывающая земной шар, — эта странная паутина форм жизни, что существуют в экосистемах, окружающих гидротермальные источники. Эти сообщества питаются теплом вулканов, действующих в недрах Земли, и нисколько не зависят от солнечного света. Безразличные к потере Солнца, эти сообщества, обитающие в окрестности гидротермальных источников, будут процветать, пока не прекратится геологическая активность Земли, хотя их характер весьма и весьма изменится, как только уменьшится поступление кислорода. Геологической активностью управляет тепло, которое выделяется при распаде радиоактивных элементов (например, урана), поэтому она будет продолжаться миллиарды лет, много дольше, чем осталось жить нашему Солнцу. Как это ни смешно, жизнь на Земле может действительно просуществовать дольше, если наша планета покинет Солнечную систему.
Для биофилов перспектива анаэробных бактерий и, возможно, кольчатых червей, столпившихся около геотермальных источников, безусловно, представляется более радужной, чем полная тепловая пастеризация всей планеты. И все же эта ледяная кончина, какой бы ни была вероятность ее наступления, не слишком утешительна. Выигрыш, который можно получить благодаря лотерее, хоть и менее вероятен, но все же возможен, и в случае его получения является хорошей компенсацией. Рассмотрим, например, такой исход: Земля не будет выброшена в глубокий космос, а перейдет на пригодную для жизни орбиту вторгшегося в Солнечную систему красного карлика. При таком благоприятном стечении обстоятельств жизнь на Земле вполне смогла бы существовать и развиваться в течение триллионов лет.
Однако крайне маловероятно, что во время прохождения одиночной звезды вблизи Земли произойдет такой удачный обмен. Такая вероятность значительно повышается, если наша Солнечная система столкнется с двойной или тройной звездой. Подобная встреча ничуть не менее вероятна, чем столкновение с одиночной звездой, поскольку двойными или тройными являются более половины всех звездных систем.
Близкое прохождение трех звезд — крайне сложное предприятие, и его исход находится в достаточно чувствительной зависимости от начальных скоростей и положений этих звезд. На рис. 11 изображен один из возможных исходов. В данном случае Земля переходит на эллиптическую орбиту красного карлика. Вероятность подобного спасения Земли представляется ничтожной: один шанс на три миллиона.
Рис. 11. На этой компьютерной модели изображен исход столкновения двойного красного карлика с нашей Солнечной системой. Красный карлик будет отброшен к Солнцу, а Земля почти сразу же отскочит к меньшей звезде и останется с ней на протяжении трех оборотов. Чуть больше чем через тысячу лет Земля вновь вернется к Солнцу, где будет оставаться на протяжении следующих 6500 лет и испытает много сложных сближений с другими звездами. Через 7500 лет Землю захватит более крупный карлик, и вскоре после этого данная звезда покинет Солнечную систему. Земля окажется на эллиптической орбите, которая вполне может сгодиться для жизни. Вероятность того, что подобный захват произойдет прежде, чем Солнце превратится в красного гиганта, равна одной трех миллионной
Судьба массивных звезд
Природа гибели звезды зависит от ее массы. Одиночным звездам с массами, превышающими половину массы Солнца, но не достигающими восьмикратной его массы, суждено разделить его судьбу. В конце жизни они извергают гигантские количества горячих газов (которые называют планетарными туманностями) и превращаются в белых карликов, состоящих, главным образом, из углерода и кислорода. И только лишь звезды с массой, превышающей восемь солнечных, имеют температуры центров достаточно высокие, чтобы в результате реакций ядерного синтеза получились еще и другие элементы. Этим массивным звездам уготован более драматический конец.