Novi namigi o tem, kaj se bo zgodilo, ko bo sonce požrlo Zemljo | Revija Quanta

Usoda Zemlje je odvisna od metanja kovanca.

Čez 5 milijard let se bo naše sonce z balonom spremenilo v rdečo zvezdo velikanko. Ali Zemlja preživi, ​​je "odprto vprašanje". Melinda Soares-Furtado, astrofizik na Univerzi Wisconsin v Madisonu. Seveda bi Zemljo lahko pogoltnilo sonce in jo uničilo. Toda v nekaterih scenarijih Zemlja pobegne in je potisnjena dlje v sončni sistem.

Zdaj je bližnji planetarni sistem ponudil namige o kozmičnem življenju našega planeta. Približno 57 svetlobnih let stran štirje planeti krožijo okoli zvezde, podobne soncu, ki je stara 10 milijard let - dvakrat starejša od sonca in je že v napredni fazi svojega življenja. Stephen Kane, astrofizik, ki se je pred kratkim specializiral za planetarno bivalnost na Univerzi v Kaliforniji, Riverside modelirali, kaj bi se lahko zgodilo planetom starejšega sistema, ko zvezda čez milijardo let postane rdeča velikanka. Ugotovil je, da bo večina notranjih planetov zajeta, a da bi najbolj oddaljen znani planet, ki ima podobno orbito kot Venera, morda preživel.

Visoka starost zvezde olajša modeliranje njene širitve in ponuja natančnejšo napoved prihodnosti našega lastnega planetarnega sistema. "To je zelo zanimiv dokument," je rekel Jonathon Zink, astrofizik na Kalifornijskem inštitutu za tehnologijo. "Če lahko najdemo [več] sistemov v različnih fazah zvezdne evolucije, lahko verjetno sestavimo, kaj se bo [zgodilo]."

Hrustljavi svetovi

Ko je planet zajet, je smrt lahko hitra. Leta 2022, Ricardo Yarza, zvezdniški astrofizik na kalifornijski univerzi v Santa Cruzu, simuliral kaj se zgodi ko rdeči velikan pogoltne planet. Ugotovil je, da če se planet začne dovolj približati zvezdi, se njegova orbita hitro zmanjša. Plin v atmosferi zvezde povzroča obremenitev planeta in "planet se pogreza vse globlje in globlje v zvezdo," je dejal Yarza. V nekaj sto letih bo večina planetov uničenih.

Do nedavnega teh zadnjih trenutkov življenja obsojenega planeta »nikoli nismo neposredno opazovali«, je dejal Kishalay De, astronom na tehnološkem inštitutu Massachusetts. Toda leta 2020 je Dejeva ekipa videla zvezdo, oddaljeno 12,000 svetlobnih let, ki je začasno postala nekaj stokrat svetlejša. Blisk je bil prešibak, da bi izviral iz združitve z drugo zvezdo. Vendar je bila ravno prava intenzivnost, da jo je proizvedel obrok v velikosti planeta, De in njegovi sodelavci poročali maja.

Ekipa je domnevala, da je bil planet, ki je nekajkrat masivnejši od Jupitra, ujet, ko se je 10 milijard let stara zvezda začela širiti v rdečega velikana. "To je prihodnost našega sončnega sistema," je dejal De.

Naša zvezda v razvoju

Ko zvezda glavnega zaporedja, kot je naše sonce - imenovana tudi zvezda tipa G ali rumena pritlikavka - doseže konec svoje življenjske dobe, ji zmanjka vodika, potrebnega za pogon jedrske fuzije v njenem jedru. Ko se zvezda obrača k drugim virom goriva in izgublja maso, se njeno jedro segreje, njena atmosfera pa se čez milijone let napihne. Sčasoma bo naše sonce zraslo več kot 200-krat širše od svoje sedanje velikosti.

To nabreklo sonce bo požrlo Merkur in verjetno Venero, preden bo zraslo tako veliko, da se bo približalo Zemljini orbiti - razdalja, znana kot ena astronomska enota ali AU. Lahko pa bi se razširil še dlje. "V nekaterih modelih," je rekel Antonino Lanza, astronom na astrofizikalnem observatoriju v Catanii v Italiji, »lahko zajame Mars.« Glavna negotovost je po njegovih besedah ​​v tem, koliko mase bo sonce izgubilo s staranjem; bolj kot se razliva, manjši bo njen končni polmer. "To je slabo znano," je dejal.

Za zdaj naše najboljše ocene kažejo, da bo sonce zraslo nekje med 0.85 in 1.5 AU. Ko pa zvezda izgublja maso, bo šibkejša gravitacija povečala Zemljino orbito, kar pomeni, da bi se naš planet lahko izognil zajetju.

Da bi videli prihodnost Zemlje, se astronomi obrnejo na kristalno kroglo, polno tujih planetarnih sistemov. Njihov cilj je najti soncu podobne zvezde, ki se bodo kmalu dvignile (ali pa so pravkar poletele) v rdeče velikanke.

Zato je Rho Coronae Borealis, bližnja rumena pritlikavka, za katero se domneva, da se bliža koncu svojega sončnega življenja, pritegnila Kanovo pozornost. Trije od štirih znanih planetov krožijo blizu zvezde, precej znotraj Venerine poti okoli našega sonca. Najbolj oddaljeni planet z letom, ki traja 282 dni, je po orbiti podoben Veneri.

Kaneova analiza, objavljeno prejšnji mesec, kaže, da bo rastoča zvezda zajela tri notranje planete. Najbolj notranji od teh svetov, za katerega se domneva, da je skalnat in ima skoraj štirikratno maso Zemlje, bo izhlapel v nekaj sto letih. "Plazma pregreje planet in povzroči, da se v bistvu razgradi," je dejal Kane. "Tudi kamenje na površini se bo stopilo." Naslednji svet, plinski velikan z maso Jupitra, je tako velik, da se bo spiralno potegnil navznoter in ga bo raztrgala gravitacija zvezde, namesto da bi izhlapel. Tretji planet, manjši svet z maso Neptuna, bo verjetno prav tako zajet in izhlapel.

Toda najbolj oddaljeni planet – tudi približno mase Neptuna – morda preživi. Ko se bo zvezda razširila, bo za nekaj tisoč let začasno zajela planet. V tem času bodo ekstremne temperature pražile površino planeta, vendar bi moral planet sam preživeti, ker zvezdana atmosfera na tej razdalji ni zelo gosta. Zvezda se bo nato še enkrat skrčila in razširila ter ponovno zajela planet za nekaj tisočletij. Če lahko planet preživi igranje z njim kot mačka miška, bi lahko nato izstopil iz atmosfere, ko se bo zvezda še zadnjič krčila. "Torej ima na koncu priložnost za pobeg," je dejal Kane.

Kane je na primer optimističen glede možnosti planeta in tega, kaj bi lahko pomenile za naš svet. "Sumim, da se bo Zemlja premaknila navzven in bo preživela," je dejal.

Great Escape

Če se planet lahko izogne ​​pogoltnitvi, so njegove možnosti za daljše življenje obetavne. Ko se zvezda, kot je naše sonce, razširi v rdečega velikana in odvrže svoje zunanje plasti, je sčasoma edina stvar, ki ostane, gosto, belo vroče zvezdno truplo, znano kot bela pritlikavka. Ti predmeti vsebujejo kar polovico mase prvotne zvezde, zapakirane v območje velikosti Zemlje. Morali bi še naprej goreti trilijone let.

V zadnjih dveh desetletjih so znanstveniki odkrili a peščica eksoplanetov bele pritlikavke v orbiti, je dejal Mary Anne Limbach, znanstvenik za eksoplanete na Univerzi v Michiganu. Ti planeti so preživeli fazo rdeče velikanke svoje zvezde, čeprav ni jasno, kako. Nekateri svetovi - ki so običajno večji plinasti velikani - so bili verjetno predaleč od svoje zvezde, da bi jih pogoltnili, medtem ko so bili drugi morda potisnjeni navzven, ko je zvezda sopihala in pihala. (Astronomi so videli tudi dokaze, da so bili nekateri planeti ne tako srečno v obliki onesnažene bele pritlikavke, ki so bogati z elementi, povezanimi s planeti, kot sta magnezij in železo.) Pričakuje se, da bodo tekoča opazovanja vesoljskega teleskopa James Webb (JWST) pokazala na desetine eksoplanetov, ki krožijo okoli belih pritlikavk.

Čeprav se morda zdijo nenavadni, so ti planetarni sistemi še vedno primerni za bivanje, je dejal Limbach, ki vodi nekatera opazovanja belih pritlikavk JWST. "Okoli belega pritlikavca je kraj, kjer lahko dobite tekočo vodo" na površini planeta, je rekla. Toda "to je zelo zahtevno okolje."

Več opazovanj razvitih sončnih sistemov in več modelov, kot je Kaneov, bi lahko zagotovilo boljši vpogled v usodo našega. Za zdaj je smrt našega planeta le met kocke daleč od gotovosti. Ljudje morda že zdavnaj ni več na Zemljinem površju, toda kdorkoli bo čez 5 milijard let pogledal v našo smer, bo morda videl, kako naš planet prežene umirajoče sape našega sonca - ali morda izgine v kratkem soju svetlobe.

Quanta izvaja vrsto anket, da bi bolje služil svojemu občinstvu. Vzemite našo anketa bralcev fizike in vključeni boste v brezplačno zmago Quanta trgovsko blago.