Hur och när solsystemet kommer att dö

2024 Författare: Malcolm Clapton | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 04:11

Vi har fortfarande lite mer tid på oss, cirka 5-7 miljarder år.

Tidigare kretsade två månar runt jorden, som sedan smälte samman. Titan, Saturnus satellit, är en idealisk analog till vår planet, den kan mycket väl ha liv. Och asteroiderna som finns mellan Jupiter och Pluto kallas av någon anledning "kentaurer". Du kan lära dig om dessa och andra fakta om rymden från boken "När jorden hade två månar. Kannibalplaneter, isjättar, lerkometer och andra ljuskällor på natthimlen”, som nyligen publicerades av förlaget“Alpina non-fiction”.

Skaparen av en fascinerande utflykt till solsystemets historia är Eric Asfog, amerikansk planetforskare och astronom. Författaren arbetar inte bara på Laboratory for the Study of Planets and the Moon i Tucson, utan deltar också aktivt i NASA-expeditioner. Till exempel Galileo-uppdraget, som studerade Jupiter och dess månar. Lifehacker publicerar ett utdrag ur det första kapitlet av forskarens arbete.

Som en förbränningsmotor som ibland blossar tillbaka när kylan startade, upplevde den unga solen oregelbundna utbrott av hög aktivitet under de första miljoner åren. Stjärnor som passerar genom detta utvecklingsstadium kallas T Tauri-stjärnor efter en väl studerad aktiv stjärna i motsvarande stjärnbild. Efter att ha passerat stadiet av födelsevåld, lyder stjärnorna så småningom regeln att de tyngsta och ljusaste av dem blir blå, enorma och mycket varma, medan de minsta blir röda, svala och tråkiga.

Om du plottar alla kända stjärnor på en graf, med blå stjärnor till vänster, röda stjärnor till höger, svaga i botten och ljusa överst, kommer de i allmänhet att radas upp längs en linje som går från det övre vänstra hörnet. hörnet till det nedre högra hörnet. Denna linje kallas huvudsekvensen, och den gula solen är precis i mitten av den. Huvudsekvensen har också många undantag, såväl som utlöpare, där unga stjärnor som ännu inte har utvecklats till huvudsekvensen, och gamla stjärnor som redan lämnat den, vistas.

Solen, en mycket vanlig stjärna, avger sin värme och sitt ljus med nästan konstant intensitet i 4,5 miljarder år. Den är inte lika liten som röda dvärgar, som brinner extremt ekonomiskt. Men inte så stor att den brinner upp om 10 miljoner år, som händer med blå jättar som går till supernovor.

Vår sol är en bra stjärna, och vi har fortfarande tillräckligt med bränsle i vår tank.

Dess ljusstyrka ökar gradvis, efter att ha stigit med ungefär en fjärdedel sedan starten, vilket förskjutit den något längs huvudsekvensen, men du kommer inte att presentera några andra anspråk på den. Naturligtvis stöter vi då och då på koronala massutkastningar, när solen spyr ut en magnetoelektrisk bubbla och badar vår planet med strålningsströmmar. Ironiskt nog är vårt konstgjorda nätverk idag mest sårbart för effekten av en koronal massutkastning, eftersom en elektromagnetisk puls i samband med denna händelse kan störa driften av stora delar av elnätet under en period från flera veckor till två år. År 1859 orsakade den största koronala utkastningen i modern historia gnistor i telegrafkontor och magnifika norrsken. År 2013 uppskattade Londonförsäkringsbolaget Lloyd's att skadorna från ett sådant koronala utsläpp i det moderna USA skulle vara från 0,6 till 2,6 biljoner dollar. … Men jämfört med vad som händer i andra planetsystem är denna aktivitet helt ofarlig.

Men detta kommer inte alltid att vara fallet. Om cirka 5-7 miljarder år börjar "gudarnas skymning" för oss, den sista turbulensen, under vilken planeterna kommer att lämna sina banor. Efter att ha lämnat huvudsekvensen kommer solen att bli en röd jätte och om några miljoner år uppsluka Merkurius, Venus och möjligen jorden. Då drar den ihop sig och kastar hälften av sin massa ut i rymden. Astronomer från grannstjärnor kommer att kunna observera på sin himmel ett "nytt", expanderande skal av gnistrande gas som kommer att försvinna om några tusen år.

Solen kommer inte längre att hålla det yttre Oort-molnet, vars kroppar kommer att vandra genom det interstellära rymden som kosmiska spöken. Det som blir kvar av stjärnan kommer att dra ihop sig tills den blir en vit dvärg, en extremt tät kropp som lyser med vitt ljus från sin gravitationsenergi - knappt levande men ljus, lika stor som jorden, men en miljard gånger tyngre. Vi tror att detta är vårt solsystems öde, delvis för att solen är en vanlig stjärna, och vi ser många exempel på sådana stjärnor i olika skeden av evolutionen, och delvis för att vår teoretiska förståelse av sådana processer har hoppat framåt och överensstämmer väl med resultaten av observationer.

Efter att den röda jättens expansion upphör och solen blir en vit dvärg, kommer planeter, asteroider och andra rester av det inre solsystemet att börja falla på den i en spiral - först på grund av gasens retardation och sedan på grund av verkan av tidvattenkrafter - tills de supertäta resterna kommer stjärnorna inte att spränga planeterna i strimlor en efter en. I slutändan kommer det att finnas en skiva av jordliknande material, huvudsakligen bestående av de avrivna mantlarna från Jorden och Venus, som kommer att spiralera ner på den förstörda stjärnan.

Detta är inte bara en fantasi: astronomer ser den här bilden i de spektroskopiska indikatorerna för flera närliggande "förorenade vita dvärgar", där de stenbildande elementen - magnesium, järn, kisel, syre - finns i stjärnans atmosfär i mängder som motsvarar sammansättning av mineraler från silikatklassen, såsom olivin. Detta är den sista påminnelsen om de jordliknande planeterna från det förflutna.

***

Planeter som bildas runt stjärnor som är mycket större än solen kommer att få ett mindre intressant öde. Massiva stjärnor brinner vid temperaturer på hundratals miljoner grader och förbrukar väte, helium, kol, kväve, syre och kisel i våldsam fusion. Produkterna av dessa reaktioner blir allt tungare grundämnen tills stjärnan når ett kritiskt tillstånd och exploderar som en supernova, sprider dess insida runt flera ljusår i diameter och bildar samtidigt nästan alla tunga grundämnen. Frågan om planetsystemets framtid, som kunde ha bildats runt det, förvandlas till en retorisk fråga.

Nu är alla ögon fästa på Betelgeuse, en ljus stjärna som bildar den vänstra axeln av stjärnbilden Orion. Det är 600 ljusår bort från jorden, vilket betyder att det inte är för långt borta, men lyckligtvis inte bland våra närmaste grannar. Betelgeuses massa är åtta gånger solens, och enligt evolutionära modeller är den cirka 10 miljoner år gammal.

Inom ett par veckor kommer explosionen av denna stjärna att vara jämförbar i ljusstyrka med månens utstrålning, och sedan kommer den att börja blekna; om detta inte imponerade på dig, tänk då på att från ett avstånd av 1 astronomisk enhet är det som att se en vätebomb explodera på en närliggande gård. Under loppet av geologisk tid har supernovor exploderat mycket närmare jorden, bestrålat vår planet och ibland lett till massutrotningar på den, men ingen av stjärnorna närmast oss kommer att explodera nu.

"Träffzonen" för denna typ av supernova är från 25 till 50 ljusår, så Betelgeuse utgör inget hot mot oss.

Eftersom den är relativt nära och har en gigantisk storlek är denna stjärna den första som vi kunde se i detalj genom ett teleskop. Även om kvaliteten på bilderna är dålig visar de att Betelgeuse är en märkligt oregelbunden sfäroid, som liknar en delvis tömd ballong, som gör ett varv på sin axel på 30 år. Vi ser en enorm plym eller deformation av Pierre Kervella et al., "The Close Circumstellar Environment of Betelgeuse V. Rotation Velocity and Molecular Envelope Properties from ALMA," Astronomy & Astrophysics 609 (2018), möjligen orsakad av global termisk obalans. Det verkar som att hon verkligen är redo att explodera när som helst. Men i sanning, för att någon av oss skulle ha en chans att se ljuset av denna händelse, var Betelgeuse tvungen att flyga i bitar under Keplers och Shakespeares dagar.

När en massiv stjärna exploderar, blåser dörrarna till dess kemiska kök av gångjärnen. Aska från en termonukleär härd sprids i alla riktningar, så att helium, kol, kväve, syre, kisel, magnesium, järn, nickel och andra fusionsprodukter sprids med en hastighet av hundratals kilometer per sekund. Under rörelsens gång bombarderas dessa atomkärnor, som når en maximal massa på 60 atomenheter, massivt av en ström av högenergetiska neutroner (partiklar lika i massa som protoner, men utan elektrisk laddning) som kommer från den kollapsande stjärnkärnan.

Då och då fäster en neutron, som kolliderar med en atoms kärna, sig till den; som ett resultat av allt detta åtföljs en supernovaexplosion av den snabba syntesen av mer komplexa element som anses nödvändiga för livets existens, såväl som många radioaktiva. Vissa av dessa isotoper har en halveringstid på bara sekunder, andra, som t.ex ⁶⁰Fe och ²⁶Al, sönderfall under ungefär de miljoner år som det tog bildandet av vår protoplanetära nebulosa, och den tredje, säg ²³⁸U, det är en lång väg att gå: de ger geologisk uppvärmning i miljarder år. Uppskriften motsvarar det totala antalet protoner och neutroner i kärnan - detta kallas atommassa.

Detta är vad som händer när Betelgeuse exploderar. På en sekund kommer dess kärna att krympa till storleken av en neutronstjärna - ett föremål så tätt att en tesked av dess ämne väger en miljard ton - och eventuellt bli ett svart hål. I samma ögonblick kommer Betelgeuse att få ett utbrott omkring 10⁵⁷ neutriner, som för bort energi så snabbt att stötvågen kommer att slita isär stjärnan.

Det kommer att vara som explosionen av en atombomb, men biljoner gånger starkare.

För observatörer från jorden kommer Betelgeuse att öka i ljusstyrka under flera dagar tills stjärnan översvämmar sin del av himlen med ljus. Under de kommande veckorna kommer den att blekna och sedan krypa in i den glödande nebulosan av ett gasmoln, bestrålat av ett kompakt monster i dess mitt.

Supernovor bleknar i jämförelse med kilonösa explosioner, som inträffar när två neutronstjärnor faller i fällan av ömsesidig attraktion och spiralformar i en kollision. Kanske är det tack vare kilonovs som tyngre grundämnen som guld och molybden dök upp i rymden. … Dessa två kroppar är redan ofattbart täta - var och en har solens massa, packad i volymen av en 10 kilometer lång asteroid - så deras sammanslagning orsakar gravitationsvågor, krusningar i strukturen av rum och tid.

Långt förutspådda gravitationsvågor registrerades första gången 2015 med ett miljarddollarinstrument som heter LIGO. Den första gravitationsvågen registrerades av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i september 2015. sammanslagning av två svarta hål på ett avstånd av 1,3 miljarder ljusår från jorden. (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, "Laser-interferometric gravitational-wave observatory"). Senare, 2017, anlände gravitationsvågen med en skillnad på 1,7 sekunder med en skur av gammastrålning inspelad av en helt annan enhet - som en åskbult och en blixt.

Det är fantastiskt att gravitationsvågor och elektromagnetiska vågor (det vill säga fotoner) har färdats genom rum och tid i miljarder år, och det verkar som om de är helt oberoende av varandra (gravitation och ljus är olika saker), men ändå kommit fram till samma tid. Kanske är detta ett trivialt eller förutsägbart fenomen, men för mig personligen fyllde denna synkronitet av gravitation och ljus universums enhet med djup mening. Explosionen av en kilonova för miljarder år sedan, för en miljard ljusår sedan, verkar som ett avlägset ljud av en klocka, vars ljud får dig att känna dig som aldrig förr en förbindelse med dem som kan finnas någonstans i rymdens djup. Det är som att titta på månen, tänka på dina nära och kära och komma ihåg att de också ser den.

Om du vill veta hur universum uppstod, var annars liv kan existera och varför planeter är så olika, är den här boken definitivt för dig. Eric Asfog berättar i detalj om det förflutna och framtiden för solsystemet och kosmos i allmänhet.

Alpina Non-Fiction ger Lifehacker-läsare 15 % rabatt på pappersversionen av When the Earth Had Two Moons med hjälp av TWOMOONS-kampanjkoden.