Ar Žemė liks saugi, kai Saulė taps raudonu milžinu

Įsivaizduokite, kad stovite pakrantėje, kol Saulė išsipučia ir užpildo dangų. Horizontas šviesėja. Oras tarsi sustingsta. Žvaigždė, kuri milijardus metų buvo stabili, virsta didžiuliu raudonuoju milžinu, ir visa, kas patenka į jos augančią sferą, atrodo pasmerkta. Dešimtmečius ši vizija formavo mūsų požiūrį į Saulės sistemos tolimesnę ateitį: Merkurijus, Venera ir galbūt net Žemė bus praryti.

Tačiau nauji modeliai piešia niuansuotesnį vaizdą. Astronomų komanda iš naujo peržiūrėjo mūsų žvaigždės pabaigos scenarijų, naudodama atnaujintus žvaigždžių evoliucijos ir žvaigždžių vėjų skaičiavimus. Jų rezultatas: Žemė gali nebūti neišvengiamas aukos atvejis. Vietoje to mūsų planetos likimas priklauso nuo jėgų lenktynių tarp dviejų prieštaraujančių procesų: potvynių jėgų, traukiančių planetas link vidurio, ir Saulės palaipsnio masės netekimo, kuris silpnina jos trauką ir stumia orbitas tolyn.

Fizika paprastai

Potvynių jėgos yra pažįstamos mažame mastelyje: Mėnulis kelia potvynius Žemėje. Žvaigždžių mastu potvyniai veikia kaip stabdys. Kai Saulė išsiplečia ir jos išoriniai sluoksniai tampa konvekciniai ir turbulentiški, gravitacinės sąveikos atima orbitinę energiją iš netoliese esančių planetų. Jei potvynių poveikis dominuoja, orbitos traukiasi. Planetos grimzta ir sudega.

Priešingas tam į vidų traukiantis poveikis yra masės netekimas. Vėlyvame savo gyvenime Saulė išleis daug medžiagos per galingus žvaigždžių vėjus. Kiekvienas prarastas kilogramas reiškia šiek tiek silpnesnę gravitaciją. Orbitos reaguoja judėdamos į išorę, kartais smarkiai. Svarbiausias klausimas yra, kuris poveikis laimės Žemei.

Ankstesni tyrimai pateikė skirtingas išvadas, nes jie naudojo supaprastintas žvaigždės struktūros taisykles arba grubius vėjo modelius. Naujas tyrimas integruoja labiau rafinuotus skaičiavimus apie tai, kaip senstančios žvaigždės vidus keičiasi ir kaip jos vėjai nusineša masę. Komanda išbandė įvairius tikėtinus masės netekimo scenarijus, kad aprėptų galimus rezultatus.

Pagrindinė žinia yra paprasta. Merkurijus ir Venera beveik neabejotinai pasmerkti; potvynių poveikis ir tiesioginis nuryjimas juos sunaikins, kai Saulė išsipučia. Žemė ir Marsas yra neaiškioje zonoje. Daugelio realistiškų modelių atveju mūsų planeta nuslenka pakankamai tolyn, kad išvengtų tiesioginio nuryjimo ir galiausiai suktųsi aplink baltąjį nykštuką, tankią liekaną, likusią po to, kai Saulė netenka savo apvalkalo. Tačiau scenarijuose, kur potvynių sukamosios jėgos yra stipresnės nei tikėtasi, Žemė vis tiek gali spiraliniu būdu sugrįžti į vidų.

Kodėl nežinomybė yra svarbi

Viskas susiveda į skaičius: kiek masės Saulė praras ir kaip efektyviai potvyniai atims orbitinę energiją? Žvaigždžių vėjų fizika išlieka sudėtinga. Nedideli prielaidos apie vėjo stiprumą pasikeitimai gali lemiamai pakeisti pusiausvyrą. Tyrėjai atkreipia dėmesį, kad Saulė gali prarasti maždaug pusę savo dabartinės masės raudonojo milžino ir asimptotinės milžinės fazėse, tačiau ši vertė turi didelę nežinomybę.

Norėdami sumažinti hipotetiškumą, komanda ištyrė analogišką žvaigždę HD 56096, esančią maždaug už 183 šviesmečių. Ši žvaigždė turi panašią masę ir bendras savybes kaip Saulė, ir jos stebimos savybės palaiko naujus modelius: išsiplėtimo tempas ir vėjų sukeliamas masės netekimas gali būti pakankami stumti Žemės tipo orbitą į išorę, kol potvynių poveikis dar neturi galutinio žodžio.

Net jei Žemė išvengs fizinio prarijimo, pabėgimas nereiškia gyvybės išlikimo. Saulė taps šviesesnė gerokai anksčiau nei raudonojo milžino fazė. Maždaug už milijardo metų Saulės spinduliavimas greičiausiai įkais Žemę tiek, kad išgarins vandenynus ir sterilizuos paviršių. Taigi Žemės orbitos likimo klausimas iš esmės susijęs su Saulės sistemos architektūra po žvaigždės mirties, o ne su žmonių buvimu ten tokiu vėlyvu laiku.

Ekspertų įžvalga

"Jei potvynių jėgos dominuos, Žemė bus praryta; jei masės netekimas nugalės, Žemę gali stumti į išorę ir ji išliks," sako Mats Seldors, pagrindinis autorius ir tyrėjas Astronomijos institute, Katalikų Leveno universitete, Belgijoje. "Mūsų modeliai pagerina ankstesnius darbus, susiedami žvaigždės vidinius pokyčius su realistiškesnėmis vėjų prielaidomis, tačiau galutinis rezultatas vis dar priklauso nuo tikslios Saulės masės netekimo istorijos."

Pasekmė dvipusė. Pirma, detali žvaigždžių fizika yra svarbi prognozuojant ilgalaikę planetų dinamiką. Antra, Saulę primenančių milžinų, tokių kaip HD 56096, stebėjimai padeda susiaurinti tikėtinus Saulės sistemos ateities scenarijus. Stebėjimų ir patobulintų modelių derinimas sumažina nežinomybę, nors jos visiškai nepašalina.

Ką tai reiškia planetų mokslui

Šis tyrimas permąsto klausimus apie planetų migraciją ir išlikimą vėlyvoje žvaigždės evoliucijoje. Jis rodo, kad uoliniai pasauliai gali išgyventi dramatiškus savo žvaigždžių pokyčius ir atsidurti tolimose orbitose aplink baltuosius nykštukus. Tokios liekanų sistemos dabar yra pagrindiniai taikiniai paieškoms, tiriant planetines kūnus, besisukančius aplink mirusias žvaigždes, įskaitant atmosferų ir lakiųjų atsargų likimą.

Technologiškai nauji teleskopai ir ilgalaikės apžvalgos bus esminiai. Tikslūs žvaigždžių vėjų matavimai, išsamesni katalogai išsivysčiusių Saulę primenančių žvaigždžių ir geresni apribojimai, kaip konvekciniai apvalkalai veikia potvynių energijos disipaciją, visi padės tiksliau prognozuoti. Galų gale, sujungus žvaigždžių astrofiziką su planetų dinamika, susidaro aiškesnis kosminių demografijų vaizdas: kurios planetos išgyvena žvaigždės mirtį ir kur jas galėtume rasti.

Išvados

Romantiškas vaizdas, kad Saulė praris Žemę, išlieka įmanomas, bet nėra neišvengiamas. Patobulinti modeliai rodo realų kelią, kaip Žemė gali būti pastumta į išorę ir išvengti sudeginimo, baigdama savo ilgą orbitą aplink baltąjį nykštuką. Tačiau įspėjimas didelis: nežinomybės dėl žvaigždžių masės netekimo ir potvynių fizikos vis dar leidžia abu scenarijus. Kitaip tariant, planeta gali išvengti Saulės raudonojo milžino apkabinimo, bet galutinis rezultatas priklauso nuo žvaigždžių detalių, kurias dar atrandame.