Планета приличного размера, явно достаточно большая, чтобы иметь нормальную атмосферу, но сейчас атмосферы нет. Учитывая расстояние до материнской звезды, когда-то, в далеком прошлом, на ней также вполне могла быть вода. На поверхности видны очертания континентов, однако они видны нечетко. Те глубокие, широкие котловины когда-то были дном океанов?
Сейчас сложно сказать. Возможно, раньше планета была зеленой или даже голубой, но сейчас это лишь коричневые, серые и черные пятна. Если когда-то здесь и существовала вода в жидком состоянии (или хотя бы водяные пары), то она давно исчезла, испарившись миллиарды лет назад. Для жидкой воды нужна атмосфера.
Из-за горизонта планеты начинает выглядывать краешек ее звезды. Распухшая, не имеющая четких очертаний, туманная и зловеще красная, звезда грузно восходит. Она такая большая, что кажется практически плоской. Но через несколько минут, плавный изгиб диска делается более явным, и становится понятно, насколько она огромна. Через час она все еще не полностью взошла, над горизонтом видно меньше половины. Она нависает угрожающе, напоминая пылающий взгляд прищуренного кровавого глаза.
Когда диск отрывается от горизонта, причина полной неподвижности на бесплодной планете становится очевидной. Звезда висит над поверхностью, занимая третью часть неба, это как столовая тарелка, если держать ее на расстоянии вытянутой руки. Пылающий глаз звезды уставился на поверхность планеты, начинающую разогреваться с наступлением дня. К полудню температура достигает точки плавления скальных пород, поверхность мертвой планеты начинает светиться мягким красным светом и вновь становится жидкой. Горы продолжают оплывать, а континентальные шельфы медленно текут, сливаясь с пересохшими котловинами океанов.
Наконец, после долгих часов тяжелого жара, звезда заходит, но красное зарево не гаснет на небе еще несколько часов. Скалы начинают потихоньку остывать, и к полуночи снова отвердевают. Когда небо темнеет, у поверхности земли становятся заметными струйки паров расплавленных скальных пород, подсвеченные еще не застывшей лавой, поблескивающей в трещинах неровной поверхности.
Через несколько часов цикл начнется заново. С каждым днем звезда становится чуть больше, чуть ярче, изливает чуть больше тепла на страдающую планету. Еще через несколько тысячелетий в течение дня скалы на поверхности будут нагреваться так сильно, что во время постоянно укорачивающихся ночных передышек не будут успевать затвердеть. Вся планета расплавится, убивая всякую надежду узнать о ее далекой истории.
Жалко. Прошлое планеты, несомненно, было богатым, у нее была наполненная и живая роль третьей планеты от Солнца. Но Солнце уже давно встало на свой долгий смертный путь, а прошлое планеты Земля будет утрачено навеки.
ВОСХОД, ЗАКАТ
Вы смотрите на Солнце, и оно кажется постоянным, стабильным, не изменяющимся. Но это иллюзия. Глубоко в его сердце миллиарды лет идет и еще миллиарды лет будет идти эпическая битва: борьба между силами тяготения и давлением. Эта война ведется оружием сжатия и расширения, больше всего жизнь Солнца определяется балансом между этими двумя древними врагами.
В настоящий момент они примерно уравновешивают друг друга. Силы тяготения Солнца способны удерживать его вещество, противодействуя внутреннему давлению, которое пытается взорвать его, как бомбу. Это шаткое равновесие существует миллиарды лет и будет сохраняться еще долго. Но не вечно.
Есть старая фраза, очень старая: «И это пройдет». С помощью Солнца мы отмеряем свои дни и годы. Эти временные промежутки естественны для нас. Но в гораздо более длительных масштабах времени само Солнце окажется часами, замедляющими свой ход.
Постоянство Солнца — это иллюзия. Как и любая другая звезда, Солнце родилось и проживет свою собственную жизнь.
А в один прекрасный день оно умрет.
ПРОЛЕТАЮТ ДНИ, ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ, МИРИАДЫ ЛЕТ
О неизбежной смерти Солнца думать не очень-то приятно. Но в конце концов это произойдет. Столкновение с астероидом, близкая вспышка сверхновой, всплеск гамма-излучения — все это может случиться. А может быть, и нет. Но смерть Солнца — это неотвратимая неизбежность, и с каждой секундой каждого дня мы чуточку приближаемся к ней. Так или иначе, конец Солнца означает конец Земли, такой, какой мы ее знаем. Возможно, что он может буквально означать конец Земли. Не исключено, что сама планета не переживет кончины материнской звезды. Она точно не останется живой и невредимой.
Как говорилось в главе 3, Солнце не может превратиться в сверхновую. Несмотря на то что у него достаточно массы, чтобы синтезировать в ядре гелий из водорода, как это происходит сейчас, и продолжить синтезировать углерод и кислород из гелия, у него просто нет того, что требуется для продолжения последовательности синтеза. В его ядре никогда не будет создано железо, поэтому коллапса ядра, создающего энергию для взрыва сверхновой, не будет.
Так что Солнце умрет не с громом, а со всхлипами. Но всхлипы в масштабах звезды все равно колоссальное событие в человеческих масштабах.
В главе 3 также дается краткое описание того, что произойдет со звездой, когда в ее ядре закончится водород и начнется слияние ядер гелия. Некоторые подробности, не столь важные для обсуждения процесса превращения звезды в сверхновую, были опущены, но, когда мы говорим о стареющем Солнце, эти подробности становятся очень важными. Возможно, вы слышали, что в один прекрасный день Солнце превратится в красного гиганта и поглотит внутренние планеты... но это все равно что сказать, что «Звездные войны — это фильм про мальчишку, который обнаружил, что он круче, чем думал, и в конце концов спасает всех». Интересное кроется в подробностях!
Этапы эволюции Солнца определяются законами физики, а эти законы нерушимы. Они действуют в течение гораздо более длительных промежутков времени, чем те, которые мы уже обсудили, — миллиарды лет. Время продолжает идти, хотим мы этого или нет, и мы увидим эти этапы в жизни Солнца... и мы увидим его неизбежную смерть.
СОЛНЦЕ — НОРМАЛЬНАЯ ЗВЕЗДА
Возраст Солнца: 4,6 млрд лет (сейчас + 0 лет)
Прямо сейчас мы можем считать, что Солнце приблизительно средних лет: его возраст где-то 4,6 млрд лет, и оно проживет как нормальная звезда еще 5 или 6 млрд лет. Сейчас оно стабильно синтезирует гелий из водорода в своем ядре. Этот гелий постепенно опускается в центр Солнца. Условия там такие, что ад покажется Антарктикой: температура более 15 млн °С, а давление примерно в 250 млрд раз выше атмосферного давления на поверхности Земли.
Но даже в таких экстремальных условиях углерод и кислород из гелия синтезироваться не будут. Инертный гелий накапливается в самом центре ядра. Может показаться странным, но вещество в ядре по-прежнему ведет себя как газ и подчиняется тем же законам физики, что и обычный газ. По мере накопления гелия плотность ядра возрастает, а это означает, что также увеличивается температура — сжатый газ нагревается. Это тепло должно куда-то деваться, поэтому оно излучается в верхние слои и дальше наружу из Солнца в виде света.
Этот процесс идет постоянно с того момента, как 4,6 млрд лет назад в ядре Солнца впервые запустился ядерный синтез. Это означает, что все это время, очень медленно, ядро Солнца нагревается по мере того, как в нем накапливается и спрессовывается гелий. Эта энергия поднимается из недр Солнца и излучается с его поверхности, поэтому при разогревании ядра светимость Солнца увеличивается. Сейчас оно примерно на 40 % ярче, чем было в момент запуска реакций ядерного синтеза все те миллиарды лет назад... и будет становиться все ярче и ярче по мере того, как все больше и больше гелия будет сбрасываться в его сердцевину.
СОЛНЦЕ СТАНОВИТСЯ ЯРЧЕ
Возраст Солнца: 5,7–8,1 млрд лет (сегодня + 1,1–3,5 млрд лет)
Увеличивающая яркость Солнца приводит к проблемам. На Земле сегодня такая температура, какая есть, именно потому, что планета отсекает небольшое количество излучаемой Солнцем энергии. Но дополнительная энергия от Солнца означает дополнительное тепло, которое будет нагревать Землю. Отслеживая процесс глобального потепления, ученые тщательно изучают последствия воздействия роста температуры на окружающую среду Земли. Если бы общая температура Земли увеличилась всего на 5°С, полярные шапки растаяли бы, вызвав чудовищную экологическую катастрофу.
Нюансы зависимости температуры на Земле от излучаемой Солнцем энергии сложны, но общий эффект заключается в том, что, когда Солнце становится ярче, Земля нагревается. В целом, такой рост яркости происходит достаточно медленно, и жизнь на Земле может адаптироваться к изменениям. Но когда Солнце станет на 10 % ярче, чем сегодня, температура на Земле увеличится больше, чем на те критические 5°С. Последствия для окружающей среды будут очень серьезными. Когда ледяные шапки растают, прибрежные регионы на всех континентах затопит. Экваториальные области станут слишком жаркими, и жить там будет сложно; впрочем, такие места, как Гренландия и даже Антарктика, станут теплее.
Но потепление на полюсах, вероятно, не компенсирует потерю среды обитания на низких широтах, потому что воздух на Земле станет слишком сухим. Когда молекулы воздуха нагреваются, они начинают двигаться быстрее. Более легкие молекулы проворнее, чем более тяжелые, и в нагревающемся воздухе они двигаются настолько быстро, что смогут совсем улететь с Земли! Именно поэтому в атмосфере Земли практически нет водорода и гелия: они такие легкие, что улетели в космос миллиарды лет назад. Более тяжелые молекулы, такие как вода, N2 и O2, обычно остаются.
Но по мере нагрева воздуха более ярким Солнцем даже тяжелые молекулы смогут улететь в космос. Со временем атмосфера станет слишком теплой и не сможет задерживать даже водяные пары. Они унесутся в космос, воздух высохнет, и континенты на планете превратятся в опаленные пустыни. Это будет иметь очевидные последствия для земной жизни.
Если допустить, что светимость Солнца будет стабильно расти, такое произойдет примерно через 1,1 млрд лет.
Это очень долго, и странным образом немного успокаивает! Это не избавляет нас от неприятностей, связанных с любыми другими существующими сейчас экологическими факторами, вносящими вклад в изменение температуры Земли, но об отдаленной перспективе можно пока не волноваться.
Однако то время неизбежно наступит. А после этого дела пойдут еще хуже.
Солнце продолжит разгораться. Спустя еще 2,4 млрд лет (3,5 млрд лет от настоящего времени) яркость Солнца увеличится на 40 % по сравнению с сегодняшней. Температура Земли поднимется настолько, что океаны полностью испарятся. Атмосфера Земли будет по-прежнему слишком горячей и не удержит водяные пары, поэтому они улетят в космос. Вся поверхность Земли станет сухой, как кость. Осадок на дне океанов обнажится, и Солнце начнет его нагревать. По мере высыхания океанского дна осадок будет выделять накопившуюся в нем двуокись углерода. Двуокись углерода в атмосфере — это парниковый газ; он впускает тепло от Солнца, но не выпускает его наружу. Земля нагреется еще сильнее, и от выделенных объемов CO2 атмосфера станет густой и туманной. Вполне вероятно, что через несколько миллиардов лет Земля будет очень похожа на сегодняшнюю Венеру: ужасно жаркая и окутанная плотной атмосферой, состоящей практически полностью из двуокиси углерода.
Однако за миллионы и миллиарды лет даже настолько густой воздух улетит в космос. К тому времени как Солнце откроет новую главу жизни в своей эволюции, переключившись на повышенную передачу, на Земле останутся голые скалы и никаких следов атмосферы. Она будет совершенно безжизненной.
Для тех, кто не может оставить надежды, есть одна форма жизни, которая, возможно, переживет этот этап отдаленного будущего Земли. В глубине золотой шахты в Южной Африке ученые обнаружили колонию микробов, живущих за счет имеющихся там химических соединений. Эти химические соединения создаются благодаря естественной радиоактивности скальных пород, поэтому этим бактериям не нужен солнечный свет для жизни, что, в свою очередь, означает, что они могут жить очень глубоко под землей. Поэтому, в то время как вся жизнь на поверхности Земли вымрет за следующие 3,5 млрд лет, сама жизнь продолжится где-нибудь в глубинах Земли. Это слабое утешение, возможно... но нужно заметить: и это пройдет. Еще через 2 млрд лет Солнце начнет причинять Земле настоящие неприятности.