Что нового о солнце и звездах
«Второе Солнце» обнаружено недалеко от Земли
Специалисты Центра космических полетов имени Годдарда NASA впервые смоделировали и описали ближайшую звезду, которая, как считается, очень похожа на наше Солнце, когда оно было совсем молодым. Компьютерное моделирование поможет лучше понять, каким могло быть Солнце в «молодости», и как оно помогло сформировать атмосферу нашей планеты и развитие жизни на Земле.
Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal, а коротко о нем сообщается на сайте NASA. Речь идет о недавно открытой звезде Kappa 1 Ceti, которую ученые называют «вторым Солнцем». Они считают, что эта звезда очень похожа на наше собственное светило, но только на ранней стадии его существования.
Этот аналог Солнца расположен недалеко от Земли, всего в 30 световых годах от нас. Как объясняют авторы работы, в космическом масштабе это как человек, живущий на соседней улице. На данный момент это ближайшая от нас известная звезда.
По оценкам астрономов, ее возраст составляет от 600 до 750 миллионов лет. Наше Солнце находилось примерно в таком же возрасте, когда на Земле зародилась жизнь. По словам соавтора исследования Мэн Цзинь, гелиофизика из Института SETI и Лаборатории солнечной астрофизики Локхид-Мартина в Калифорнии, эта звезда имеет такую же массу и температуру поверхности, как и Солнце. Все эти факторы делают Kappa 1 Ceti «двойником» нашего светила и дают ученым уникальную возможность изучить условия, при которых на Земле зародилась жизнь.
Звезды оказались настолько похожи, что команда во главе с Владимиром Айрапетяном, старшим астрофизиком отдела гелиофизики Центра космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, для изучения Kappa 1 Ceti использовала попросту адаптированную модель Солнца. Это помогло предсказать некоторые из наиболее важных, но трудных для измерения характеристик соседней звезды. Сама модель основана на данных, полученных в последние годы различными космическими миссиями.
В частности, моделирование показало, как юные звезды выбрасывают свои мощные всплески энергии. Одним из способов высвобождения накопленной энергии для них является звездный ветер. В основном он состоит из сверхгорячого газа, известного как плазма. Этот газ формируется, когда частицы в нем разделяются на положительно заряженные ионы и отрицательно заряженные электроны.
Наиболее энергичная плазма, как пишут исследователи, с помощью магнитного поля звезды может оторваться от самой внешней и самой горячей части звездной атмосферы, короны. После этого она «выдувается» в виде звездного ветра и направляется в сторону ближайших планет. Этот процесс происходит постоянно.
Отличие заключается лишь в том, что у молодых звезд эти выбросы энергии являются более мощными, чем у старых. Поэтому, как предполагают авторы работы, на ранней стадии существования Земли с ее поверхности во многих точках были бы хорошо видны ветры, выдуваемые с Солнца. В наши дни такие явления частично можно наблюдать только в виде полярных сияний. Подобные процессы могут происходить в звездных системах по всей нашей галактике и Вселенной, считают ученые.
Портрет Солнца: что ученые узнали благодаря рекордно близким фотографиям светила
Зонд Solar Orbiter выполнил фотографирование Солнца с рекордно близкого расстояния. Никто и никогда не наблюдал наше светило так близко. Хотя включение камер планировалось как техническая проверка, данные оказались настолько хороши, что уже помогли сделать первое открытие.
Орбита миссии выбрана так, чтобы собрать о нашей звезде уникальные сведения. Прежде всего, орбита аппарата не круговая, а сильно вытянутая. Из-за этого на определенном участке траектории зонд проходит очень близко к светилу. Так происходит при каждом обороте, но вдобавок орбита меняется от витка к витку, так что с каждым разом контакт с Солнцем становится все более тесным.
Уже при первом своем сближении со светилом, состоявшемся в июне текущего года, Solar Orbiter подошел к нему на 77 млн километров (это примерно половина расстояния от Солнца до Земли). Очень немногие зонды подходили к звезде так близко, и ни на одном из них не было аппаратуры для наблюдения самого светила (а не солнечного ветра или короны). Так что изображения, полученные миссией, уникальны.
И это только начало. В финале запланированной программы аппарат подберется к звезде всего на 60 солнечных радиусов. В этой точке он будет в 3,6 раза ближе к Солнцу, чем Земля, и в 1,4 раза ближе, чем Меркурий. В этот момент Solar Orbiter будет ближе к светилу, чем какой-либо другой зонд, кроме запущенной в 2018 году миссии Parker (которая, в отличие от «Орбитера», не несет инструментов, обозревающих сам диск Солнца).
Есть и еще одна причина, делающая миссию Solar Orbiter уникальной. Орбита аппарата будет постепенно менять наклон (для этого зонд сделает несколько облетов Венеры, используя ее гравитацию как своеобразный двигатель). Первые витки аппарат сделает практически в плоскости экватора Солнца, как и почти все его предшественники. Но со временем планируется достичь наклона орбиты в 24 градуса, а в рамках расширенной миссии — и 33 градуса. Благодаря этому Solar Orbiter станет буквально первым зондом, который пронаблюдает Солнце с полюсов. До этого над полюсами светила проходил лишь аппарат Ulysses, но он изучал только плазму солнечного ветра, опять-таки не имея приборов для наблюдения самой звезды.
На представленной ниже анимации показаны орбиты Земли, Венеры, Меркурия и Solar Orbiter (каждый новый виток зонда выделяется белым).
Впрочем, полярный круиз у Solar Orbiter еще впереди, а открытия начались уже сейчас, причем совершенно неожиданно.
Откровенные фото
Свое первое сближение с Солнцем (с 30 мая по 21 июня текущего года) зонд встретил с включенными приборами. Это было тестовое включение: команда проекта собиралась попросту убедиться, что все системы исправно работают. Научная программа миссии официально стартует лишь в ноябре 2021 года. Однако полученные данные оказались настолько качественными и подробными, что новое открытие буквально бросилось астрономам в глаза.
Ультрафиолетовые снимки показали, что солнечный диск усеян яркими точками (на менее подробных изображениях ничего подобного различить не удавалось). Эти структуры ученые назвали кострами (campfires). Возможно, это нановспышки — явление, которое давно предсказано теоретиками. Еще никогда наблюдатели не видели его воочию.
Поясним, почему это важно. Температура поверхности Солнца (фотосферы) — около 6000 о С. Ненамного горячее и вышележащий слой — хромосфера. А вот расположенная над ними корона разогрета до миллионов градусов. Вот такой парадокс: корона гораздо горячее поверхности светила, хотя она находится значительно дальше от центра звезды, в котором происходят термоядерные реакции. При этом температура резко возрастает в узком переходном слое между хромосферой и короной.
Загадка температуры короны давно мучает исследователей. Какой процесс ее так разогревает? На этот счет предложено несколько гипотез, и одна из самых популярных связана с теми самыми нановспышками. Предполагается, что это миниатюрные подобия всем известных солнечных вспышек, которые происходят в короне непрерывно и массово. Но пока у науки нет твердых доказательств их существования. Если дальнейшие исследования подтвердят, что Solar Orbiter видит именно их, это может положить конец десятилетиям дискуссий.
«Ученые много лет спорят о механизмах нагрева короны Солнца. Одна из наиболее популярных гипотез заключается в том, что корона нагревается из-за множества постоянно происходящих нановспышек, но окончательных доказательств этому пока нет. До публикации полученных результатов в научной статье рано говорить, проливают ли данные, полученные зондом Solar Orbiter, новый свет на эту проблему. Но аппарат, наблюдающий Солнце с таких малых дистанций, наверняка поможет узнать о нашей звезде что-нибудь интересное», — отмечает заместитель директора Пущинской радиоастрономической обсерватории Астрокосмического центра Физического института РАН доктор физико-математических наук Игорь Владимирович Чашей.
Снимки Солнца в других диапазонах тоже получились великолепными. Кликнув по изображению в галерее, можно получить его подробное описание и список правообладателей. Вот, к примеру, изображение солнечной короны в видимом свете.
В целом можно сказать, что все приборы зонда отработали на отлично, и аппарат уже в самом начале своей миссии превзошел ожидания создателей.
Ослепительное сияние тайн
Первооткрывателю солнечного ветра Юджину Паркеру приписываются слова: «О Солнце мы знаем настолько много, чтобы понять, как мало мы знаем». Наше светило все еще полно тайн, даже если не считать уже упоминавшейся загадки нагрева короны.
Почему солнечная активность подчиняется 11-летнему циклу? С чем связаны отступления от него? Какие силы исторгают из атмосферы звезды солнечный ветер? Какие механизмы порождают выбросы корональной массы — облака плазмы, которыми периодически буквально плюется Солнце? Список вопросов, ответов на которые пока нет, можно продолжать очень долго.
Между тем ученые интересуются светилом не только из общей любознательности. Понятно, что жизнь на Земле в буквальном смысле зависит от поведения обогревающей ее звезды. Например, вопрос о влиянии солнечной активности на климат еще далеко не решен.
А вот воздействие на человеческую жизнь уже упоминавшихся выбросов корональной массы не подлежит никакому сомнению. Известны случаи, когда эти потоки заряженных частиц серьезно повреждали космические аппараты. Также они повышают уровень радиации и на МКС до нежелательных значений, хотя та и защищена магнитным полем Земли. А корабль, отправляющийся в межпланетное путешествие, выходит из-под прикрытия этого природного щита. Для его экипажа встреча с выбросом корональной массы чревата по-настоящему опасными дозами облучения. Астронавты, отправлявшиеся на Луну, уже рисковали, но их экспедиции были хотя бы краткими. Можно было надеяться, что им повезет не встретиться с губительным подарком Солнца. А вот в долгом путешествии к Марсу риск был бы слишком велик (и это одна из главных причин, по которым разговоры о пилотируемом полете на Марс все еще остаются разговорами).
Хватает неприятностей с корональными выбросами и на Земле. Сильный выброс может за час обеспечить людям на борту самолета, летящего через Северный полюс (а таких рейсов совершается несколько тысяч в год), несколько годовых норм радиационного облучения. Кроме того, вторжения космической плазмы нарушают работу радиосвязи. Наконец, они порождают магнитные бури. Последние могут вызвать наведенные токи в электросетях и оставить без электроснабжения огромные территории (именно так случилось в 1989 году в Квебеке). Широко распространено и мнение, что магнитные бури влияют на самочувствие человека, хотя по этому поводу ученые еще не пришли к согласию.
Между тем астрономы пока не умеют прогнозировать корональные выбросы. Заметить такое облако плазмы можно, только когда оно уже находится на пути к Земле. Человечество не отказалось бы от системы раннего предупреждения, а для этого нужно как можно больше знать о нашем своенравном светиле.
Каждая новый зонд или телескоп, нацеленный на изучение Солнца, приносит новые кусочки мозаики, из которой складывается разгадка его тайн. Проект Solar Orbiter наверняка станет важной вехой на этом пути.
Астрономы выяснили, может ли Солнце поглотить Землю
Результаты исследования полностью представлены в журнале Nature Astronomy, а краткий отчет о нем опубликован в журнале Science. Авторы работы сравнивают полученные данные с древнегреческим мифом, согласно которому бог Хронос поедал своих детей.
В новом исследовании астрономы решили проверить, способны ли звезды поглощать планеты, в формировании которых сами же и поучаствовали в глубоком прошлом. Такая теория впервые была озвучена много десятилетий назад. Однако теперь получены первые данные, которые позволили оценить вероятность поглощения планет звездами.
Отправной точкой для ученых стал достоверно известный факт: каменистые твердые планеты, такие как Земля, богаты тяжелыми элементами, в том числе железом, кремнием и титаном. В то же время звезды содержат в основном куда более легкие вещества, такие как водород, гелий, кислород и углерод. Теоретически, если звезда поглотит каменистую планету, то тяжелые элементы рассеются в ее внешних слоях. Следовательно, контрольные маркеры можно обнаружить, изучая химический состав звезд по спектру их излучения.
Исследование охватило 107 двойных систем, в которых находится по две звезды. Отмечается, что все эти светила по своим характеристикам похожи на наше Солнце. Принято считать, что двойные звезды рождаются из одного облака газа и пыли, поэтому их химический состав должен быть почти идентичным.
Кроме того, в своих измерениях исследователи учли множество других параметров, например, схожесть звезд в каждой паре по массе и температуре. Фактически, астрономы нашли и изучили звездных близнецов. Это позволило объективно сравнить их характеристики. Анализ выявил 33 двойных системы, в которых одна из звезд обладает повышенным уровнем содержания железа по сравнению со своим партнером.
Авторы работы пишут, что выявленная аномалия является главным признаком «планетарного каннибализма». Вторым признаком стало повышенное содержание лития в химическом составе звезд-«каннибалов». Данный факт также свидетельствует в пользу гипотезы о «поедании миров».
Ученые признают, что звезды, подобные Солнцу, рождаются со значительным количеством содержания лития. Но предыдущие исследования показали, что этот литий сжигается в течение первых 100 миллионов лет жизни звезды. Поэтому он не может присутствовать в крупных объемах в более старых звездах. Но если он там присутствует, то это означает, что литий достался звезде «в наследство» от поглощенной ею планеты.
Исследование также зафиксировало, что аномальные химические сигнатуры чаще всего обнаруживаются у наиболее горячих звезд, имеющих тонкие внешние слои. В целом ученые пришли к выводу, что от 20 до 35 процентов звезд, подобных Солнцу, поглощают от одной до нескольких своих планет, подобных Земле. Такое может происходить в системах, где гравитационные взаимодействия между планетами отбрасывают одну из них к звезде, которая медленно испаряет и поглощает ее.
Что касается нашей Солнечной системы, то Лоренцо Спина успокаивает: компьютерное моделирование говорит о том, что наше Солнце вряд ли когда-либо поглощало планеты. Исследование подтвердило, что Солнце не обладает аномально повышенным объемом тяжелых элементов по сравнению с другими звездами своего класса.
Авторы работы сомневаются, что такое возможно и в будущем. При этом они дают рекомендацию своим коллегам, которые решат найти «вторую Землю» и колонизировать ее. Они советуют обращать внимание не только на характеристики самих планет, но и на характеристики «инопланетного солнца». Если окажется, что в прошлом оно уже съедало свои планеты, то поиски подходящего для колонизации мира лучше перенести в другую звездную систему.
30 интересных фактов о Солнце
Солнце — самый крупный и самый массивный объект в Солнечной системе. Также это единственная звезда нашей Солнечной системы. Теория о том, что оно является центром, вокруг которого вращаются другие планеты была предложена ещё в веке до нашей эры. Давайте же взглянем на наши знания об этом гиганте сегодня.
Солнце
Фото: Pixabay
1. Солнце сформировалось около 4,6 миллиардов лет назад распада части гигантского молекулярного облака, состоящего в основном из водорода и гелия.
2. Теория о том, что Солнце является центром, вокруг которого вращаются другие планеты, была впервые предложена древнегреческим философом Аристархом Самосским в 3 веке до нашей эры.
3. Температура фотосферы Солнца — 5500 °C. Однако в короне Солнца она может достигать 10 миллионов °C.
4. Солнце не имеет чётких границ.
Поверхность Солнца
Фото: Nasa
5. Солнце — звезда средних размеров. Однако даже в ней могло бы поместиться 1 300 000 таких планет, как Земля.
6. Расстояние от Земли до Солнца — 149,5 млн км.
7. Солнечному свету и теплу требуется около 8 минут, чтобы долететь до нашей планеты. Следовательно, расстояние от Земли до Солнца составляет 8 световых минут.
8. Солнце на 0,0000000006% состоит из золота.
9. 92% объёма Солнца — водород.
10. Каждую секунду Солнце посылает на Землю в 10 раз больше частиц нейтрино, чем на Земле живёт людей.
Фото: Ondřej Šponiar / Pixabay
11. Через 1,1 млрд лет наше дневное светило будет на 11% ярче, чем сейчас.
12. Треть россиян полагает, что Солнце вращается вокруг Земли, согласно данным опроса.
13. Наши глаза, точно так же, как и кожа, могут получить солнечный ожог.
14. Каждый день растения превращают солнечный свет в энергию, количество которой в шесть раз превышает энергопотребление человечества.
15. По словам футуролога Рэймонда Курцвейла, все мировые энергетические потребности могут быть удовлетворены за счёт одной десятитысячной доли солнечного света.
Фото: S. Hermann & F. Richter / Pixabay
16. Солнце в 400 раз дальше от Земли, чем Луна.
17. Молния в 5 раз горячее поверхности Солнца.
18. Если мы посмотрим на Солнце из космоса, оно будет белым, а не жёлтым, так как жёлтый цвет солнечному цвету придаёт атмосфера Земли.
19. Если бы Солнце было размером с надувной пляжный мяч, то Юпитер был бы размером с мяч для гольфа, а Земля — с горошину.
20. Только спустя 359 лет после того, как католическая церковь вынудила Галилея отречься от теории о том, что Земля движется вокруг Солнца, она заявила, что была неправа. Это произошло в 1992 году.
Галилео Галилей
21. Солнце — самый идеально круглый природный объект во вселенной, известный на данный момент.
22. Температура солнечного ядра — около 15 млн °C.
23. В 1676 году Исаак Ньютон провёл эксперимент по расщеплению солнечного луча призмой. Полученный спектр он произвольно разделил на 7 цветов. Эти цвета составляют радугу.
24. Ядро Земли почти такое же горячее, как Солнце.
25. Солнце примерно в 13 миллиардов раз ярче, чем вторая по близости к нам звезда — Сириус.
Сириус и Солнце
26. У 35% людей разглядывание Солнца вызывает желание чихнуть.
27. Примерно через 5 миллиардов лет Солнце истощит запасы водорода и гелия, превратившись в гигантскую красную звезду, и поглотит Меркурий, Венеру и, возможно, Землю.
28. Атмосфера Солнца в 300 раз горячее, чем его поверхность.
29. Около 30% солнечного излучения, получаемого Землёй, отражается обратно в космос. Остальное поглощается океанами, облаками и почвой.
30. Солнце сейчас находится примерно в середине своего жизненного цикла.
Что случится с Солнцем в будущем?
Череда невероятных совпадений привела к тому, что где-то в бесконечном космическом океане, в ничем не примечательной галактике возле самой обычной звезды зародилась жизнь. Это немного странно, но именно энергия Солнца позволила мне написать эту статью, а вам – прочитать ее. Солнце – символ самой жизни. Неудивительно, что наши предки поклонялись ему, наделяя звезду божественной силой. Но если жизнь на Земле когда-нибудь исчезнет, что произойдет с Солнцем? Современная наука и технологии позволили нам не только заглянуть в прошлое Вселенной, но и предсказать будущие события. Из этой статьи вы узнаете, поглотит ли Солнце Венеру, Меркурий и Землю.
Наше Солнца – самая обычна звезда по галактическим меркам
Начнем с того, что Солнце – это обычная звезда. Она озаряет Солнечную систему светом и теплом, устанавливая суточные циклы сна и бодрствования у всех живых организмов на нашей планете. Но Солнце не всегда будет таким. Наступит время, когда наша родная звезда погибнет, а вся Солнечная система превратится в очень неприятное место. Важно понимать, что все физические процессы протекающие на Солнце, в значительной степени определяют физику планет (по крайней мере ближайших к звезде).
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 150 миллионов километров. Свет преодолевает это расстояние за 8 минут. Для сравнения – следующая ближайшая к нам звезда Проксима Центавра находится от нас на расстоянии 4 световых лет.
Астрономы классифицируют Солнце как молодую звезду с высоким содержанием металлов. Это значит, что Солнце образовалось из останков более древних звезд. Текущий возраст нашего светила исследователи оценивают приблизительно в 4,6 миллиардов лет, а значит, звезда прожила примерно половину своей жизни, так как ее взросление – фаза главной последовательности – длится 10 миллиардов лет. После завершения этого срока наступит следующий этап ее эволюции. По мере того, как Солнце расходует запасы своего водородного топлива, оно становится все горячее, а его светимость увеличивается. К тому моменту, когда Солнце отметит свой 5,6 миллиардный день рождения, оно будет в 11 раз ярче, чем сегодня.
Ничто во Вселенной не вечно, тем более звезды
Исследователи полагают, что уже к этому моменту на нашей планете либо произойдет кардинальное изменение жизни, либо она и вовсе исчезнет. Вообще, некоторые ученые считают, что человеческая цивилизация погибнет задолго до того, как Солнце превратится в красного гиганта. Подробнее об этом я рассказывала в предыдущей статье.
Красный гигант
Красные гиганты – это звезды, в ядрах которых горение водорода прекратилось. По этой причине в ядре больше не выделяется энергия и оно начинает быстро сжиматься и нагреваться под действием сил гравитации. Так как во время сжатия температура ядра поднимается, то оно поджигает водород в окружающем ядро тонком слое.
Превращение желтого карлика в красного гиганта является одним из самых необычных превращений, известных современной науке: гелиевое ядро Солнца, размером с гигантскую планету, сжимается и нагревается. В ответ на это Солнце станет шире в 100 раз. Разросшееся светило поглотит Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю. Астрономы, наблюдающие из другой Солнечной системы, классифицировали бы эту раздутую версию нашего Солнца как красного гиганта.
Еще больше интересных статей о нашей галактике, Солнечной системе и Вселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.
Необходимо отметить, что с превращением Солнца в красный гигант неизбежно произойдут новые виды термоядерных реакций, в результате которых ядро звезды еще больше сожмется и нагреется. Когда температура ядра достигнет 100 миллионов градусов по Цельсию, гелий воспламенится и начнет плавиться в углерод и кислород. Это приведет к тому, что Солнце будет несколько уменьшаться, но через некоторое время – и в течение следующих 100 миллионов лет – оно снова начнет расширяться. На последней фазе жизни произойдет циклический, мягкий выброс газа – астрономы называют это планетарной туманностью.
Вот какую красоту оставляют после себя красные гиганты
Еще три с половиной миллиарда лет спустя яркость Солнца возрастет на 40%. К этому времени, как полагают исследователи, наша планета превратится в нечто, напоминающее современную Венеру: вода с поверхности Земли полностью исчезнет, что приведет к окончательной гибели всех наземных организмов (при условии, что они смогли адаптироваться к изменившимся условиям миллиарды лет назад). Спустя еще 6,4 миллиардов лет, Солнце начнет относительно быстро расширяться, сохраняя постоянную светимость. В итоге через 7 миллиардов лет от настоящего времени наша родная звезда превратится в субгиганта – звезду, в ядре которой закончилось все водородное топливо.
Сегодня около 10 миллиардов красных гигантов пылают в галактике Млечный Путь. Среди всех этих старых звезд, возможно, некоторые породили новую жизнь в далеких мирах, наподобие Европы и Энцелада. Как думаете, могут ли формы жизни развиваться на планетах во время разных этапов звездной эволюции? Поделитесь ответом в комментариях к этой статье и присоединяйтесь к участникам нашего Telegram чата, где мы общаемся обо всем на свете.