Что случится с Солнцем через миллиарды лет: от красного гиганта до белого карлика

В ядре Солнца постоянно идут термоядерные реакции: водород превращается в гелий, и при этом выделяется огромное количество энергии. Благодаря ей внутри звезды сохраняются высокая температура и давление.

На Солнце одновременно действуют две противоположные силы. Гравитация стремится сжать звезду, а разница давления между её внутренними и внешними слоями противодействует этому сжатию. Такое состояние называют гидростатическим равновесием.

Однако стабильность не означает, что Солнце совсем не меняется. По мере накопления гелия в ядре его внутреннее строение постепенно перестраивается, а светимость звезды увеличивается. Этот процесс идёт очень медленно: звезда ещё миллиарды лет будет находиться на главной последовательности и совсем не скоро станет похожа на красного гиганта.

Оно станет намного больше и ярче, хотя температура поверхности снизится. Стадия красного гиганта продлится сотни миллионов лет, и за это время размеры звезды будут сильно меняться. Сейчас радиус Солнца составляет около 696 тысяч километров. Согласно одной из детальных моделей, на поздних стадиях он может увеличиться примерно до 256 нынешних солнечных радиусов, или 1,2 астрономической единицы. Это немного больше современного расстояния от Земли до Солнца, но заметно меньше расстояния до Марса.

Одновременно звезда будет постепенно терять массу из-за мощного звёздного ветра. Её притяжение ослабнет, и орбиты уцелевших планет начнут расширяться. Однако на внутренние планеты будет действовать и приливное взаимодействие с раздувшейся звездой — оно, наоборот, может заставлять их приближаться к ней.

С Землёй всё сложнее: на её орбиту одновременно будут влиять несколько процессов:

• Орбита Земли будет расширяться. Солнце начнёт терять массу, его притяжение ослабнет, и Земля станет удаляться от звезды.
• Приливное взаимодействие будет действовать в обратную сторону. Оно будет тормозить движение Земли и способствовать её сближению с раздувшейся звездой.
• Светимость Солнца значительно возрастёт. Поэтому ещё задолго до возможного поглощения условия на Земле станут непригодными для привычной жизни.

Согласно одной из детальных моделей, которая учитывает изменение орбиты и приливное взаимодействие, Земля в итоге будет поглощена Солнцем. Однако этот далёкий сценарий зависит от особенностей эволюции звезды, поэтому в образовательных материалах NASA такой исход называют возможным, а не однозначным.

После этой стадии в ядре нашей звезды начнётся синтез гелия, а позднее она перейдёт на асимптотическую ветвь гигантов — ещё один этап, когда её внешние слои сильно расширятся.

В конце этой стадии Солнце сбросит внешние слои в окружающее пространство. Оставшееся горячее ядро будет испускать ультрафиолетовое излучение, которое ионизует выброшенный газ и заставит его светиться. Так вокруг ядра возникнет планетарная туманность.

Несмотря на название, к планетам такие туманности отношения не имеют: это оболочки из газа, сброшенного звездой. Современные модели показывают, что Солнце сможет образовать планетарную туманность, хотя, вероятно, она будет сравнительно слабой.

Термоядерные реакции в нём прекратятся, поэтому нового источника энергии у белого карлика уже не будет. Некоторое время он продолжит светиться за счёт тепла, накопленного за предыдущие этапы жизни звезды, а затем будет постепенно остывать и тускнеть.

Поэтому нельзя назвать момент, когда Солнце окончательно «погаснет»: его температура и светимость будут снижаться постепенно на протяжении огромного промежутка времени.

В теории после очень долгого охлаждения белый карлик должен превратиться в чёрный карлик — холодный остаток звезды, практически не излучающий свет. Но Вселенная пока слишком молода, чтобы хотя бы один белый карлик успел остыть до такого состояния.

Есть и другой тип сверхновых — сверхновые типа Ia. Они могут возникать в системах, где белый карлик взаимодействует со звездой-компаньоном. Но Солнце — одиночная звезда, поэтому такой сценарий к его обычной эволюции не относится. В конце жизни оно сбросит внешние слои и превратится в белый карлик.

Условия на Земле начнут заметно меняться задолго до того, как Солнце станет красным гигантом. По мере старения оно будет становиться ярче, и Земля начнёт получать больше солнечной энергии. Из-за этого климат станет теплее, а испарение воды будет усиливаться.

Ещё позже Земля может полностью лишиться океанов.

Главной причиной этих изменений станет рост светимости Солнца, а не изменение расстояния до него. Поэтому привычные условия для жизни исчезнут гораздо раньше, чем наша звезда начнёт превращаться в красного гиганта.

А вот предсказать, что к тому времени произойдёт с человечеством, невозможно. Речь идёт о миллиардах лет — за такой срок могут измениться и цивилизация, и сам человеческий вид. Астрофизика позволяет довольно подробно описать будущее Солнца, но сказать, будут ли люди или их далёкие потомки существовать через миллиарды лет, наука не может.

Ещё около 5 миллиардов лет Солнце будет оставаться на главной последовательности, а затем превратится в красного гиганта. Оно сильно расширится и потеряет значительную часть своей массы. Меркурий и Венера будут поглощены, а Земля станет непригодной для привычной жизни намного раньше. В конце эволюции наша звезда сбросит внешние слои, а её ядро превратится в белый карлик, который будет медленно остывать.