Пусть всегда будет Солнце...

— О САМОМ ГЛАВНОМ

В научно-фантастических произведениях и фильмах авторы довольно часто используют сюжет о новых и сверхновых звездах, в частности, о спасении человечества от умирающего, угасающего или же взрывающегося Солнца. Особенно популярна тема "реанимации" нашего умирающего светила при помощи каких-то особых супербомб. Но а насколько реально вернуть к жизни Солнце, угасающее после исчерпания им запасов водорода?

Звезды не вечны, и они умирают. Однажды умрет и наше Солнце. Как это рисуют в американской фантастике, Солнце начинает внезапно гаснуть. И конечно же, спасать гибнущее человечество берется никто иной, как сам отважный и бесстрашный Брюс Уиллис.
Он грузит хитроумную, офигенную очень мощную и ядреную супербомбу на свой космический корабль и отважно направляется к умирающему Солнцу. Невероятными, сверхчеловеческими усилиями Брюс Уиллис подлетает к светилу и умудряется забросить супербомбу прямо в центр Солнца. 

Супербомба, как ей и полагается, благополучно делает "Ба-бах!" и вновь запускает потухшую реакцию ядерного синтеза в ядре. Ура, человечество спасено, люди снова нежатся в ласковых лучах реанимированного Солнца и чествуют своего героя.

Конечно же, это просто дешевая и к тому же безграмотная фантастика. На самом деле так не бывает. Ну, а как же может быть на самом-то деле? Есть ли хоть капля правды в этом сюжете? Если Солнце действительно начнет гаснуть, можно ли таким способом возобновить работу "солнечной печки"?

Вначале сразу скажем, что Солнце не начнет угасать внезапно, как это преподносят американские фантасты. Как же умирают звезды? Наше Солнце сейчас находится на так называемой главной последовательности и достигло примерно середины своей жизни. Нам сегодня с небес "улыбается" весьма уравновешенное, стабильное и солидное светило. Как говорится, "солидный мужчина в самом расцвете сил". Возраст нашего Солнца сегодня составляет, по разным оценкам, около 4,5-5 миллиардов лет. Как и другие звезды своего возраста и типа, у Солнца был период формирования или рождения из межзвездного газа, оно пережило периоды шальной юности и бурной молодости, и вот теперь переживает период зрелости.

А еще через 5 миллиардов лет Солнце вступит в конечную стадию своей жизни: водород в ядре закончится, начнется гелиевый цикл, ядро раскалится еще больше, из-за этого Солнце начнет раздуваться, превратится в красного гиганта и, в конце концов, сбросит свою внешнюю оболочку. На месте бывшего Солнца останется его очень плотное и раскаленное ядро – белый карлик, который будет очень долго остывать, а разлетающиеся во все стороны внешние слои Солнца образуют планетарную туманность. Но люди, если они не сумеют овладеть техникой межзвездных перелетов, даже этого не увидят. Жизнь на Земле погибнет задолго до кончины Солнца – примерно через 1 миллиард лет. Подробнее об этом читайте в нашей статье "Каким будет конец света на Земле".

Так, почему же жизнь Солнца и звезд солнечного типа составляет всего "каких-то" 10 миллиардов лет? Ведь Солнце содержит значительно больше водорода, чем красные карлики, продолжительность жизни которых по единодушной оценке астрофизиков может составить триллионы лет [1]. Оказывается, все дело во внутреннем строении звезд солнечного типа, из-за которого они просто не могут употребить в "дело" весь свой запас водорода. Дело в том, что термоядерная реакция синтеза может протекать только в центре Солнца, где достигаются необходимые для этого температура и давление. Эта область, называемая ядром, простирается примерно на четверть радиуса Солнца, и в этой области находится лишь 2% всего объема вещества. Остальные 98% водорода, содержащегося в Солнце, в реакции практически не участвуют, и в конце жизни светила этот водород будет бездарно выброшен в пространство. Почему же так расточительно? Взглянем, как Солнце и другие солнцеподобные звезды "устроены" внутри.

В самом центре Солнца находится ядро или зона ядерных реакций. Внешние области образуют так называемую конвективную зону. Из названия понятно, что в этой зоне происходит передача тепла из внутренних областей во внешние путем конвекции, то есть, вещество в конвективной зоне постоянно перемешивается.

А вот между ядром и зоной конвекции находится очень интересная область, характерная лишь звездам солнечного типа. Это так называемая зона лучистого переноса. Эта зона особенная. В этой зоне практически не происходит перемешивания вещества, так как оно в этой зоне очень плотное. Водород в зоне лучистого переноса сжат настолько сильно, что соседние протоны не могут поменяться местами. Из-за этого перенос энергии путём перемешивания вещества почти невозможен. Прямое излучение наружу также невозможно, поскольку водород непрозрачен для излучения, возникающего в процессе термоядерного синтеза. Гамма-кванты, выходящие из зоны ядерных реакций, поглощаются частицей вещества – атомным ядром либо свободным протоном–, после чего возбуждённая частица излучает новый квант. Этот квант имеет направление, никак не зависящее от направления поглощённого кванта и может проникнуть в следующий слой плазмы в лучистой зоне, а может и переместиться назад, в нижние слои. Из-за этого время, за которое изначально возникший в ядре и многократно переизлучённый квант достигает конвективной зоны, может измеряться миллионами лет. В среднем это время составляет для Солнца около 170 000 лет.

Таким образом, ядро, в котором содержится только 2% всего запаса водорода, оказывается совершенно изолированным от конвективной зоны. И этих двух процентов хватает на 10 миллиардов лет. Вещество из ядра не может проникнуть во внешние слои Солнца, так же, как водород из внешних слоев не может проникнуть в ядро. По мере израсходования водорода в ядре, там накапливается продукт водородного синтеза – гелий. После того, как в зоне ядерных реакций весь водород будет переработан в гелий, водородный цикл прекращается. Силам гравитации уже ничто не противостоит, и поэтому ядро сжимается еще сильнее. Температура и давление в ядре возрастают настолько, что запускается гелиевый цикл. При гелиевой реакции энергии выделяется больше, чем при водородной, давление изнутри возрастает, что приводит к раздуванию светила. Звезда из желтого карлика превращается в красного гиганта. В конце концов давление возрастает настолько, что гравитация уже не может ему противостоять. Внешняя оболочка разлетается в разные стороны, а на месте бывшей звезды остается голое раскаленное гелиевое ядро.

Планетарная туманность IC 418. Когда-то здесь светила такая же звезда, как и Солнце. Теперь на ее месте только бывшее ядро этой погибшей звезды в виде белого карлика в центре и разлетающиеся ошметки внешних слоев. Водород из этих внешних слоев так и не был использован звездой и бесполезно выброшен в пространство.

Как видим, если дойдет до этого, то никакая сверхмощная бомба уже не поможет реанимировать умирающее Солнце, и такие выдумки фантастов не имеют под собой никакой реальной основы.

Ну, а как же красные карлики? А красным карликам везет. У звезд с массой меньше 35% массы Солнца зона лучистого переноса отсутствует ввиду недостаточной массы такой звезды. И перенос энергии из ядра к поверхности звезды происходит путем конвекции. То есть, конвективная зона в красных карликах непосредственно соприкасается с зоной ядерных реакций. И поэтому в ядерной реакции в красных карликах может принять участие весь запас водорода, а не только те жалкие 2%, как в желтых карликах. Жизнь таких звезд может продолжаться триллионы лет.

_________________________

[1]. Именно поэтому во всей Вселенной еще не найдено ни одного умершего или умирающего красного карлика. А вот останков умерших звезд типа нашего Солнца даже в нашей Галактике найдено очень много.