Об отдалённом будущем Земли и Солнечной системы

Если вы спросите у меня, как погодка, я отвечу, что так себе. Жарко, душно. И это не на день, и не на два. В такие тяжёлые знойные дни охотно веришь, что раньше подобного не было, что лета раньше были мягче, что на Земле действительно становится теплее. И кажется вполне логичным обвинить во всём Солнце — ведь это именно оно то пригревает, то печёт.

Попытки связать глобальное потепление с переменами в светимости Солнца действительно предпринимались, однако оказались безуспешными. Может быть, колебания климата связаны с солнечной активностью, может быть, они вызываются небольшими вариациями в параметрах осевого и орбитального движения Земли, может быть, правы те, кто считает эти колебания следствием деятельности человека… Но общее энерговыделение Солнца на таких коротких временных масштабах положение дел Земли не меняет.

Иное дело — времена длительные. Информация о том, что через N миллиардов лет Солнце превратится в красный гигант и, может быть, поглотит Землю, распространена достаточно широко. Конечно, миллиарды лет — это не завтра, а достаточно отдалённая перспектива. Однако она тревожит умы, будучи вполне определённой финальной точкой. Может быть, мы не угробим себя сами, может быть, на нас не упадёт астероид, может быть, само собой прекратится глобальное потепление, и не случится фатального похолодания. Но однажды всё равно всё обязательно закончится. Нашим отдалённым потомкам придётся к этому времени предпринять какие-то действия, чтобы наблюдать за процессом гибели Солнечной системы со стороны.

Чему именно равно N в предыдущем абзаце, точно сказать нельзя. Хотя теория звёздной эволюции считается одной из наиболее хорошо проработанных областей астрофизики, в ней сохраняется значительное количество упрощений и допущений. Оно позволяет весьма достоверно описывать свойства звёздного ансамбля, но оставляет место для неопределённостей в предсказании эволюции конкретной звезды. Конечно, если говорить об абстрактном светиле спектрального класса G2, миллиард лет туда, миллиард лет сюда кажутся вполне допустимой погрешностью. Но время, отпущенное персонально нам, хотелось бы знать точнее. Увы, здесь теория пока не обладает особой прецизионностью.

Качественно картинка выглядит так. Солнце образовалось около 4,6 миллиарда лет назад. Это число установлено достаточно надёжно, по независимым гелиосейсмологическим данным и данным о возрасте метеоритов. В настоящее время Солнце находится на главной последовательности, то есть, сжигает водород в ядре с постепенным накоплением гелия. Этот путь пройден примерно на половину, то есть, в гелий превратилась примерно половина начального содержания водорода в ядре. Через несколько миллиардов лет запасы водорода в центре Солнца подойдут к концу, там образуется гелиевое ядро, а горение водорода продолжится в окружающем ядро слоевом источнике. Ядро при этом сожмётся, а внешняя оболочка сильно расширится с общим снижением температуры и повышением светимости — Солнце станет красным гигантом.

Постепенно гелиевое ядро разогреется до такой степени, что в нём начнётся следующая ступень термоядерных реакций — превращение гелия в углерод и далее в кислород. Солнце сократится в размерах, а его атмосфера снова станет горячее (на диаграмме Герцшпрунга-Рессела этот участок называется горизонтальной ветвью), пока в центре звезды не исчерпаются запасы гелия. После этого картинка повторится: инертное углеродно-кислородное ядро будет окружено теперь уже двумя слоевыми источниками — внутренним с горением гелия и внешним с горением водорода. Внешние слои снова расширятся: Солнце станет звездой асимптотической ветви гигантов (АВГ).

Относительно того, что при этом будет происходить с Землей, существуют разные мнения, поскольку положение нашей планеты будет определяться сочетанием нескольких факторов. Во-первых, как на стадии красного гиганта, так и на стадии АВГ Солнце будет интенсивно терять массу. Формально потеря массы происходит и сейчас, с солнечным ветром, с излучением, но эта потеря слишком мала, чтобы значимым образом отразиться на орбите Земли. Уменьшение массы Солнца на поздних эволюционных стадиях приведёт к его полегчанию вдвое, если не больше, что заставит орбиту Земли отодвинуться. С другой стороны, приливное взаимодействие между Землёй и раздувшимся Солнцем затормозит планету и заставит её приближаться к центру системы. Наконец, какую-то роль будет играть и аэродинамическое торможение планеты в уплотнившемся солнечном ветре. Учесть все эти факторы с точностью, достаточной для однозначных выводов, не удаётся, но, чтобы дать хотя бы некоторое представление о величинах, я приведу числа из статьи Шрёдера и Смита 2008 года, несколько их округлив.

Итак, согласно Шрёдеру и Смиту, в типичной модели с учётом потери массы Солнце покинет главную последовательность в возрасте 10 млрд. лет. Через 2,2 млрд. лет оно достигнет верхушки ветви красных гигантов. К этому времени его светимость превысит нынешнюю в 2700 раз, а радиус станет равен примерно 1,2 астрономической единицы (а.е., среднее расстояние от Земли до Солнца). После загорания гелия наша звезда проведёт около 100 млн. лет на горизонтальной ветви при светимости в 50 нынешних и радиусе чуть больше 10 нынешних. Наконец, затем наступит кратковременная стадия АВГ, на которой светимость будет варьироваться от 2000 до 4000 нынешних, а радиус составит примерно 0,8 а.е. Потери массы Солнцем будет недостаточно, чтобы удалить Землю на безопасное расстояние, и планета будет поглощена Солнцем ещё до того, как звезда раздуется до максимальных размеров. Вот такой печальный вывод.

Прочие подобные исследования разнятся с этим в деталях. Например, в некоторых моделях Солнце достигает максимальных размеров и поглощает Землю не на стадии красного гиганта, а на стадии АВГ. В других моделях Земля успевает отойти от звезды чуть дальше и избегает поглощения. Некоторые авторы считают, что на поздних стадиях звёздной эволюции планеты испаряются до того, как бывают поглощены, но эта точка зрения вступает в некоторое противоречие с данными наблюдений. Сейчас известны планеты не только у красных гигантов, но и у звёзд горизонтальной ветви. То есть, по крайней мере, некоторые планеты способны пережить стадию красного гиганта. Более того, имеются косвенные признаки сохраняющихся планетных систем у белых карликов. Если в будущем такие планеты будут найдены не косвенно, а непосредственно, это будет означать, что и стадия АВГ для планет необязательно является фатальной.

Некоторая неопределённость в описании будущей судьбы Солнечной системы может быть связана с хаотической эволюцией орбит. Я как-то писал о том, к каким серьёзным последствиям могут приводить даже незначительные вариации в параметрах планетных орбит. Возникает вопрос, как сильно на устойчивость системы повлияет увеличение больших полуосей планетных орбит не на метры, а на миллионы километров. Этот вопрос был недавно рассмотрен в статье, второй автор которой имеет пугающее имя Кассандра, со следующим выводом: уменьшение массы звезды повышает хаотичность системы, но на слишком короткое время, чтобы эта хаотичность успела как следует проявиться.

Наконец, нужно помнить, что ответ на вопрос о том, будет или нет Земля поглощена Солнцем или даже испарена им, имеет только академический интерес. Поскольку светимость Солнца и сейчас растёт медленно, но непрерывно, поверхность Земли станет непригодной для жизни существенно раньше ухода Солнца с главной последовательности, примерно через миллиард лет. Детально этот вопрос проанализировали недавно британские учёные, придя к выводу, что жизнь на Земле, начавшись одноклеточными, ими же и закончится. Не знаю, как вы думаете, а я думаю, что мы в этой связи должны уже что-то предпринимать. Вот, например, простой план: заблаговременно отодвинуть Землю на безопасное расстояние.

К тому моменту, когда станут актуальны какие-то действия по парированию роста светимости Солнца, человеки вряд ли будут существовать вообще; а если и будут — вряд ли они будут в состоянии что-то на эту тему понимать. Надеяться на то, что «всё будет примерно так же, только лучше» через миллионы и сотни миллионов лет, мягко говоря, утопично. Весь фанерозой длится менее 600 млн лет; а ведь за это время жизнь проэволюционировала от червей, до «венца творения»; крайне наивно полагать, что в ближайшие 600 млн лет не произойдет столь же радикальных изменений в облике Земной жизни, и Homo sapiens в том числе. И ниоткуда не следует, что эти изменения будут прогрессивны. Думается, что для цивилизации сегодняшнего типа даже 1 миллион лет — очень утопичный сценарий. И даже 10 тысяч вызывают сомнения.
Наиболее оптимистичный сценарий предсказал Докинз — людей на основе химических реакций соединений углерода и генетической памяти на основе нуклеиновых кислот сменят разумные роботы на основе полупроводников и электричества, которым Земля будет вовсе не нужна.

Искусный врач хлопочет над больным, когда больной умолк и недвижим…
Хозяин яркой краской красит зданье, хоть рушится, истлевши, основанье…
Старик в предсмертных корчах застонал — старуха трёт для бороды сандал.
Утратишь равновесие здоровья — поверь, что смерть стоит у изголовья.
Саади

Понимаю ваши чувства. Но наиболее успешно (в долгосрочном плане) то предприятие, которое базируется на достоверной информации и реалистичных прогнозах. Если же руководитель требует, чтобы ему сообщали только хорошие новости (это не выдумка — я работал под таким директором лично), то кончится это плохо. Хотя первое время будет благодать…

Насколько успешным в долгосрочном плане будет предприятие, базирующееся на реалистичном прогнозе «Мы все умрём»?

Ответ упирается в сакраментальный вопрос о смысле жизни. Все мы лично смертны, и это, мягко говоря, не секрет. И отсюда может показаться, что смысла в нашем существовании нет. Но взгляд в свете концепции «эгоистичной ДНК» меняет дело. Он (смысл) — в возможно более длительном и успешном процветании нашей генетической линии (прапраправнуках, скажем так); а говоря шире — в сохранении и приумножении сложности. В лице наших сложно устроенных потомков. Наши прапрапрапраправнуки — это не мы лично, но наша деятельность, если поглубже разобраться, направлена на их появление и процветание. Не всегда прямо, часто очень и очень косвенно, и даже нередко глупо, но дела это не меняет. И что будет плохого, если наша деятельность когда-нибудь породит сложность, основанную на совсем других физических принципах, которые откроют для них совсем новые горизонты распространения и процветания? И, думаю, не следует впадать в депрессию от осознания того, что именно наша форма Сложности когда-нибудь себя исчерпает; на арене эволюции также вот исчезали миллионы видов — но некоторые успели породить другие, более совершенные.

«В лице наших сложно устроенных потомков»
Да, но ведь все они, в свою очередь, тоже умрут?

Если перед смертью они оставят потомков — то генетическая линия (сложность) не умрёт.
Кстати, вспомнился классик:

Нет, весь я не умру:
моя душа, в заветной лире
мой прах переживёт
и тленья убежит

В данном случае имеется в виду косвенная поддержка отдалённого процветания генетической информации. Поддержка заключается в пропаганде долгосрочного (нравственного то есть) поведения, нацеленного, в конце концов, на долгосрочное процветание человечества, а значит — генофонда. Не точно своего (точно свой так и так не передаётся у разнополых), но довольно близкого.

И наши внуки — в добрый час!
из мира вытеснят и нас…

Это уже просто к слову.

Хорошая статья о том, В КАКОМ СМЫСЛЕ не умрёт сложность: http://suharev.narod.ru/Documents/NeedOrNot.htm

понятие смысл — исходит от когото разумного и имеющего волю, а как Вы его собираетесь выводить из какойто абстрактной линии?
ну и лично Вас чемто успокавает участие в этой линии? Вы готовы жизнь класть на ее олтаръ?

Действительно, «смысла» как чьего-то разумного замысла в Жизни и её эволюции нет. Но есть смысл как фактически достигаемая цель — пусть и в ходе слепых процессов.
Лично свою жизнь на «олтарь» этой цели я положу когда-нибудь так и так, но мне будет комфортнее лежать на этом алтаре с чувством не зря прожитой жизни: построить дом правда не удалось (и уже вряд ли), но посадить дерево (много), вырастить достаточно перспективных детей (двоих), и написать книгу (тоже две) удалось вполне.

ЛЕТО во множественном числе не употребляется, есть исключения (например 2 лета подряд), никак не в ракурсе: «…что лета раньше были мягче…».

это использование устаревшего понятия «лето» в том смысле, в котором сейчас применяется «год»
«И многие лета» и т.д.

(пристыжённо) Боюсь, что в данном случае мы имеем дело с сознательным искажением великого и могучего русского языка… Сколько лет, сколько зим.

Простной план — Карсак «бегство Земли»

В погоде плохо одно — на небо не посмотришь, и ночи короткие, и дымка, ежели не облака…

ИМХО гораздо лучше научиться жить без планет вообще. Космос должен стать средой жизни. См. много кого, начиная от орбитальных городов и фотосинтеза Циолковского и кончая «экосистемой Галактики» Роберта Уилсона, который Спин написал…

Уже через тысячу лет (причём, это скорее оценка сверху, чем снизу) все решения будет принимать ИИ, так что я бы торопился начинать обдумывание столь глобальных проблем прямо здесь и сейчас.

Несмотря на всю мощь математических методов, применённых к исследованию устойчивости Солнечной системы, результаты противоречивы.
В частности, этим много занимались покойные Колмогоров и Арнольд.

А вот какого сорта численные методы имели место:
» В одном из последних исследований[4]
моделирование проводилось на интервале времени порядка миллиардов лет и
рассчитывалось 2500 вариантов с орбитой Меркурия, изменяющейся с шагом
0,38 мм (в настоящий момент погрешность её измерений порядка метров).
Среди этих вариантов обнаружено 20 решений, где орбита Меркурия
приобретает достаточный эксцентриситет для пересечения орбит Венеры,
Земли и Марса. Среди этих орбит есть такие, что Меркурий падает на
Солнце, сталкивается с другими внутренними планетами, либо
дестабилизирует их орбиты так, что они сами сталкиваются друг с другом.»

http://ru.wikipedia.org/wiki/

«я думаю, что мы в этой связи должны уже что-то предпринимать»
Я думаю, что описанные события с Солнцем имеют масштаб миллионов лет, а освоение человеком внеземных ресурсов Солнечной системы- сотен лет. Задолго до того, как Солнце начнет угрожать Земле, она превратится в глухую запущенную резервацию, в которой будут поддерживаться традиционные виды хозяйства (навроде сжигания нефти в повозках) ради туристов, изредка заглядывающих туда. Никто никуда Землю передвигать не будет.

Салютую. Сдохнем раньше. Всенепременно. Не дадим армагедону опередить нас)

Ну так-то я про малость более жизнерадостное, чем про сдохнуть. Я про то, что будущее человечества- не на Земле. Земля слишком мала для людей.

Если человек поубавит, а лучше истребит на корню своё ЧСВ, начнёт развиваться, тогда Земля не будет такой тесной.

Ну я бы не сказал, что это прямо ЧСВ. Распространение, размножение, экспансия- это неотъемлемое свойство всего живого.

Жизнь — это экспансия (А. Д. Сахаров). Согласен.
Но вот только почему-то не знаю представителей из высших хищников, которые так хищно и безрассудно охотились на свою планету и многих её представителей.

Возможности высших хищников ограничены отбором, правильно. Человек беспримерен потому, что технологии развиваются в гораздо меньших масштабах времени, чем происходит эволюция.

освоение человеком внеземных ресурсов Солнечной системы

Будьте реалистом. Из всех «ресурсов» Солнечной системы человек может освоить разве что Марс, да и то, дальше небольшой, и скорее всего — недолговечной, колонии любителей экстрима его освоение на зайдёт. И даже это под вопросом. Яблони там точно цвести не будут. В каких-то других местах Солнечной системы человеку просто нечего делать. Про другие звёзды и говорить нечего — нет пути туда. Никакого и никогда. Так что будем жить на Земле. Пока живётся.

«человек может освоить разве что Марс»
Как раз в качестве ресурса Марс не особенно интересен. Вот интересно- а почему собственно «ни за что и никогда»? Технические трудности? Дороговизна? Представьте, что Вы- глава сверхдержавы, и перед Вами возможность создать экономику, на порядки превосходящую экономику современной Земли. Ээкономику, порождающую возможности, силу и власть, на порядки больше, чем у любого государства на Земле. Так ли уж были бы важны технические трудности или дороговизна? Долго? Вот есть такая страна- Китай. У них менталитет такой, что каждый китаец работает на будущее, которое случится через два поколения. Неужто не справятся?

Так ли уж были бы важны технические трудности или дороговизна?

Моя любимая цитата из Высоцкого: «главно дело, чтобы Воля, говорит, была. К победе». Технические трудности не очень важны, если они не превосходят физических пределов. В случае полёта человека к другим звёздам они превосходят, и сильно. И сами пределы хорошо изучены. Даже автоматический аппарат к Альфе Центавра на сегодняшнем уровне невозможно послать так, чтобы он долетел в работоспособном состоянии, и уж точно — чтобы результатов дождались авторы этого проекта. Про «Вояджеры», надеюсь, в курсе? В то же время, современная наука уже достаточно углубилась в тайны мироздания, чтобы не ожидать открытия каких-то «гиперпространственных скачков» и тому подобных фокусов.

«В случае полёта человека к другим звёздам»
Собственно, я про звезды не заикался. Но скажу. Освоение Солнечной системы не пройдет мимо пояса Койпера. А там пространства столь огромны, что для жителей, к ним привыкших, не будет разницы, что 300 лет делать один оборот вокруг Солнца, что к Центавре лететь.

Что людям делать в поясе Койпера? Что они там забыли, и чем будут заниматься? Да и даже в поясе астероидов? Отчаянно бороться за выживание?

Освоение новых пространств на Земле всегда подразумевало те или иные «подножные корма» и ту или иную форму самообеспечения. Освоение Сибири (кроме южной) до сих пор так и не состоялось, хотя условия там несравнимо дружелюбнее марсианских (хотя бы хлорки в почве нет). Почему? А потому, что сложно и малорентабельно достичь самообеспечения. А на Эриде какое самообеспечение? Откуда энергия? Термояд на местном водороде (на астероидах даже этого нет)? А стоит ли овчинка выделки? Вот в чём главный вопрос…

В общем, утопия чистой воды…

«Что людям делать в поясе Койпера?»

Подозреваю, что жить, причем
на широкую ногу. Все включено: самообеспечение, трудоустройство, благоустройство, доходность и рентабельность в одном флаконе. Для любителей борьбы за выживание- экскурсии на Землю.

Не беда, что «подножный корм» в Койпере мелок и очень редок.
Важно, что его там реально много. Вещества там больше, чем можно добыть на Земле, даже если ее всю перекопать на глубину коры. Там возможна экономика такого размера, по сравнению с которой
все наши наземные достижения не будет видно в микроскоп.

Про рентабельность пару слов. Человек А сеет и пашет на тракторе, а человек Б сеет и пашет сугубо вручную. Оба полностью самообеспечены. В равной степени: и тот, и другой за выживание не борется, оба не голодают, и у того, и у другого есть кров, семья, и все, что ему необходимо. Вы действительно считаете, что тот, у которого трактор, менее рентабелен?

Так вот. Для самообеспечения на астероидах или кометах нужен, фигурально выражаясь, «трактор», дорогой и сложный, который не нужен на Земле. Который вдобавок еще придется изготавливать там же, в космосе. Дорого и сложно. Но это не делает затею менее рентабельной. Это делает выше т.наз. качество жизни. Когда-нибудь желающие побороться за выживание на Земле, выходя из капсулы, будут дико напуганы неконтролируемой вентиляцией и температурой, пылью под ногами (эти планеты целиком сделаны из пыли!!!) и ужасными животными, с назойливым воем сосущими кровь прямо из тела.

Чтобы такая экспансия реально началась, нужна концентрация сил и ресурсов, возможная лишь при следующих условиях: либо на Земле воцариться коммунизм и всеобщее братство, либо вся Земля будет пребывать под властью неограниченного диктатора, только прогрессивного и просвещённого. Типа арабских шейхов, только в масштабе всей Земли, пожёстче и по-прогрессивнее одновременно.
Какой вариант (или никакой) реальнее — предоставляю оценить вам.

«либо на Земле воцариться коммунизм …, либо вся Земля будет пребывать под властью неограниченного диктатора»

Вот это в точку. Земля- не Земля- не важно, важно, что для освоения Солнечной системы требуются производительные силы, для которых нынешние производственных отношения- не по Сеньке шапка. Логически мысля, требуется крайне высокая центализация управления, иначе аварии навроде недавнего поезда в Канаде будут происходить каждый час. И одновременно требуется учет интересов всех и каждого на уровне всеобщего голосования за каждый пункт бюджета как минимум, иначе не будет никакого роста и стабильности. Человечеству придется перепрыгнуть через себя, если выражаться мягко.

Честно говоря, я представляю себе, что это вполне реально в масштабах сотен лет. Мне представляется, что инерционный сценарий менее реален, чем упреждающее освоение космоса.

Краткое содержание инерционного сценария:
Сначала с водой становится настолько плохо, что все города переходят на замкнутый оборот воды. Потом к ним присоединяется сельское хозяйство. Потом портится атмосфера, от чего люди переселяются в герметичные помещения с искусственной рециркуляцией газов, переодеваются в скафандры, а 90% их рациона становится абиотического происхождения. Параллельно, естественно, развиваются производственные отношения. В один прекрасный момент делается горячий парниковый эффект с выкипанием океанов, и тут одному гению-одиночке приходит в голову, что на Луне жить точно так же комфортно, как на Земле, только не надо платить за кондиционер.

Сначала с водой становится настолько плохо, что все города переходят на замкнутый оборот воды

В этот момент все передерутся из-за воды и прочего, ухлопают на войну последние остатки ресурсов, почти всё население, лететь к Эриде будет не на что, некому, да и незачем. Население сильно убудет, и деградирует, а природа, наоборот — начнёт восстанавливаться, и жить на Земле станет приемлемо…

«ухлопают на войну последние остатки ресурсов»
И остатки ядерных бомб :) Ну да, тоже вариант. Несколько поколений выживших, не вылазящих из скафандра с детства. Некоторые из них догадываются, что природа не восстановится, и в космос- там все то же самое, только радиации меньше. Почти по Азимову.

Ваш неисчерпаемый оптимизм внушает даже уважение…

«неисчерпаемый оптимизм»
Он не неисчерпаемый. Он плохо информированный :)))
На самом деле, в военно-катастрофичекое будущее мне не верится, а верится в эффективность ядерного сдерживания и в неэффективность международных мер против парниковых газов и любых других подобных им.

Оцифруем разум и фпиред, радио хуманы в галактике.

Дмитрий, понимаю что вопрос немного не в тему, скажите: а у вас как у уважаемого астрофизика есть костюм из тёмной материи?

Треники есть. Огород-то в чём копать?

Просто, наглядно и по топику..

Источник: www.computerra.ru