« »

среда, 5 августа 2009 г.

Жизнь в умирающей Солнечной Системе - часть 2



Этим эссе Рея Вилларда (Ray Villard) директора новостной службы Космического Телескопа Хаббл, Журнал Астробиология представляет еще одну статью из серии мысленных экспериментов - заметок ученых из серии "что было бы если". Такие эксперименты используются сотни лет учеными и философами для размышлений над трудными проблемами, полагаясь на силу воображения, чтобы проектировать эти сценарии к логическим заключениям. Они не требуют лабораторного оборудования и, часто, даже экспериментальных данных. О них можно думать как о снах наяву на заданную тему - как в случае знаменитого Эйнштейновского эксперимента о том, что будет, если оседлать световую волну, и часто они могут вести к важным научным прорывам.


Солнце станет красным гигантом через 5 млрд. лет. На рисунке показано сравнение размера Солнца сегодня (желтая точка слева) с размером Солнца - красного гиганта.
Credit: Department of Physics, NCKU

Печальная судьба Земли через 5 миллиардов лет - смертельное падение в Солнце. По мере старения Солнца ее притяжение ослабнет и Земля медленно перейдет на расстояние, на котором сейчас находится орбита Марса. На этом расстоянии, однако, Земля по-прежнему будет достаточно близко, чтобы приливные выступы на разбухшем Солнце. Сила притяжения со стороны Солнца будут замедлять движение Земли по орбите, постепенно вызывая ее спиралеобразное падение на Солнце. Трение разреженных газов в разбухшей атмосфере Солнца будет ускорять этот процесс, непреодолимо втягивая нас внутрь.

Но размышление о кончине Земли в отдаленном будущем может носить только академический интерес для человечества, которое не сможет выжить при изменениях, происходящих на Солнце, всего через 1 миллиард лет, когда до конца останется еще 4 миллиарда лет. В это время Солнце поджарит Землю с энергией, достаточной для того, чтобы испарились океаны и из осадочных пород высвободился углекислый газ. Причина такого изменения на Солнце в том, что его ядро станет горячее, когда ядерные реакции переместятся из ядра, наполненного "гелиевым пеплом" в расширяющуюся оболочку вокруг него.

Через 1 миллиард лет Земля станет больше похожей на Венеру, с плотной атмосферой из углекислого газа. Топографически, поверхность Земли будет напоминать сегодняшний Титан - с большими полями дюн на экваторе и некоторым количеством озер у полюсов. Первые формы жизни Земли, экстремиофилы, будут также последними. Смирение унаследует Землю.


Показаны типы молекул, наличие которых определено в нижних слоях атмосферы Венеры. Атмосфера Земли, как предполагается, будет похожа на венерианскую через 1 млрд. лет.
Credit: C. Carreau, ESA

Итак, у нас всего 1 миллиард лет, чтобы убраться из города. Но трудно представить человечество, выживающее миллиард лет вне зависимости от эволюции Солнца. В течение этого времени любая рукотворная или небесная катастрофа может принести нам Армагеддон. Пожалуй, наибольшая вероятность нашего уничтожения - это столкновение с кометой, потому, что кометы могут появляться и исчезать совершенно непредсказуемо.

Астероиды могут быть также убийцами цивилизации, если мы не изобретем нечто, что поможет нам отражать их. Рукотворные катастрофы могут включать среди множества возможных также и такие - вышедшие из под контроля нанотехнологии, супер-организмы, созданные террористами, или восстание машин.

Отсутствие доказательств существования разумной жизни в космосе, известное как парадокс Ферми, предполагает, что внеземные цивилизации являются короткоживущими вследствие естественных или технологических катастроф, иначе они бы обязательно уже нанесли нам визит. Огромный возраст Млечного Пути дает достаточно времени, чтобы совершать путешествия по ней со скоростями, составляющими даже доли скорости света.

Но давайте будем дико оптимистичными на минутку и предположим, что у человечества будет стабильность, культурная прочность и технологический процесс в течение следующего миллиарда лет.

Зная, что наш мир неизбежно погибнет при эволюции Солнца, далеко продвинутая технологическая цивилизация могла бы провести экстраординарный инженерный проект, чтобы сохранить Землю пригодной для жилья в течение следующих 5 млрд лет.


Credit: Aaron L. Gronstal

Исследование, возглавляемое Коричански (D. G. Korycansky) из Университета Калифорнии в Санта-Крузе описывает астроинженерный проект: преобразование Земли в космический корабль. Его основная идея состоит в использовании кометы или астероида, чтобы трансформировать орбитальную энергию от Юпитера к Земле во время межпланетной игры в биллиард.

Орбита астероида может быть изменена, чтобы приблизить ее к Земле. Наша планета может получить энергию от пролета мимо астероида, если он будет по крайней мере 100 километров в поперечнике и пролетит на расстоянии менее 10 тысяч км от Земли. Эта передача энергии слегка увеличит диаметр орбиты Земли, отодвинув ее дальше от Солнца.

На внешней траектории, астероид проходит недалеко от Юпитера и подпитывается энергией от его орбитального момента, чтобы восполнить долю энергию, отданную Земле. Это слегка уменьшит орбиту Юпитера.

Согласно Коричански, для поддержания безопасного расстояния от Солнца, при условии постоянства его излучения, Земле необходима передача момента каждые 6 тысяч лет.

Но этот мега-проект может пойти прахом, если астероид сойдет со своего курса и врежется в Землю. Представляя возможные последствия такого "влияния", вряд ли мировые правительства согласятся на поддержку проекта.

Еще одна проблема в том, что промежуток между пролетами астероида так велик, что равен всей современной истории человечества. Цивилизации могли бы забыть об этом или даже рассматривать астероид как угрозу Земле и даже уничтожить его!


Проектируемая траектория астероида Апофиза, при его приближении к Земле в 2029 году. Подобный близкий пролет может быть использован для сохранения обитаемости Земли.
Credit: NASA

Инженеры проекта должны будут снабдить астероид специальным нешифрованным посланием, чтобы объяснить далеким потомкам его назначение.

Только представьте себе будущего Брюса Уиллиса (как в фантастическом фильме 1998 года Армагеддон), высаживающегося на астероид, чтобы поместить ядерный заряд. Участники его команды закладывают монолит типа 2001, который по существу будет временной капсулой, возможно, с изображением расположения земных континентов на момент ее закладки для обозначения времени начала проекта. У экипажа окно старта длиной всего в несколько часов, чтобы решить, как поступить. Что они сделают? Будущее Земли висит на волоске!

Однако, игра с гравитационной стабильностью в Солнечной Системе может создать межпланетный хаос. Для начинающих, изменения в орбите Юпитера может исказить орбиты астероидов, вбросив их во внутреннюю Солнечную Систему.

Одна из компьютерных симуляций динамической эволюции Солнечной Системы, созданная Жаком Ласкаром (Jacques Laskar) из Парижской Обсерватории предсказывает, что есть небольшой шанс того, что Солнечная Система станет совершенно хаотичной через 3 млрд лет, даже без нашего вмешательства.

Он сделал 2501 численных симуляция динамической эволюции солнечной системы в течение следующих 5 млрд лет. В одной из симуляций орбита Меркурия становится настолько вытянутой, что эта планета падает на Солнце или сталкивается с Венерой. В другой симуляции, эксцентриситет Меркурия вызывает передачу углового момента от внешних планет-гигантов. Это дестабилизирует орбиты всех планет земной группы через 3.34 млрд лет. В результате Вселенского апокалипсиса Меркурий, Марс или Венера сталкиваются с Землей.

В еще одной симуляции есть момент, когда Марс проходит на расстоянии в 500 миль от Земли! Такое касание может уничтожить все высшие формы жизни на Земле. Во время сближения Марс может быть разорван приливными силами, превратившись в настоящее ковровое бомбометание по нашей планете. А то, что останется после этого, сформирует кольцо вокруг нашей безжизненной планеты - в виде тиары - насмешки над Землей, выброшенной назад во времени в доисторические времена.


Изображение художником пылевого диска, окружающего белый карлик G29-38. Подобный диск может быть разрушенными останками планетарной системы.
Credit: NASA/JPL-Caltech

Можно попробовать протестировать этот сценарий путем инфракрасного исследования похожих на Солнце звезд, у которых есть планеты, сформированные миллиарды лет назад. Инфракрасное свечение в пылевых дисках может быть объяснено разрушением планеты. Примерно одна из 100 исследуемых систем должны показать подобное поле из космического мусора, если эти симуляции действительно отражают реальность.

Однако, мы никогда не можем быть уверены, следствие ли это столкновения или результат неудачного эксперимента по миграции планет.

Несмотря на все опасности, с которыми мы столкнемся в будущем, было бы нелепо думать, что "конец света" близок. Мы - единственный разумный вид на нашей планете, который может взять управление Солнечной системой на себя. Наша цивилизация может придумать стратегию по построению искусственных мини-планет - в общем, летающих городов-государств - которые смогут изменять свои орбиты, чтобы перемещаться вместе с изменениями на Солнце, расширяющими его зону обитаемости. По мере охлаждения белого карлика, поезд из космических вагонов будет двигаться внутрь системы. Материал для постройки можно брать из комет и астероидов. Исследователи смогут свободно перемещаться наружу, чтобы посещать выжившие планеты и их спутники. Вместе с данной нам страстью к выживанию, поддерживаемой супертехнологией, будущее человечества может длиться вечно, дольше жизни самого Солнца.

1 комментарий:

ckopn комментирует...

На хабре интересную тему подняли, что будет с человеком в открытом космосе.
http://habrahabr.ru/blogs/popular_science/66534/

Я тоже никак не могу понять, если там вакуум, куда будет деваться тепло тела? И с какой скоростью оно будет уходить.