Youtube канал Facebook Vkontakte Twitter Telegram LiveJournal  Про Вселенную - Живая Вселенная Podomatic  RSS Feed

вторник, 23 мая 2023 г.

Спроси Итэна: Угрожает ли Земле кометный шторм?

 https://bigthink.com/starts-with-a-bang/comet-storm-threat-earth/ 


Массивные объекты - такие, как черные дыры, звезды и планеты-бродяги - регулярно проходят около нашей Солнечной системы. И тогда может произойти самый настоящий кометный шторм, который может нас всех уничтожить.


Эта иллюстрация богатой пылью и кометами экзопланетной системы Epsilon Eridani имеет много общего с первыми 500-600 миллионами лет космической истории нашей Солнечной системы. Если достаточно большая масса пройдет через наше Облако Оорта, это событие может привести к возникновению кометного шторма или метеоритного дождя.

Credit: NASA/SOFIA/Lynette Cook


  • Звезды, планеты и другие объекты внутри и снаружи Солнечной системы все время перемещаются по своим дорогам в Галактике. Иногда это движение может привести к взаимным сближениям.
  • И всякий раз, когда посторонний объект проходит близко к нашей Солнечной системе, проникая, например,  внутрь нашего облака Оорта или даже пояса Койпера, он нарушает гравитационное равновесие массы на окраинах Солнечной системы.
  • И, хотя многие из измененных орбит не представляют угрозы для внутренних планет, некоторые из таких объектов будут выброшены поближе к Солнцу, что может создать эдакий "шторм комет" внутри Солнечной системы. Угрожает ли этот шторм Земле?


Хотя Вселенная наполнена удивительными объектами, включая планеты, звезды и остатки звезд практически в каждой из нескольких триллионов галактик в пределах наблюдаемого космоса, расстояния, отделяющие звезды и галактики друг от друга, действительно огромны. Несмотря на то что, по некоторым оценкам, в одном лишь Млечном Пути может быть до 400 миллиардов звезд, даже ближайшая к Солнцу звезда находится на расстоянии более 4 световых лет, так что ее гравитация не ощущается даже на самых далеких от Солнца объектах облака Оорта.


Но Вселенная - это динамичное место, где каждая из масс в нашей галактике вынуждена перемещаться согласно законам гравитации. Звезды проходят мимо друг друга, со временем становясь то ближе то дальше. И, время от времени, они сближаются так, что это может иметь потенциально серьезные последствия для жизни, присутствующей в этих системах. Могла бы хоть одна такая встреча потенциально привести к катастрофическим последствиям для нас на Земле? Джон Роу спрашивает:


"Каковы шансы того, что черная дыра вызовет хаос, пройдя через пояс Койпера или даже через облако Оорта и нарушив орбиты десятков миллиардов астероидов и комет, которые там скрываются, так что эти объекты будут брошены внутрь Солнечной Системы в виде некой интенсивной бомбардировки, аналогичной той, которая произошла около 4 миллиардов лет назад?"


Конечно, подобное может организовать черная дыра, но это не самая вероятная причина "кометного шторма", вследствие чего-то, проходящего через внешнюю Солнечную систему. Мы мало говорим об этом, но, возможно, это потенциальный сценарий катастрофы, которому мы должны уделить больше внимания.


Логарифмическая диаграмма расстояний, показывающая Вояджер, нашу Солнечную систему, облако Оорта и ближайшую к нам звезду Проксима Центавра. С увеличением в десятки раз мы переходим от орбиты Земли к орбите Сатурна, от расстояния Вояджера 1 до внутреннего облака Оорта, от середины облака Оорта до расстояния более чем в световой год. Звезды и другие источники массы перемещаются по Галактике со временем и регулярно проходят в пределах облака Оорта.
Credit: NASA/JPL-Caltech

Сейчас мы считаем, что:

  • в настоящее время Солнце находится на расстоянии чуть менее чем 27 000 световых лет от центра Галактики, между крупными плотными спиральными рукавами Млечного Пути,

  • ближайшие яркие звезды, красные карлики и коричневые карлики находятся на расстоянии 4-10 световых лет от нас,

  • только около 0.1-0.2% от общего количества звезд, умерев, стали либо нейтронными звездами, либо черными дырами.



Хотя в нашей Галактике насчитывается около 400 миллиардов звезд, черных дыр в ней менее 1 миллиарда; и в то же время может существовать несколько триллионов бродящих по Галактике планет без родительских звезд вообще. Большинство этих объектов не находятся на орбите, пересекающей орбиту Солнца; они либо слишком близко, в направлении галактического утолщения, либо слишком далеко, находясь далеко за самым дальним расстоянием, которое Солнце проходит от центра галактики.


Известные тела в наших окрестностях движутся со скоростью от нескольких до нескольких десятков километров в секунду относительно Солнца. С течением времени этот гравитационный танец может привести многие объекты слишком близко к зоне нашего комфорта.



Это изображение показывает расположение ближайших звездных систем за пределами Солнечной системы, с центром в Солнце. Удваивая радиус до объектов измерения, вы охватываете в восемь раз больше объема, поэтому возможность видеть хотя бы чуть-чуть дальше значительно увеличивает ваши шансы обнаружить что-то примечательное, даже если вы ищете системы редкого типа. Примерно каждые несколько сотен тысяч лет звезда проходит в пределах 120 000 а.е. (чуть меньше 2 световых лет) от Земли: в пределах оцениваемого размера облака Оорта.
Credit: Andrew Z. Colvin/Wikimedia Commons


Это потому что наша Солнечная система не только:

  • Солнце,

  • планеты, вращающиеся вокруг Солнца, и луны, вращающиеся вокруг этих планет,

  • а также пояс астероидов и пояс Койпера, последний из которых состоит из объектов, простирающихся примерно до 100 астрономических единиц (а.е.) от Солнца, то есть в 100 раз больше расстояния от Земли до Солнца.


В дальних окраинах пояса Койпера, который находится за пределами орбиты нашей последней крупной планеты, плотность объектов сильно снижается. В конце пояса начинается рассеянный диск объектов, который может простираться на сотни астрономических единиц от Солнца. Затем, немного более чем на 1000 а.е. от Солнца, рассеянный диск начинает переходить во внутреннее облако Оорта, которое представляет собой сферическую коллекцию примитивных объектов, богатых летучими веществами, оставшимися после формирования Солнечной системы. Облако Оорта, хотя и невероятно разреженное, также огромно и простирается до почти 2 световых лет (или ~120 000 а.е.) от Солнца во всех направлениях, и, вероятно, состоит по меньшей мере из многих миллионов больших, массивных, богатых льдом тел.



Как пояс астероидов, пояс Койпера и рассеянный диск содержат объекты в резервуаре, так должен существовать богатый объектами резервуар в тысячах астрономических единиц от Солнца: облако Оорта. Этот резервуар объектов распределен сферически и примерно раз в несколько сотен тысяч лет претерпевает гравитационные встречи с звездами и коричневыми карликами.
CreditS. Alan Stern, Nature, 2003

Хотя пояс Койпера - место происхождения самых известных периодических комет, таких, как кометы Галлея и Свифта-Таттла, они наиболее известны потому, что возвращаются снова и снова в приемлемых для человека временных рамках - во временных интервалах, варьирующихся от нескольких десятилетий до пары веков. Хотя известно несколько десятков таких периодических комет типа Галлея, у большинства комет, появляющихся в нашей Солнечной системе, афелий (самая дальняя точка от Солнца) находится не в поясе Койпера а на гораздо больших расстояниях.


Известно более 100 комет, которые углубляются далеко в рассеянный диск между поясом Койпера и облаком Оорта. Мы знаем также о многих сотнях комет на почти параболических орбитах, где им потребуется несколько тысяч или даже десятков тысяч лет для совершения полного оборота, в то время как наибольшее количество известных комет находится на полностью гиперболических орбитах, которые происходят из облака Оорта и впоследствии будут выброшены из Солнечной системы, навсегда покинув Солнце. Большинство известных комет, следовательно, не происходят из пояса Койпера, но по той или иной причине возникают из облака Оорта.


Иллюстрация внутреннего и внешнего облаков Оорта, окружающих наше Солнце. В то время как внутреннее облако Оорта имеет форму тора, внешнее облако Оорта сферическое. Истинный размер внешнего облака Оорта может быть меньше 1 светового года или больше 3 световых лет; здесь есть огромная неопределенность. Любой массивный объект, проходящий через облако Оорта, имеет значительный шанс нарушить траектории близких к себе объектов.
Credit: Pablo Carlos Budassi/Wikimedia Commons


Существует несколько возможных причин, по которым кометы могут появиться из облака Оорта. Два объекта облака Оорта могут прийти в тесное гравитационное взаимодействие или даже столкновение по касательной, что изменит их скорость и угловой момент и отправит один из них во внутреннюю часть Солнечной системы. Межзвездный объект, такой как газ, пыль, вспышка излучения или даже волна давления, может провзаимодействовать с одним из объектов, изменив его орбиту и отправив его в направлении внутренней Солнечной системы.


Но самой распространенной причиной — по крайней мере, насколько мы знаем — вероятно, является гравитационное взаимодействие со вторгающимся объектом: бродячей планетой, неудавшейся звездой, настоящей звездой или остатком звезды. Эти встречи происходят намного чаще, чем мы раньше думали; когда они происходят, они будут нарушать орбиты почти каждого объекта облака Оорта, на который они оказывают большую гравитационную силу, чем Солнце.


Простая формула для определения "расстояния, на которое должен подойти вторгающийся объект": оно пропорциональна квадратному корню из отношения массы объекта к массе Солнца, что означает:


  • для проходящего объекта с массой Солнца, ему нужно быть так же близко, как и Солнце,

  • для красного карлика (примерно 10% массы Солнца), ему нужно подойти примерно на треть так близко, как Солнце,

  • для планеты с массой Юпитера (около 0,1% массы Солнца), ему нужно пройти в пределах около 3% расстояния до Солнца,

  • и для планеты с массой Земли (около 0,003% массы Солнца), ему нужно пройти в пределах около 0,2% расстояния до Солнца.



График, показывающий вероятность прохождения звезды Млечного Пути на определенном расстоянии от Солнца. Это логарифмический график, на котором расстояние указано на оси y, а на оси x - сколько времени обычно нужно ждать, чтобы произошло такое событие. Черные дыры примерно в 1000 раз встречаются реже, чем звезды, но коричневые карлики и бродячие планеты могут быть даже более распространенными во Вселенной.
Credit: E. Siegel


Учитывая количество звезд в галактике и скорость, с которой они перемещаются относительно друг друга, мы можем вычислить вероятность того, что звезда пройдет внутри облака Оорта, которое простирается на расстояние около 120 000 астрономических единиц от Солнца. Может показаться удивительным, но ответ составляет примерно один раз в несколько сотен тысяч лет. Если мы добавим сюда блуждающие планеты и коричневые карлики - принимая во внимание предположения о том, сколько таких объектов на самом деле существует в Галактике - эта частота может увеличиться до одного раза в несколько тысячелетий. Хотя более близкие столкновения…

  • внутри внутреннего облака Оорта,

  • по касательной к рассеянному диску,

  • или даже в поясе Койпера,

могут быть весьма редкими, при этом последнее, вероятно, и не произошло ни разу за всю историю Солнечной системы, эти большие межзвездные массы должны регулярно возмущать наше облако Оорта.


И, хотя это событие никогда не приведет к чему-то, сравнимому с интенсивной бомбардировкой в течение первых 600 миллионов лет истории Солнечной системы, тем не менее, оно может создать другое, чуть менее зрелищное явление, которое, впрочем, может стать катастрофой для всех обитателей Земли: кометный шторм.



После прохождения большой массы через облако Оорта в конечном итоге последует шторм (или "душ") из комет, когда количество кометных объектов во внутренней Солнечной системе, включая те, которые представляют угрозу для внутренних планет, резко увеличится по сравнению с обычным.
Credit: NASA/JPL-Caltech

Подумайте о том, что происходит, когда объект проходит через облако Оорта. В общем, вы можете провести вокруг его траектории цилиндр, радиус которого определяется квадратным корнем из отношения его массы к массе Солнца. Орбита любого объекта внутри этого цилиндра, будет возмущена проходящим, массивным объектом, и - это ключевой момент - направление, в котором она изменится так же, как и количество кинетической энергии, приобретенной или потерянной объектом, будет совершенно невозможно предсказать.


Некоторые из этих измененных объектов останутся в облаке Оорта; некоторые будут сталкиваться с другими объектами облака Оорта, создавая новые обломки. А какие-то будут выброшены совсем из Солнечной системы, где они будут дрейфовать в межзвездном пространстве.


Некоторая часть этих объектов, возможно, от 1 до 5% из них, займут траектории, которые в конечном итоге приведут их внутрь орбиты Нептуна. Некоторые из них даже приблизятся к Солнцу на расстояние 1 астрономической единицы, где они представляют потенциальную угрозу для Земли. Единственный заслон - это отсрочка реакции: с момента, когда массивный объект проходит через облако Оорта и гравитационно влияет на его объекты, потребуется около 2 миллионов лет, чтобы эти объекты вошли во внутреннюю Солнечную систему.



70 000 лет назад через облако Оорта прошла звездная пара, состоящая из красного и коричневого карлика под названием звезда Шольца. Эта пара была настолько тусклая, что ее обнаружили совсем недавно. Однако, в отличие от изображенного на этой иллюстрации, она не могла быть видна невооруженному глазу в то время. Сейчас она находится примерно в 22 световых годах от нас. Некоторые другие звезды в ближайшем будущем пройдут еще ближе.
Credit: José A. Peñas/SINC


Важно помнить, что мы все еще обнаруживаем объекты с низкой массой:

  • самые тусклые красные карлики и красные карлики, находящиеся более чем на 50-100 световых годах от нас,

  • бурые карлики, находящиеся более чем на 20 световых годах,

  • и блуждающие планеты практически всех масс и на всех расстояниях.


Однако, если мы посмотрим на ближайшие известные нам звезды и воссоздадим их движение относительно движения нашей Солнечной системы, мы сможем восстановить как последний близкий проход звезды через наше облако Оорта, так и следующий ближайший предсказуемый проход звезды через наше облако Оорта.


Около 70 000 лет назад тусклая двойная система, состоящая из красного карлика (около 10% от массы Солнца) и коричневого карлика (около 6% от массы Солнца), прошла на расстоянии 52 000 астрономических единиц от Солнца: меньше, чем 1 световой год и определенно в пределах облака Оорта. Эта звезда - звезда Шольца или WISE 0720−0846, -  вероятно, двигалась по траектории, которая нарушила движение тысяч и тысяч больших объектов облака Оорта (около 1 километра или больше), и вероятно, что примерно через 2 миллиона лет, в течение десятков тысяч лет, мы увидим значительное увеличение числа комет, проникающих в нашу внутреннюю Солнечную систему из-за прохождения этой звезды.


Хотя многие из ближайших, самых ярких звезд к нашему Солнцу приблизятся в течение следующих десятков и сотен тысяч лет, ближайшей известной нам встречей, которую мы можем предсказать, станет событие, которое произойдет примерно через 1,3 миллиона лет, когда Gliese 710 пройдет на расстоянии около 10 000 астрономических единиц от нашего Солнца. Кометный шторм или кометный дождь, которые она вызовет, могут серьезно повлиять на Землю.
Credit: Corey Powell/Twitter


Но гораздо более значимое событие уже намечается на горизонте: примерно через 1,3 миллиона лет относительно молодая звезда Gliese 710, масса которой составляет около 57% массы Солнца, приблизится к Солнцу на расстояние около 10 000 астрономических единиц, пройдя от внешнего Облака Оорта до внутреннего Облака Оорта, прежде чем снова уйти. Учитывая гораздо большую массу Gliese 710 по сравнению с звездой Шольца, мы действительно можем ожидать так называемого "кометного шторма" или "кометного дождя" после прохождения этой звезды.


В 2016 году астрономы Филип Берски и Петр А. Дыбчинский определили, что будущая встреча этой звезды с нашим Облаком Оорта станет наиболее деструктивной в записанной и прогнозируемой будущей истории Солнечной системы. Риск крупного столкновения значительно возрастет в результате этой встречи, что может вызвать беспрецедентное зрелище в ночном небе Земли: в максимуме - около одной видимой невооруженным глазом кометы каждый месяц на протяжении многих тысяч лет.


Эта комета, сфотографированная в 2015 году, стала достаточно яркой, чтобы достичь +4 звездной величины: видимой невооруженным глазом даже при довольно сильно загрязненном светом условиях. Хотя на Земле сейчас наблюдается менее одной кометы в год, видимой невооруженным глазом, кометный дождь может увеличить этот показатель в 10-100 раз или даже больше, в зависимости от того, насколько сильно проходящий объект возмущает Облако Оорта.
Credit: John Vermette / MIT News


Хотя черные дыры более массивны, чем звезды и коричневые карлики, которые, как мы знаем, могут вызвать хаос в нашей Солнечной системе, они гораздо реже встречаются, и о наличии близких черных дыр (в пределах 1000 световых лет) нам ничего не известно. Вероятность того, что черная дыра пройдет в пределах нашего Облака Оорта, примерно в 1000 раз меньше, чем вероятность прохождения звезды, поэтому вероятно, что такие события произошли несколько раз за 4,5 миллиарда лет истории нашей Солнечной системы, но вряд ли от этих ранних событий остались какие-либо кометы, движущиеся по траектории, угрожающей Земле.


Однако, есть вполне реальный риск прохождения через Облако Оорта обычных звезд, коричневых карликов и даже блуждающих планет, с катастрофическими последствиями для планет внутренней части Солнечной системы через пару миллионов лет после этого.


Одна тревожная мысль заключается в том, что звезды и коричневые карлики низкой массы, которые прошли через Солнечную систему примерно 2 миллиона лет назад, и теперь находятся настолько далеко от нас — на расстоянии в несколько сотен световых лет — что они больше не обнаруживаются с помощью современной астрономической технологии. Вполне вероятно, что в ближайшем будущем мы столкнемся с серией кометных штормов, причина которых не будет установлена, и что эти возмущенные объекты Облака Оорта уже где-то в пути. Только время и расширение программ наблюдений позволят нам оценить настоящие риски для планеты Земля от прохождения массивных объектов по окраинам нашей Солнечной системы.



Ссылки:
https://en.wikipedia.org/wiki/Gliese_710

https://en.wikipedia.org/wiki/Scholz%27s_Star 

https://bigthink.com/starts-with-a-bang/black-hole-swallow-earth/ 

https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2016/11/aa29835-16/aa29835-16.html 





1 комментарий:

Semiliranda комментирует...

Отложенный какой эффект…