Конец Солнца и Самость Космоса Часть 2

 

6. Картина катастрофы

Органическое человечество будет ощущать свою смерть как космическую катастрофу. Катастрофа здесь и далее означает резкое качественное (скачкообразное) изменение среды – биосферы, благоприятной для органической формы жизни, возникающее в виде внезапного ответа биосферы на плавное количественное изменение условий – параметров солнечного излучения (его мощности и температуры), необходимых для органической жизни, от которых она зависит. Проблема человека состоит в том, что он не может жить вне биосферы, имеющей определённый газовый состав атмосферы, спектр и мощность звёздного (солнечного) излучения, определённую силу атмосферного давления, температуру и химический состав почвы и воздуха и прочее. На завершающем этапе своей жизни Солнце уничтожает все эти условия, и вместе с ними оно уничтожает биосферу и человека. Причиной катастрофы станет неуклонное увеличение количества солнечного излучения (в том числе теплового), падающего на поверхность Земли.

Наступающая катастрофа – это необходимое[23] событие, обусловленное законами солнечной эволюции. Катастрофа неотвратима, она запрограммирована ходом звёздной эволюции, её нельзя отложить или отсрочить; она действует на самые фундаментальные, глубинные основы органической жизни на Земле и уничтожает их.

 

 

Этапы катастрофы

 

1) Solis calore cladis[24]

 

Запас ядерного топлива в Солнце ограничен и постоянно тратится на излучение. Каждую секунду 600 миллионов тонн водорода сгорает в термоядерной топке, а в энергию превращается 4,26 миллиона тонн вещества. В момент возникновения Солнца доля водорода к его массе составляла 70,6%, сейчас его доля упала до 36,3% массы Солнца. Каждый испущенный Солнцем фотон света означает, что запасы водорода выгорают, в результате чего звезда приближается к своему концу. Стадия горения водорода составляет примерно 90% времени эволюции Солнца. Звезда такой массы, как Солнце, должна существовать на главной последовательности в общей сложности примерно 10 миллиардов лет. Сейчас наше Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла.

На современном этапе в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий, который накапливается в солнечном ядре, из-за чего пространство, в котором происходит ядерный синтез, постоянно расширяется в сторону внешних оболочек Солнца. По этой причине Солнце становится всё горячее, а его светимость медленно, но неуклонно увеличивается на 1% каждые 110 миллионов лет.

Спустя 1,1 миллиардов лет с настоящего времени наша звезда будет ярче (и горячее) на 11%. Следствием увеличения светимости Солнца станет рост температуры на планетах Солнечной системы. Через 1 миллиард лет средняя температура на Земле достигнет 700С, что будет превышать современную в 4,5 раза (сейчас средняя температура на Земле равна примерно 150 С), температура поверхности Земли при этом превысит 1000 С. Есть все основания полагать, что жизнь организмов, построенных на углеродных соединениях, возможна только в диапазоне температур от +80° до -70° С, при более низкой или высокой температуре углеродные соединения разрушаются, поэтому следствием Солнечной эволюции станет уничтожение на Земле большинства существующих форм жизни.

Сначала люди заметят, что Солнце станет светить немного ярче, а его диск на небосводе увеличится в размере, будто Солнце приблизилось к Земле. Очертания Солнечного диска по краям станут не такими чёткими, как раньше, и приобретут некоторую размытость. В это же время Луна отдалится от Земли и, по причине уменьшения её приливного воздействия на Землю, скорость вращения Земли вокруг своей оси замедлится, что приведёт к увеличению длительность земных суток. Из-за увеличения длительности светового дня дневная сторона Земли, обращённая в течение дня к Солнцу, будет перегреваться, а ночная сторона, наоборот, переохлаждаться, что вызовет большие перепады температур. Перепады температуры вызовут небывалые на памяти человека перепады давления в атмосфере, и смена времени суток будет сопровождаться разрушительными ураганами, когда из областей высокого давления горячий воздух будет перемещаться в области низкого давления. Из-за неуклонного увеличения светимости Солнца температура воздуха и земной поверхности будет ежегодно расти, так что зимы будут подобны лету. Растают все ледники, и поднявшиеся моря и океаны затопят берега континентов и все островные государства. Через некоторое время от перегрева воды в реках и озёрах погибнет всё живое. Постепенно все реки высохнут, озера испарятся. В огромных количествах метан будет испаряться из мёртвых водоёмов в атмосферу, и воздух станет ядом. От обезвоживания деревья и трава превратятся в хворост, который будет вспыхивать от солнечных лучей. Очаги пожаров накроют всю сушу. Ураганы будут разносить огонь по всей планете, и огонь пожаров превратится в океан плазмы. В планетарном пожаре и от засухи сгорят все леса и посевы, и среди людей и животных начнется небывалый голод. Количество углекислого газа в воздухе вырастет в десятки раз, воздух будет насыщен мельчайшими частицами пыли и сажи, и дышать им будет невозможно. Миллиарды тонн пыли и пепла, разносимые ураганами, поднимутся выше облаков и Солнечный диск будет едва различим с поверхности Земли. Вследствие гибели всех растений на Земле прекратится фотосинтез и выделение в атмосферу кислорода. Вследствие непрерывного роста температуры вода из океанов в огромных количествах будет испаряться, и вместе с пеплом от пожаров превращаться в плотный слой газопылевых облаков, сквозь которые тусклые солнечные лучи едва смогут достигнуть поверхности Земли. Плотная облачность будет препятствовать отдаче тепла Землею и это приведёт к усилению парникового эффекта. Рост температуры поверхности Земли вызовет выделение части углекислоты из близких к поверхности карбонатных пород, что усилит парниковый эффект, обусловив дальнейший нагрев поверхности Земли. Нагреваемые карбонаты будут выделять всё больше углекислого газа и парниковый эффект войдёт в разнос.

 

 

2) Venit aestum super caput[25]

 

Через 3,5 миллиардов лет с настоящего времени яркость Солнца возрастёт на 40%. К этому времени условия на поверхности Земли станут схожи с поверхностными условиями современной Венеры[26]: вода с поверхности планеты исчезнет полностью и улетучится в космос, и поверхность Земли станет бесплодной раскалённой пустыней. Хотя сегодня на Венере количество воды стремится к нулю, в прошлом ситуация была иной. В 2009 году с помощью зонда Venus Express были получены доказательства того, что из-за солнечного излучения большой объём воды был потерян из атмосферы Венеры в космос.

Карл Саган так описывает атмосферу и поверхность Венеры: “В обычном видимом свете можно наблюдать бледно-жёлтые облака Венеры, но, как впервые отметил Галилей, в них практически не на чем задержаться взгляду. Однако камера, работающая в ультрафиолетовом диапазоне, позволяет рассмотреть в верхних слоях атмосферы изящную, сложную систему вихревых ветров, дующих со скоростью около 100 метров в секунду. На 96 процентов атмосфера Венеры состоит из углекислоты. Имеются незначительные следы азота, водяного пара, аргона, угарного и других газов, но содержание углеводородов и углеводов не превышает 0,1 части на миллион. Облака Венеры, как выяснилось, представляют собой в основном концентрированный раствор серной кислоты. Присутствуют также небольшие количества соляной и плавиковой кислот. Даже верхние, холодные облака Венеры оказались совершенно отвратительным местом.

Над видимым облачным слоем, на высоте около 70 километров от поверхности, всегда висит дымка из мельчайших частиц. На уровне 60 километров мы ныряем в облака, чтобы очутиться в окружении капелек концентрированной серной кислоты. По мере погружения они становятся крупнее. В нижних слоях атмосферы имеются следы едкого газа – диоксида серы (SO2). Поднимаясь выше облаков, он испытывает на себе разлагающее действие ультрафиолетового излучения Солнца и вступает в реакцию с водой, образуя серную кислоту, которая конденсируется в мельчайшие капли, оседает и на небольших высотах благодаря нагреванию вновь распадается на SO2 и воду, завершая круговорот. По всей Венере постоянно идут сернокислые дожди, но ни одна капля никогда не достигает поверхности планеты.

Жёлтый серный туман продолжается до высоты 45 километров над поверхностью, достигнув которой, мы оказываемся в плотной, но кристально прозрачной среде. Однако атмосферное давление настолько велико, что разглядеть поверхность невозможно. Солнечный свет, рассеиваемый молекулами атмосферы, полностью скрывает её из виду. Здесь нет пыли, нет облаков, просто газовая оболочка планеты становится осязаемо плотной. Сквозь лежащие выше облака проникает довольно много солнечного света, не меньше, чем на Земле в пасмурный день.

Обжигающая жара, разрушительное давление, ядовитые газы и жуткий красноватый свет делают Венеру больше похожей не на богиню любви, а на воплощение преисподней <…>.

Очень маловероятно, чтобы в такой ужасной местности водилось что-то живое, даже создания, очень сильно отличающиеся от нас. Органические и любые мыслимые биологические молекулы просто распались бы здесь на куски”.

По мере того, как водородное топливо в солнечном ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро – сжиматься и нагреваться. Спустя 7–7,05 миллиардов лет с настоящего времени Солнце станет субгигантом. На этой фазе, согласно одной из моделей, Солнце увеличится в диаметре более чем в два раза от современного, а его температура упадёт с 5500 K до 4900 кельвинов. Приблизительно через 7,6–7,8 миллиардов лет с настоящего времени в результате разогрева Солнечного ядра в Солнце запустится процесс горения водорода в окружающей его оболочке. Это повлечёт за собой бурное расширение внешних оболочек звезды, и таким образом Солнце станет красным гигантом. В этой фазе радиус Солнца увеличится более чем в 250 раз в сравнении с современным. Расширение звезды приведёт к увеличению её светимости более чем в 2700 раз и охлаждению поверхности до 2650 кельвинов. При этом Солнце потеряет более 28% своей массы, что приведёт к тому, что Земля перейдёт на более далёкую от Солнца орбиту. Однако Земля, скорее всего, всё-таки будет поглощена Солнцем вследствие приливных взаимодействий с его внешней оболочкой. Даже если наша планета избежит поглощения Солнцем, её атмосфера будет сорвана сильнейшим солнечным ветром. Данная фаза существования Солнца продлится около 10 миллионов лет. Когда температура в солнечном ядре достигнет 100 миллионов кельвинов, произойдёт гелиевая вспышка, и начнётся термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. Солнце, получившее новый источник энергии, уменьшится в размере до 9,5 современного радиуса Солнца. Спустя 100–110 миллионов лет, когда запасы гелия иссякнут, повторится бурное расширение внешних оболочек звезды, и она снова станет красным гигантом. Период пульсаций будет сопровождаться мощными вспышками Солнца, временами его светимость будет превышать современный уровень в 5200 раз. Это будет происходить от того, что в термоядерную реакцию будут вступать ранее не затронутые остатки гелия. В таком состоянии Солнце просуществует около 20 миллионов лет. Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. После того как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, термические пульсации приведут к тому, что его внешняя оболочка будет сорвана, и из неё образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется сформированный из ядра Солнца белый карлик, очень горячий и плотный объект, с массой около 54,1% от первоначальной солнечной, но размером только с Землю. Изначально этот белый карлик будет иметь температуру поверхности 120 тысяч кельвинов и светимость 3500 солнечных, но в течение многих миллиардов лет он будет остывать и угасать. С вхождением Солнца в фазу белого карлика, поверхность Земли постепенно остынет и погрузится во мрак. Если представить размеры Солнца с поверхности Земли будущего, то оно будет выглядеть не как диск, а как сияющая точка с угловыми размерами около 0°0’9".

 

 

3) Aeterna silentia[27]

 

Через 10 миллиардов лет с настоящего времени наша галактика Млечный Путь столкнётся с соседней, гораздо более крупной галактикой – Туманностью Андромеды. Спиральные рукава Млечного Пути будут оторваны силой притяжения Туманности Андромеды, и остатки Солнечной системы, вполне возможно, окажутся в пустоте межгалактического космоса. Чёрные дыры в центрах обеих галактик столкнутся и сольются воедино.

Если Земля избежит поглощения внешними оболочками Солнца во время фазы красного гиганта, избежит столкновения с крупными космическими объектами и поглощения блуждающими по Вселенной чёрными дырами, то она будет существовать ещё многие миллиарды (и даже триллионы) лет, до тех пор, пока будет существовать Вселенная, однако условий для повторного возникновения жизни (по крайней мере, в её нынешнем виде) на Земле не будет.

Земля постепенно остынет, пепел осядет на её выжженную поверхность, и на смену недавнему лету придёт вечная зима. Свет дальних звёзд будет освещать испепелённую поверхность каменистой почвы, на которой ещё совсем недавно бушевала удивительная в своём многообразии жизнь. После гибели живой Земли в течение ещё нескольких миллиардов лет с её поверхности можно будет наблюдать яркую звезду, которая когда-то была её Солнцем, но уже никогда оно не подарит планете ни света, ни тепла. Постепенно звезда остынет и от неё останется только чёрный ком ядерного шлака, и крик человеческого ребёнка уже никогда не огласит Землю.

 

Рисунок 13. Сначала люди заметят, что Солнце станет светить немного ярче, а его диск на небосводе увеличится в размере, будто Солнце приблизилось к Земле. Очертания Солнечного диска по краям станут не такими чёткими, как раньше, и приобретут некоторую размытость. Вода в огромном количестве будет испаряться и плотный слой облачности накроет Землю.

 

Рисунок 14. Через 3,5 миллиардов лет с настоящего времени яркость Солнца возрастёт на 40%. К этому времени условия на поверхности Земли станут схожи с поверхностными условиями современной Венеры: вода с поверхности планеты исчезнет полностью и улетучится в космос, и поверхность Земли станет бесплодной раскалённой пустыней. Камни и песок расплавятся и поверхность Земли будет покрыта раскаленной магмой.

 

Рисунок 15. Приблизительно через 7,6–7,8 миллиардов лет с настоящего времени в результате разогрева Солнечного ядра в Солнце запустится процесс горения водорода в окружающей его оболочке. Это повлечёт за собой бурное расширение внешних оболочек звезды, и таким образом Солнце станет красным гигантом. В этой фазе радиус Солнца увеличится более чем в 250 раз в сравнении с современным.

 

Рисунок 16. С вхождением Солнца в фазу белого карлика, поверхность Земли постепенно остынет и погрузится во мрак. Если представить размеры Солнца с поверхности Земли будущего, то оно будет выглядеть не как диск, а как сияющая точка с угловыми размерами около 0°0’9".

 

 

7. Гибель живой Земли по другим причинам

Удивительным образом срок окончания жизни Солнца совпадает со сроками остывания Земли и замедления её вращения вокруг своей оси.

 

 

7.1. Остывание Земли

 

Поверхность Земли получает тепло от Солнца, но солнечные лучи не могут прогреть внутренние недра Земли. Земля всё ещё не превратилась в холодное и замёрзшее космическое тело, потому что она всё ещё использует тепло, сохранённое с момента своего образования, и получает его от ядерного распада элементов в недрах земной коры. Сейчас температура недр Земли превышает температуру замерзания воды. С наступлением зимы почва промерзает на глубину лишь несколько метров, в южных странах она не замерзает никогда. Но уже через несколько миллиардов лет температура внутри Земли будет ниже нуля градусов Цельсия. Это произойдёт вследствие отдачи Землёю в космическое пространство остаточного тепла, сохраняющего с эпохи аккреции, и окончанием распада радиоактивных элементов в недрах Земли, в процессе которого освобождается тепловая энергия.

До сих пор внутренняя теплота нашей планеты обеспечивается сочетанием остаточного тепла, оставшегося от эпохи формирования Земли, когда она представляла раскалённый шар, и радиоактивным распадом нестабильных изотопов: калия-40, урана-238, урана-235 и тория-232. У всех изотопов период полураспада составляет более миллиарда лет. В центре планеты, температура достигает 6000°С (больше, чем на поверхности Солнца). Часть тепловой энергии ядра передаётся к земной коре. Поскольку большая часть тепла, производимого Землёй, обеспечивается радиоактивным распадом, то в начале истории Земли, когда запасы короткоживущих изотопов ещё не были истощены, энерговыделение нашей планеты было гораздо больше, чем сейчас. Больше всего энергии теряется Землёй посредством тектоники плит, подъёма вещества мантии на срединно-океанические хребты. Последним основным типом потерь тепла является теплопотеря сквозь литосферу, причём большее количество теплопотерь таким способом происходит в океане, так как земная кора там гораздо тоньше, чем под континентами.

Японские и американские учёные под руководством доктора Итару Шимицу (Itaru Shimizu) из Университета Тохоку в Сендае при помощи нейтринного детектора вычислили количество тепла, которое выделяется из недр Земли в результате распада радиоактивных элементов. “Этот процесс даёт примерно 50% от общего количества тепла, которое выделяет наша планета, а это – примерно 44 тераватт. Остальное тепло Земля получила ещё в момент своего образования, то есть 4,5 миллиарда лет назад”, – пишут авторы исследования. Так, по их расчётам, в результате ядерного распада урана-238, тория-232 и калия-40 выделяется тепло, энергия которого составляет 24 тераватт.

Свои исследования Шимицу и его коллеги проводили в рамках крупного проекта Kam LAND Collaboration по измерению потоков нейтрино в недрах Земли. С марта 2002 года по ноябрь 2009 года потоки фиксировал специальный детектор, расположенный на километровой глубине в шахте Камиока, в толще горы Икенояма на острове Хонсю. За это время учёные уловили 841 нейтрино. Как объясняет Шимицу, нейтрино – это особые элементарные частицы, которые не имеют массы покоя и электрического заряда, они не способны отрывать электроны от атома и расщеплять ядра. Нейтрино практически не взаимодействует с веществом, поэтому проходят сквозь толщу земной коры никак не видоизменяясь. Из 841 частицы, которую уловили учёные, почти половина поступала от атомных станций и радиоактивных отходов. Источником ещё 245 частиц стали космические лучи, пронизывающие Землю. Остальные 111 частиц, говорит Шимицу, – как раз и образовались в результате ядерного распада урана, тория и калия, и именно они дают 24 тераватт тепла.

Эту величину очень важно было вычислить по многим причинам, считают авторы исследования. Поскольку распад радиоактивных элементов происходит с определённой скоростью, по тому количеству тепла, которое сейчас выделяет Земля, можно узнать, сколько тепла она теряла раньше и с какой скоростью продолжит остывать. По его словам, сейчас наша планета остывает приблизительно со скоростью 100 градусов на каждый миллиард лет. Остывание Земли происходит из-за того, что со временем уменьшается количество тепла, которое образуется в результате распада радиоактивных элементов в её недрах, постепенно рассеивается и тепло, которое Земля хранит с момента своего образования. Так, считает Стивенсон, вероятнее всего, через несколько миллиардов лет, когда Солнце прекратит свою эволюцию, внутреннее тепло нашей планеты точно так же иссякнет, и она превратится в холодное и замёрзшее небесное тело.

По мнению Ника Лейна, английского биохимика, научного сотрудника отделения генетики, эволюции и окружающей среды Университетского колледжа Лондона, в результате постепенного охлаждения мантии вода всё больше должна связываться с породами, входить в состав их структуры и всё реже при вулканической активности вырываться под действием тепла на поверхность. Охлаждаясь, Земля рано или поздно может поглотить собственные океаны. Такой процесс мог быть одной из причин исчезновения воды на Марсе.

 

 

7.2.Замедление вращения Земли вокруг своей оси

 

Смена дня и ночи на Земле способствует равномерному нагреву её поверхности. Если бы Земля не вращалась вокруг своей и оси и была всегда обращена к Солнцу одной стороной, то на тёмной стороне царила бы вечная зима, и там не было бы условий для жизни растений и фотосинтеза, а дневная сторона представляла бы собою выжженную пустыню.

В настоящее время Земле требуется в среднем 23 часа 56 минут и 4,091 секунд (звёздные сутки), чтобы совершить один оборот вокруг своей оси. В большом масштабе времени вращение Земли вокруг своей оси – замедляется. Продолжительность одного оборота Земли увеличивалась за последние 2000 лет в среднем на 0,0023 секунды в столетие (по наблюдениям за последние 250 лет это увеличение меньше – около 0,0014 секунды за 100 лет). Так, например, в девоне (примерно 410 миллионов лет назад) в году было 400 дней, а сутки длились 21,8 часа, а 3 миллиарда лет назад земные сутки составляли всего 9 часов, то есть Земля вращалась вокруг своей оси в 2,7 раз быстрее. Причиной замедления вращения Земли вокруг своей оси является гравитационное воздействие[28] Луны.

Луна – спутник Земли, оказала неоценимую услугу эволюции жизни на Земле. Масса Луны равняется примерно 1/81 массы Земли. Такое соотношение является нетипично большим по сравнению с другими спутниками планет в Солнечной системе. По этой причине Луна и Земля могут рассматриваться как двойная планетная система обращающаяся вокруг общего центра масс, в которой Луна оказывает значительное гравитационное влияние на свою спутницу – Землю. В пользу такой точки зрения свидетельствует то, что плоскость Лунной орбиты лежит весьма близко к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца, а не в экваториальной плоскости Земли. Практически все остальные спутники в Солнечной системе имеют орбиты, лежащие почти точно в экваториальной плоскости своих планет-хозяев. В результате приливной синхронизации Земли с Луной ось вращения Земли отклонена от перпендикуляра к плоскости её орбиты на 23,5 градуса, а орбита Луны наклонена на 5 градусов относительно орбиты Земли. Из-за наклона оси Земли высота Солнца над горизонтом в течение года изменяется. Для наблюдателя в северных широтах летом, когда Северный полюс наклонён к Солнцу, светлое время суток длится дольше и Солнце в небе находится выше. Это приводит к более высоким средним температурам воздуха. Зимой, когда Северный полюс отклоняется в противоположную от Солнца сторону, ситуация изменяется на обратную и средняя температура становится ниже. Эти изменения погодных условий, обусловленные наклоном земной оси, приводят к смене времён года.

Приливным действием Луна не только стабилизирует наклон земной оси, но и постепенно замедляет вращение Земли. Океанские приливы и отливы, в зоне которых появились первые формы сухопутной жизни (в настоящее время роль силы притяжения Солнца в возникновении феномена приливов и отливов составляет лишь одну треть), являются результатом приливного действия Луны.

Если Луна тормозит вращение Земли вокруг общего центра масс, то Земля наоборот способствует ускорению движения Луны вокруг него. Из-за приливного ускорения, сообщаемого Луне Землёй, орбитальная скорость Луны увеличивается, вследствие этого Луна удаляется от Земли со скоростью примерно 34 миллиметра в год, а её орбита представляет раскручивающуюся спираль. Удаление Луны от Земли уменьшает приливное воздействие Луны на Землю, что ведёт к уменьшению скорости вращения Земли вокруг общего центра масс, в результате чего происходит увеличение длительности земного дня на 23 мкс в год. По мере удаления Луны от Земли ось вращения Земли будет приближаться к плоскости эклиптики. Один из полюсов будет направлен прямо на Солнце, а другой – в противоположную сторону, и по мере обращения Земли вокруг Солнца они будут меняться местами, что приведёт к перегреву той стороны Земли, которая будет обращена к Солнцу, и переохлаждению противоположной ей стороны. Планетологи, изучавшие такую ситуацию, утверждают, что, в таком случае на Земле вымрут все крупные животные и высшие растения.

Ускоряющая сила, действующая на Луну, будет существовать до тех пор, пока угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси будет выше, чем скорость вращения Луны вокруг Земли. Земные сутки должны удлиняться до тех пор, пока периоды вращения Земли и Луны не станут равными периоду обращения Луны вокруг Земли. Расчёты показывают, что Луна будет продолжать удаляться от Земли по спирали до тех пор, пока её орбитальный период не станет равным 50 суткам; периоды вращения Земли и Луны тогда будут также равны 50 современным суткам. То есть сутки на Земле будут длиться 1 200 часов, и Луна будет “висеть” неподвижно над одним и тем же местом на Земле.

Солнце и Земля также вращаются вокруг общего центра масс, но гораздо медленнее. В результате этого период вращения Земли вокруг своей оси будет продолжать увеличиваться, пока, в конце концов, он не станет равным периоду обращения Земли вокруг Солнца. Такое состояние, по-видимому, ожидает планету Меркурий. Одна сторона Земли тогда будет постоянно обращена к Солнцу и раскалена, а другая – совершенно замёрзнет в тени.

 

Рисунок 17. Вращение Земли и Луны вокруг общего центра масс

 

Рисунок 18. Схема торможения Земли и разгона Луны приливами:

1 – Земля; 2 – Луна; 3 – орбита Луны

 

Рисунок 19. Изменение орбиты Луны за последние 4,36 млрд. лет

 

 

 

8. Финалы эволюции Вселенной

Современная космологическая наука предполагает неизбежной гибель не только Солнечной системы, но и нашей галактики, и всей видимой части Вселенной. Мы видим, что все вещи, существующие во Вселенной, не вечны, они имеют срок жизни – появляются, существуют и перестают существовать. По мнению современных исследователей, Вселенная также находится в движении от некоего начального состояния космологической сингулярности[29], к некоему конечному состоянию. Если Вселенная – это вещь, то, подобно тому, как судьба вещи определяется судьбой составляющего её вещества, судьба Вселенной зависит от судьбы её вещества, и так как вещество – тленно, тогда Вселенная имеет конец. Существует три высоковероятных, с точки зрения современной науки, финала Вселенной.

 

 

8.1. Водородная смерть Вселенной

 

Научный факт, дающий основание для предсказания смерти Вселенной, следует из химического состава звёзд. По спектрам испускания звёзд установлено, что они в основном состоят из водорода. Звезда умирает, когда истощаются её запасы водорода. В звезде водород превращается в гелий и другие тяжёлые элементы, и в естественной природе нет процессов, когда бы водород восстанавливался из тяжёлых элементов. Весь водород во Вселенной образовался примерно 240-270 тысяч лет после Большого Взрыва (эпоха рекомбинации водорода), и если Вселенная не безгранична, то и запасы водорода в ней также не безграничны. Поскольку горение водорода в звёздах – процесс необратимый, то из этого следует непреложный факт – Вселенная закономерно движется к концу своего существования. Когда во Вселенной выгорят все запасы водорода, в ней останутся ещё чёрные дыры, белые карлики, нейтронные звёзды и замёрзшие планеты, но ни один из этих объектов не годится на роль человеческого солнца, под лучами которого могла бы продолжаться органическая жизнь. Чёрные дыры своей гравитацией уничтожают все известные нам формы вещества, а излучение белых карликов и нейтронных звёзд губительно действуют на человека. Когда же внутри последних звёзд закончится топливо, тогда ни одна звезда не осветит Вселенную своим светом и Вселенная погрузится в вечную тьму и абсолютный холод.

Таким образом, даже если человеку каким-то образом удастся избежать гибели на заключительной стадии солнечной эволюции, его всё равно ждет неизбежный конец в результате истощения во Вселенной запасов звёздной энергии.

 

 

8.2. Распад вещества Вселенной

 

О том, что у Вселенной должен быть конец во времени, нам подсказывают результаты наших наблюдений за происходящими сейчас во Вселенной процессами. Мы видим, что все объекты материального мира, будь то галактики, звёзды, кометы или живые организмы, в том числе люди, а также созданные людьми вещи, имеют во времени своё начало и свой конец. Не остаётся неизменным даже вещество, из которого созданы вещи. Протон, основа атомного ядра, имеет период полураспада 8,2·1033 лет, – это значит, что всё вещество и всё сделанное из вещества – звёзды, планеты, живые организмы, созданная людьми техника, через определённое количество лет исчезнут в результате распада ядер атомов, из которых они состоят.

Из этого следует, что даже если человек найдёт для себя иную форму жизни, например, синтетическую, и сумеет извлекать энергию для жизни не из электромагнитных волн, а, например, из вакуума, его всё равно ждёт неизбежный конец в результате распада всего вещества Вселенной, в том числе, вещества – из которого он будет состоять.

 

 

8.3. Большой разрыв или Большое сжатие Вселенной

 

Вселенная расширяется в пространстве. По имеющимся оценкам, ускоряющееся расширение Вселенной началось приблизительно 5 миллиардов лет назад под действием тёмной энергии[30]. Предполагается, что до этого расширение замедлялось благодаря гравитационному действию тёмной материи и барионной материи. Если ускоряющееся расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно, то в результате галактики за пределами нашего Сверхскопления галактик рано или поздно выйдут за горизонт событий и станут для нас невидимыми, поскольку их относительная скорость превысит скорость света. Далее расширяющая сила действия тёмной энергии продолжит неограниченно увеличиваться, пока не превзойдёт все остальные силы во Вселенной. По этому сценарию, тёмная энергия со временем разорвёт все гравитационно связанные структуры Вселенной, затем превзойдёт силы электростатических и внутриядерных взаимодействий, разорвёт атомы, ядра и нуклоны и уничтожит Вселенную в Большом Разрыве.

С другой стороны, тёмная энергия может со временем рассеяться или даже сменить отталкивающее действие на притягивающее. В этом случае гравитация возобладает и приведёт Вселенную к Большому Сжатию, разумеется, в этот процесс будут вовлечены все материальные образования. Решающую роль в установлении конечной судьбы Вселенной (развивающейся по теории Большого Взрыва) должны сыграть точные измерения темпа ускорения.

Ускоренное расширение Вселенной было открыто в 1998 году при наблюдениях за сверхновыми типа Ia. За это открытие Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс получили премию Шао по астрономии за 2006 год и Нобелевскую премию по физике за 2011 год.

 

 

Интерлюдия. Случай во Вселенной

 

Солнце как Бог

 

Издавна люди интуитивно понимали роль Солнца в возникновении жизни на Земле. Это знание сначала возникло как прозрение или получалось людьми в форме божественных откровений.

Занимая центральное место в картине природы, на протяжении всей истории человеческой цивилизации во многих культурах Солнце было объектом поклонения. Культ Солнца существовал в Древнем Египте, где солнечным божеством являлся Ра: “Открыв глаза [Ра, Бог Солнца] пролил свет на Египет и отделил ночь от дня. Из его рта вышли боги, а люди – из его глаз. Все вещи получили свою жизнь от него, ребёнка, сияющего в лотосе, чьи лучи дают жизнь всякому существу” (Египетские заклинания времён Птолемеев).

У греков богом Солнца был Гелиос, который, по преданию, ежедневно проезжал по небу на своей колеснице. Со времени Еврипида Гелиоса, как всевидящего бога Солнца, стали отождествлять с Аполлоном, всезнающим богом-прорицателем; отсюда другое имя Гелиоса – Феб. У Ферекида Сирского Гелиос отождествляется с Зевсом. Зевс – бог неба, грома и молний, ведающий всем миром, главный из богов-олимпийцев. Атрибутами Зевса были: щит и двусторонний топор (лабрис), иногда орёл; местопребыванием считался Олимп (Зевс-Олимпиец). Зевс мыслится “огнём”, “горячей субстанцией”, он обитает в эфире, владеет небом, является организующим средоточием космической и социальной жизни. Существует миф: “Богам источником энергии служили звёзды. Когда Аполлон проезжал по небу в колеснице, запряжённой четвёркой огнедышащих коней, небеса и землю заливала бесконечная мощь Солнца. Соперничать с Аполлоном в могуществе способен был только Зевс. Однажды Семела, одна из многочисленных смертных возлюбленных Зевса, умолила Отца богов показаться ей в истинном своём виде. Зевс неохотно согласился. Слепящая вспышка космической энергии ослепила несчастную женщину” (в пересказе Митио Каку, США, профессора теоретической физики, одного из создателей теории струн).

В славянских языческих религиозных верованиях среди богов существовала иерархия, свойственная многим народам, поклонявшимся нескольким богам. Все славянские боги, которые входили в древний языческий пантеон, делились на богов солнечных (четыре ипостаси бога Солнца) и богов функциональных. Верховным божеством славян был Род. Ипостасей бога Солнца было четыре, по числу времён года: Хорc (Коляда), Ярило, Даждьбог (Купайла) и Сварог (Световит). В старинных славянских сказках говорится, что Солнце есть царь, что он владеет двенадцатью царствами, и в каждом поставил господином одного из своих двенадцати сыновей, двенадцати солнц, что сам Царь-Солнце живёт в солнце, а сыновья его живут в звёздах.

 

“Де сонце, там і сам Господь”.

 

Тот факт, что Солнце считалось дедом или отцом славянского народа, подчёркивает и старинная песня, которая встречается с небольшими изменениями в эпосе всех славянских народностей:

 

“Солнышко, солнышко,

Выгляни в окошечко!

Твои детки плачут,

Пить, есть просят”.

 

Во времена становления христианства на Руси языческие верования стараниями духовенства и представителей власти стали постепенно видоизменяться. К примеру, можно встретить такие поучения Кирилла Туровского: “Не нарицайте себе бога ни в солнце, ни в луне”.

В Восточной Азии Луна и Солнце считались двумя первичными природными силами, причём Луна считалась связанной с пассивным началом – инь, а Солнце – с активным началом – ян. В трактате «Ней-цзин» по этому поводу говорится:“Чистая субстанция ян претворяется в небе; мутная субстанция инь претворяется в земле… Небо – это субстанция ян, а земля – это субстанция инь. Солнце – это субстанция ян, а Луна – это субстанция инь… Субстанция инь – это покой, а субстанция ян – это подвижность. Субстанция ян рождает, а субстанция инь взращивает. Субстанция ян трансформирует дыхание – ци, а субстанция инь формирует телесную форму”.

С развитием знаний о природе и становлением научного метода, понимание роли Солнца в появлении и поддержании жизни человека приобрело научный характер. Идея, что Солнце – основа возникновения и существования жизни на нашей планете, а также причина большинства протекающих на ней физических и химических процессов, получила научное обоснование в ХХ веке в трудах русского исследователя Александра Леонидовича Чижевского. А. Л. Чижевский в ходе кропотливых исследований доказал неразрывную взаимосвязь органического мира Земли с излучаемой Солнцем энергией. До этого считалось, что поток Солнечного излучения практически постоянен, а изменения, происходящие в верхних слоях земной атмосферы, не оказывают влияние на нижние её слои. Из этого делался вывод о том, что ландшафтная оболочка нашей планеты является изолированной от Солнечного излучения самоорганизующейся системой. Считалось, что длительная эволюция живых организмов должна была выработать у них соответствующие защитные механизмы против воздействия повышенной солнечной активности. А. Л. Чижевский приходит к выводу об ошибочности существующих взглядов. Критику существующих представлений он начинает с анализа физического взаимодействия Солнца и Земли: “В нас глубоко укоренилась привычка считать, что Солнце чрезвычайно удалено от нас… Однако данный взгляд в корне неверен. Его ошибочность происходит оттого, что мы не учитываем одного важнейшего фактора – размеров самого светила и связанных с этим массы тела и величины излучающей поверхности, то есть силы притяжения Солнца и силы его радиации” (“Земное эхо Солнечных бурь”). В самом деле, Земля удалена от Солнца только на 107 его диаметров, и если учесть мощь протекающих в нём термоядерных процессов, то невольно приходишь к выводу, что наша планета целиком находится во власти своей Звезды.

А. Л. Чижевский приходит к выводу, что лучистая энергия Солнца – основной источник большинства физико-химических явлений в атмосфере, гидросфере и поверхностном слое литосферы, а “земная жизнь и её продукция есть превращённая энергия солнечного излучения”. А. Л. Чижевский исходит из идеи, что “…мир астрономических и мир биологических явлений… связаны одним с другим”. Его идея постепенно обогащается опытом наблюдений и переходит в знание. Он приходит к научному пониманию единства мира, в том числе мира неживой и живой природы: “Теперь мы можем сказать, что в науках о природе идея о единстве и связанности всех явлений в мире и чувства единства мира как неделимого целого никогда не достигали той ясности и глубины, какой они… достигают в наши дни. Создаётся впечатление, что органический мир словно вырван из природы, поставлен насильно над ней и вне её. Для живого, согласно такому воззрению, существует только одна среда – само живое. С окружающим же миром – всею природою – оно может как бы не считаться, ибо живое – победитель мёртвого. И при таком воззрении живое перестаёт быть реальностью и становится подобным абстракции, геометрической форме или математическому знаку. Увы, оно стало весьма характерным и рушиться лишь тогда, когда какие-либо стихийные катастрофы, мировые катаклизмы разражаются над живым. Только тогда, когда миллионы человеческих жизней в одно мгновение смываются лавой или волнами океана… только тогда человек смутно начинает сознавать ничтожество своей физической организации над физическими силами природы” (“Земное эхо Солнечных бурь”). На самом деле, заключает исследователь: “Люди и все твари земные являются поистине “детьми Солнца” – созданием сложного мирового процесса, имеющего свою историю, в котором наше Солнце занимает не случайное, а закономерное место наряду с другими генераторами космических сил.

Несомненно, что главным возбудителем жизнедеятельности Земли является излучение Солнца, весь его спектр, начиная от коротких – невидимых, ультрафиолетовых волн и кончая длинными красными, а также все его электронные и ионные потоки. Они служат “передатчиками состояний” и заставляют каждый атом поверхностных оболочек Земли резонировать созвучно тем вибрациям, которые возникли на центральном теле нашей системы”. (“Земное эхо Солнечных бурь”).

 

 

Боги умирают?!

 

Человеческие представления, помещающие Землю и человека в центр мира, поднимающие их до цели и смысла мирового развития, оказались ошибочными. По словам Сагана: “Мы обнаружили, что живём на малозначительной планете возле неприметной звезды, затерянной между двумя спиральными рукавами на окраине галактики, которая входит в состав относительно небольшого скопления галактик, где-то в забытом углу Вселенной, содержащей больше галактик, чем людей на Земле”. В настоящее время во Вселенной обнаружено несколько сотен миллиардов (1011) галактик, каждая из которых состоит в среднем из ста миллиардов звёзд, вокруг которых в совокупности обращается десять миллиардов триллионов (1011 x 1011 = 1022) планет. Земля является лишь одной из них.

Всё указывает нам на то, что смерть звёзд – это заурядное событие в Космосе. С момента образования нашей Вселенной в ней родились и погибли миллиарды звёзд. Если мы посмотрим на ночное небо, мы увидим, что оно полно остатками звёзд, каждая из которых когда-то была подобна нашему Солнцу. Вокруг этих ещё горячих сгустков материи вращаются планеты. Многие из этих планет по своей массе и размеру подобны Земле, и, с высокой долей вероятности можно предположить, что на них когда-то существовала разумная жизнь, которая погибла в результате эволюции своей звезды. Саган, посвятивший свою жизнь поиску внеземного разума, о катастрофах космической жизни сказал следующее: “Обозревая маленький уголок Млечного Пути вокруг нас, мы видим много звёзд, окружённых сферическими оболочками светящегося газа – планетарными туманностями. <…> Они выглядят как кольца, по той же причине, что и мыльные пузыри: мы видим больше их вещества на периферии, чем около центра. Каждая планетарная туманность – это знак умирающей звезды. Вокруг центрального светила может сохраниться свита мёртвых миров – останки планет, некогда полных жизни, а ныне безвоздушных и безводных, купающихся в призрачном свечении”.

Через несколько миллиардов лет Солнце погаснет, но в последнем акте воли к жизни оно уничтожит всё живое в своей системе, и Земля погибнет от своего Солнца. Что будет с человеком? Сможет ли он спастись в космическом катаклизме или гибель человека заранее предрешена гибелью его ближнего бога? Переживёт ли человек гибель своего бога? Сможет ли он жить без своего бога? Да и Бог ли этот бог?

 

 

* * *

 

Звонил сегодня Богу, чтобы узнать у Него, – зачем Он всё это придумал? Не берёт трубку.

У Него бывает такое, когда Он не хочет ни с кем говорить.

Видимо, и в этот раз – тоже. Может – заболел?

Посмотрел на часы – до смерти Солнца осталось пять миллиардов лет. Время ещё есть, – позвоню позже.

 

 И вдруг, в один из дней,

 разверзлось Небо,

 и голос свыше протрубил:

 – Вы Ему не интересны!

 

 …и Небо закрылось.

 

 Что будет теперь?

 

 

Примечания:

 

1. Вселенная – видимая нами часть Космоса; Космос – это всё, что есть, что когда-либо было и когда-либо будет.

2. Метафизический центр – область, порождающая смысл и задающая цели движения. Является понятием метафизики – науки о Началах нашего мира. Метафизические законы предшествуют физическим и определяют их.

3. Настроение — достаточно продолжительный эмоциональный процесс невысокой интенсивности, образующий эмоциональный фон для протекающих психических процессов. Настроение выражает отношение человека к его жизненной ситуации в целом. Настроение определяет общий тонус жизни человека. Оно зависит от тех влияний, которые затрагивают личностные стороны субъекта, его основные ценности. Не всегда причина того или иного настроения осознаётся, но она всегда есть.

4. Космос – всё, что есть, что когда-либо было и когда-либо будет.

5. Эволюция, здесь – процесс движения вещи от рождения к смерти, изначально запрограммированного природой (свойствами) вещи. Вещь – это онтические (явленные) свойства сущности. Сущность имеет в своём основании онтологическое ядро, задающее цель и смысл присутствия сущности в бытии. Вещь существует в пространстве-времени в виде формы. Форма является выражением своей сущности на том или ином этапе эволюции вещи.

6. Эволюция, здесь – процесс трансформаций, смена вещью своих форм. В некотором промежутке пространства-времени, называемом этапом, вещь сохраняет относительную стабильность формы. Всего выделяются следующие этапы эволюции: зарождение, рождение, прогресс, расцвет, регресс, старость, смерть, разложение. Каждому этапу соответствует своя форма, которая сохраняет онтологическое ядро эволюционирующей вещи.

7. Органическая жизнь – форма жизни на основе химических соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов). Человек является земной формой органической жизни.

8. Главная последовательность диаграммы Герцшпрунга-Расселла – область на диаграмме Герцшпрунга-Рассела, содержащая звёзды, источником энергии которых является термоядерная реакция синтеза гелия из водорода. Главная последовательность расположена в окрестностях диагонали диаграммы Герцшпрунга-Рассела и проходит из верхнего левого угла (высокие светимости, ранние спектральные классы) в правый нижний угол (низкие светимости, поздние спектральные классы) диаграммы. Звёзды главной последовательности имеют одинаковый источник энергии (“горение” водорода, в первую очередь, CNO-цикл), в связи с чем их светимость и температура (спектральный класс) определяются их массой:

L=M3,9;

где светимость – L и масса – M измеряются в единицах солнечной светимости и массы, соответственно. Поэтому начало левой части главной последовательности представлено голубыми звёздами с массами примерно 50 солнечных, а конец правой – красными карликами с массами примерно 0,0767 солнечных. Существование главной последовательности связано с тем, что стадия горения водорода составляет примерно 90% времени эволюции большинства звёзд: выгорание водорода в центральных областях звезды приводит к образованию изотермического гелиевого ядра, переходу к стадии красного гиганта и уходу звезды с главной последовательности. Относительно краткая эволюция красных гигантов приводит, в зависимости от их массы, к образованию белых карликов, нейтронных звёзд или чёрных дыр. Участок главной последовательности звёздных скоплений является индикатором их возраста: так как темпы эволюции звёзд пропорциональны их массе, то для скоплений существует “левая” точка обрыва главной последовательности в области высоких светимостей и ранних спектральных классов, зависящая от возраста скопления, поскольку звёзды с массой, превышающий некий предел, заданный возрастом скопления, ушли с главной последовательности (по материалам Свободной энциклопедии – Википедия).

9. Знание – форма существования и систематизации результатов познавательной деятельности человека. Знание помогает людям рационально организовывать свою деятельность и решать различные проблемы, возникающие в её процессе.

10. Будущее – часть линии времени, множество событий в пространственно-временном континууме, которые ещё не произошли, но произойдут.

11. Настоящее, здесь – часть линии времени, состоящая из событий, которые происходят в настоящий момент, то есть определённая область пространства-времени. При определённых допущениях под настоящим временем понимаются текущие дни, месяцы и даже годы. В этом смысле настоящее противопоставлено прошлому (множество событий, которые уже произошли) и будущему (множество событий, которые ещё не произошли), и расположено между ними.

12. Современный – соответствующий уровню, требованиям настоящего времени, без соотнесения с будущим.

13. Реальность – мир, так как он есть сам по себе.

14. Настоящий, здесь – подлинный, истинный, неподдельный, правильный.

15. Протозвезда – звезда на завершающем этапе своего формирования, вплоть до момента загорания термоядерных реакций в ядре, после которого сжатие протозвезды прекращается и она становится звездой главной последовательности. Протозвёзды обычно обладают пылевыми оболочками, благодаря которым они являются мощными источниками инфракрасного излучения. Протозвёзды небольших масс часто наблюдаются как вспыхивающие звёзды.

16. Солнечная туманность (Молекулярное облако) – тип межзвёздного облака содержащее молекулы водорода, чья плотность и размер позволяют в нём образовываться звёздам. Иногда называется также звёздной колыбелью (в случае, если в нём рождаются звёзды).

17. Аккреция (лат. accrētiō «приращение, увеличение» от accrēscere «прирастать») – процесс падения вещества на космическое тело из окружающего пространства.

18. Биосфера (от др.-греч. βιος – жизнь и σφαῖρα – сфера, шар) – оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; это живые организмы и среда их обитания.

Учение о биосфере – оболочке Земли, населённой живыми организмами, разработал В. И. Вернадский. Он распространил понятие биосферы не только на организмы, но и на среду обитания. В. И. Вернадский выявил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты. Он писал: «На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Более правильно, поэтому определять биосферу как оболочку Земли, которая населена и преобразуется живыми существами.

Границы биосферы:

Верхняя граница в атмосфере: 15–20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.

Нижняя граница в литосфере: 3,5–7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10–11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Структура биосферы:

1. Живое вещество – вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6·1012 т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3·1018 т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

2. Биогенное вещество – вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т.д.

3. Косное вещество – продукты, образующиеся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество – вещество, которое создаётся одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т.д. Организмы в них играют ведущую роль.

5. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

6. Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

7. Вещество космического происхождения.

Зарождение жизни:

Жизнь на Земле зародилась ещё в архее – примерно 3,5 млрд. лет назад в гидросфере. Такой возраст имеют найденные палеонтологами древнейшие органические остатки. Возраст Земли как самостоятельной планеты Солнечной системы оценивается в 4,5 млрд. лет. Таким образом, можно считать, что жизнь зародилась ещё в юношескую стадию жизни планеты. В архее появляются первые эукариоты – одноклеточные водоросли и простейшие организмы. Начался процесс почвообразования на суше. В конце архея появился половой процесс и многоклеточность у животных организмов.

Будущее биосферы:

С течением времени биосфера становится всё более неустойчивой.

19. Живой организм – живое тело, обладающее совокупностью свойств, отличающих его от неживой материи.

20. Нагрев – искусственный либо естественный процесс повышения температуры материала/тела, либо за счёт внутренней энергии, либо за счёт подведения к нему энергии извне.

21. Тепловой баланс Земли – баланс энергии процессов теплопередачи и излучения в атмосфере и на поверхности Земли. Основной приток энергии в систему атмосфера – Земля обеспечивается излучением Солнца в спектральном диапазоне от 0,1 до 4 мкм. Внутренние источники тепла Земли менее значительны по мощности, чем внешние.

22. Парниковый эффект. Количественно величина парникового эффекта определяется как разница между средней приповерхностной температурой атмосферы планеты и её эффективной температурой. Парниковый эффект существенен для планет с плотными атмосферами, содержащими газы, поглощающие излучение в инфракрасной области спектра, и пропорционален плотности атмосферы. Следствием парникового эффекта является также сглаживание температурных контрастов как между полярными и экваториальными зонами планеты, так и между дневными и ночными температурами.

Парниковый эффект атмосфер обусловлен их различной прозрачностью в видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400–1500 нм в видимом свете и ближнем инфракрасном диапазоне приходится 75% энергии солнечного излучения, большинство газов не поглощают в этом диапазоне; рэлеевское рассеяние в газах и рассеяние на атмосферных аэрозолях не препятствуют проникновению излучения этих длин волн в глубины атмосфер и достижению поверхности планет. Солнечный свет поглощается поверхностью планеты и её атмосферой (особенно излучение в ближней УФ- и ИК-областях) и разогревает их. Нагретая поверхность планеты и атмосфера излучают в дальнем инфракрасном диапазоне: так, в случае Земли при равном 300 K, 75% теплового излучения приходится на диапазон 7,8–28 мкм, для Венеры при равном 700 K – 3,3–12 мкм.

Атмосфера, содержащая многоатомные газы (двухатомные газы диатермичны – прозрачны для теплового излучения), поглощающие в этой области спектра (т.н. парниковые газы – H2O, CO2, CH4), существенно непрозрачна для такого излучения, направленного от её поверхности в космическое пространство, то есть имеет в ИК-диапазоне большую оптическую толщину. Вследствие такой непрозрачности атмосфера становится хорошим теплоизолятором, что, в свою очередь, приводит к тому, что переизлучение поглощённой солнечной энергии в космическое пространство происходит в верхних холодных слоях атмосферы. В результате эффективная температура Земли как излучателя оказывается более низкой, чем температура её поверхности.

При неизменности солнечной постоянной и, соответственно, потока солнечной радиации, среднегодовые приповерхностные температуры и климат, определяются тепловым балансом Земли. Для теплового баланса выполняются условия равенства величин поглощения коротковолновой радиации и излучения длинноволновой радиации в системе Земля – атмосфера. В свою очередь, доля поглощённой коротковолновой солнечной радиации определяется общим (поверхность и атмосфера) альбедо Земли. На величину потока длинноволновой радиации, уходящей в космос, существенное влияние оказывает парниковый эффект, в свою очередь, зависящий от состава и температуры земной атмосферы.

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон.

Главный вклад в парниковый эффект земной атмосферы вносит водяной пар или влажность воздуха тропосферы, влияние других газов гораздо менее существенно по причине их малой концентрации.

Вместе с тем концентрация водяного пара в тропосфере существенно зависит от приповерхностной температуры: увеличение суммарной концентрации “парниковых” газов в атмосфере должно привести к усилению влажности и парникового эффекта, вызванного водяным паром, который в свою очередь приведёт к увеличению приповерхностной температуры.

При понижении приповерхностной температуры концентрация водяных паров падает, что ведёт к уменьшению парникового эффекта, и, одновременно с этим при снижении температуры в приполярных районах формируется снежно-ледяной покров, ведущий к повышению альбедо и, совместно, с уменьшением парникового эффектом, вызывающим понижение средней приповерхностной температуры.

Таким образом, климат на Земле может переходить в стадии потепления и похолодания в зависимости от изменения альбедо системы Земля – атмосфера и парникового эффекта.

Климатические циклы коррелируют с концентрацией углекислого газа в атмосфере: в течение среднего и позднего плейстоцена, предшествующих современному времени, концентрация атмосферного углекислого газа снижалась во время длительных ледниковых периодов и резко повышалась во время кратких межледниковий.

В течение последних десятилетий наблюдается рост концентрации углекислого газа в атмосфере.

23. Необходимость – причинная обусловленность вещи, явления на уровне её онтического присутствия. На более высоком онтическом уровне (становления) необходимость реализуется как случайность. На низшем онтическом уровне (становления) необходимость реализуется как закон природы. Реальная (физическая) необходимость – фактическая обусловленность явления определёнными обстоятельствами. Необходимость это онтология вещи, случайность – способ её отношений с вещами высшего онтического уровня присутствия.

24. Solis calore cladis (лат.) – поражение солнечным зноем.

25. Venita estus super caput (лат.) – солнечный удар.

26. Венера – вторая от Солнца планета Солнечной системы.

27. Aeter nasilentia (лат.) – вечное безмолвие.

28. Прили́вное ускоре́ние – эффект, вызванный гравитационно-приливным взаимодействием в системе естественный спутник – центральное тело. Главными следствиями этого эффекта являются изменение орбиты спутника и замедление вращения центрального тела вокруг оси, как это наблюдается в системе Земля – Луна. Другим следствием является разогрев недр планет, как это наблюдается с Ио и Европой и предположительно имело значительный эффект с древней Землёй.

Масса Луны сравнительно велика, и сама она находится довольно близко, вызывая приливы на Земле. В океанских водах на обращённой к Луне стороне формируется приливная волна (такая же волна формируется и на противоположной стороне). Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси, приливная волна находилась бы точно под Луной, которая притягивает её к себе, и бежала бы по поверхности Земли с запада на восток, совершая полный оборот за один сидерический лунный месяц (27 дней 7 часов 43,2 минуты). Однако Земля вращается “под” этой волной, совершая один оборот за сидерический день (23 часа, 56 минут, 4,091 секунды). В результате приливная волна бежит по поверхности Земли с востока на запад, совершая один полный оборот за 24 часа 48 минут. Поскольку Земля отнюдь не является гладким шаром, на каждую из этих двух приливных волн регулярно «набегают» восточные берега материков, омываемых Мировым океаном (“набегают” именно материки на волну, поскольку Земля вращается быстрее обращения Луны). Из-за этого приливная волна смещается вперёд по направлению вращения Земли, опережая Луну. Следствием такого опережения является то, что значительная часть массы океанских вод (то есть и часть массы всей Земли) смещается вперёд с линии, соединяющей центры масс Земли и Луны. Эта смещённая вперёд масса притягивает к себе Луну, создавая силу, действующую перпендикулярно линии Земля – Луна. В результате на Луну действует момент силы, ускоряющий её обращение по орбите вокруг Земли. Обратным следствием всего этого является то, что на берега материков, когда они “набегают” на приливную волну, действует (по третьему закону Ньютона) противоположно направленная сила, которая “тормозит” их. Таким образом Луна создаёт приложенный к планете момент силы, который замедляет вращение Земли.

Как и во всех физических процессах, здесь действуют закон сохранения момента импульса и закон сохранения энергии. Момент импульса вращения Земли уменьшается, орбитальный момент импульса Луны увеличивается. С увеличением орбитального момента импульса Луна переходит на более высокую орбиту, а её собственная скорость (по третьему закону Кеплера) уменьшается. Получается так, что приливное ускорение Луны приводит к замедлению её обращения по орбите. Кинетическая энергия Луны уменьшается, а её потенциальная энергия увеличивается. При этом растёт и полная механическая энергия Луны. С уменьшением момента импульса вращения Земли её вращение замедляется, длительность суток увеличивается. Соответствующая кинетическая энергия вращения тратится в процессе трения приливной волны о берега материков, превращаясь в тепло и рассеиваясь. Прилив действует и на мантию Земли, выделяемое тепло остаётся в недрах. Для малых тел вблизи больших планет, например, Ио это явление превосходит тепло от радиоактивного распада.

Приливные силы действуют не только в океанских водах. Приливные волны формируются также в земной коре и мантии. Но благодаря неподатливости земной коры амплитуда этих “твёрдых” волн значительно уступает амплитуде океанских приливных волн, а длина, наоборот, составляет многие тысячи километров. Поэтому “твёрдые” приливные волны бегут в земной коре, почти не испытывая сопротивления, а связанный с ними тормозящий момент сил (и вызванные им замедление Земли и ускорение Луны) гораздо меньше.

Такой процесс будет продолжаться до тех пор, пока период вращения Земли не сравняется с периодом обращения Луны вокруг Земли. После этого Луна всегда будет находиться над одной точкой земной поверхности. Очевидно, на самой Луне это уже давно произошло: гораздо более сильное тяготение Земли создавало в твёрдом теле Луны приливные волны, которые замедлили вращение Луны и синхронизировали его с периодом обращения вокруг Земли, так что Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной (то есть вращается с периодом, равным периоду оборота вокруг Земли).

Система Плутон – Харон является хорошим примером приливного эволюционирования орбит и периодов вращения своих участников. Данная система завершила свою эволюцию: и Плутон, и Харон всегда повёрнуты друг к другу одной стороной.

Приливное ускорение является одним из примеров необратимых пертурбаций орбиты, которые нарастают со временем и не являются периодическими. Взаимные гравитационные пертурбации планетарных орбит в Солнечной системе являются периодическими, то есть осциллируют между крайними значениями. Приливные эффекты вводят в уравнения движения квадратичный член, который непрерывно возрастает.

29. Космологическая сингулярность – состояние Вселенной в начальный момент Большого Взрыва, характеризующееся бесконечной плотностью и температурой вещества. Предсказана общей теорией относительности (ОТО) и некоторыми другими теориями гравитации.

30. Тёмная энергия, в космологии – вид энергии, введённый в математическую модель Вселенной, ради объяснения наблюдаемого её расширения с ускорением. Существует два варианта объяснения сущности тёмной энергии:

– тёмная энергия есть космологическая константа – неизменная энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство Вселенной (другими словами, постулируется ненулевая энергия и давление вакуума);

– тёмная энергия есть некая квинтэссенция – динамическое поле, энергетическая плотность которого может меняться в пространстве и времени.

К настоящему времени (2014 год) все известные надёжные наблюдательные данные не противоречат первой гипотезе, так что она принимается в космологии как стандартная. Окончательный выбор между двумя вариантами требует высокоточных измерений скорости расширения Вселенной, чтобы понять, как эта скорость изменяется со временем. Темпы расширения Вселенной описываются космологическим уравнением состояния. Разрешение уравнения состояния для тёмной энергии является одной из самых насущных задач современной наблюдательной космологии.

 

по материалам http://grani.agni-age.net/index.htm?article=6135&issue=61