3 мая отмечается Всемирный день Солнца. В ходе беседы со специалистом из Института космических исследований РАН, доктором физико-математических наук, профессором РАН Сергеем Богачёвым, он рассказал о процессе образования светила, особенностях внутренней структуры звезды и причинах, по которым учёные пока не могут объяснить закономерности циклических изменений солнечной активности.
— Расскажите, почему Солнце называют звездой третьего поколения.
— В мире звёзд существуют поколения, подобно человеческому роду — бабушки, дедушки, прабабушки… В первые времена существования Вселенной возникли звёзды первого поколения, состоявшие исключительно из водорода — других элементов ещё не было. В процессе их горения образовались дополнительные химические элементы: углерод, кислород и другие. После взрыва этих звёзд их вещество распространилось по космосу и смешалось с водородными облаками. Это привело к появлению звёзд второго поколения, которые также прошли цикл сгорания и погибли. Солнце относится к третьему поколению. Сложная химия и разнообразие элементов в нашем мире возникли благодаря тому, что при формировании Солнце поглотило остатки ранее уничтоженных звёзд. Благодаря этому на Земле появилась жизнь. Солнце — относительно молодая звезда, ей около 4,6 миллиардов лет, тогда как возраст Вселенной составляет примерно 13,8 миллиарда лет.
«Так зажигается звезда»
— Как возникло Солнце?
— Как и другие звёзды, Солнце возникло благодаря гравитационному притяжению. Считается, что этот процесс случайный: в газопылевых облаках всегда присутствуют более плотные области. Поскольку любая материя с массой обладает гравитацией, к таким центрам постепенно притягиваются соседние участки облака. Сила притяжения усиливается, и образуются всё более плотные скопления. По мере сжатия облака под действием гравитации в его центре начинается термоядерная реакция — так рождается звезда. На сегодняшний день теория формирования звёзд из газопылевых облаков считается основополагающей.
— Напомните, пожалуйста, какая у Солнца структура.
— У Солнца есть ядро, где протекают термоядерные реакции — вся энергия производится там. Ядро составляет примерно четверть от радиуса звезды. Следующая область — лучистая зона, где плотность вещества такова, что фотоны не могут проходить по прямой, а постоянно рассеиваются и переизлучаются, пока не достигнут зоны конвекции — верхних 200 тысяч километров (радиус Солнца — около 700 тысяч километров). Здесь энергия передаётся через перемешивание слоёв: зона конвекции буквально «кипит», это видно в телескоп. Выше расположена солнечная атмосфера, насыщенная магнитными полями.
«Участвуем в ряде космических вращений»
— Как вращается Солнце и как оно движется в галактике Млечный Путь?
— Вселенная устроена как система, где вокруг центров гравитации вращаются менее массивные объекты. В нашей системе таким центром является Солнце, а планеты движутся вокруг него.
Но в масштабах Галактики Солнце — это всего лишь точка. В центре Галактики находится сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A*, вокруг которой вращаются все звёзды. Чтобы совершить один оборот вокруг центра, Солнцу требуется около 250 миллионов лет. При этом Млечный Путь движется в сторону Великого Аттрактора — зоны гравитационной аномалии, притягивающей множество галактик. Таким образом, мы непроизвольно участвуем в множестве космических вращений и перемещений.
— Всем известно о магнитном поле Земли, которое защищает нас от солнечного ветра. А что представляет собой гелиосфера и от каких воздействий она ограждает Солнечную систему?
— Это «пузырь», наполненный солнечным ветром и магнитным полем, охватывающий всю Солнечную систему. Гелиосфера защищает от заряженных частиц, присутствующих в Галактике за пределами Солнечной системы. Такие частицы возникают при взрывах сверхновых и обладают высокими энергиями. Обычная солнечная радиация более мягкая, поскольку Солнце — звезда относительно спокойная.
Кроме того, земная жизнь, возникнув в условиях солнечной радиации, адаптировалась к ней. Не говоря уже о том, что сама Земля радиоактивна, содержая уран и другие радиоактивные элементы. Внешнее, галактическое излучение может представлять опасность для нас.
«Точного ответа на эти вопросы нет»
— С чем связаны периоды повышенной солнечной активности и почему они повторяются с определённой регулярностью?
— Пока точного ответа на эти вопросы нет. История наблюдений за солнечной магнитной активностью насчитывает всего 300 лет. Неизвестно, каким был её характер даже 1 тысячу лет назад, не говоря уже об эпохе динозавров. Известно лишь, что в настоящее время активность Солнца достигает пика в среднем раз в 11 лет. Сейчас, кстати, фаза спада — максимум был пройден в 2024 году, а минимум солнечной активности ожидается к 2029–2030 годам.
Цикличность магнитной активности не является уникальной особенностью Солнца — у других звёзд наблюдается подобное. Но почему у Солнца цикл длится около 11 лет, а не 15 или 20, науке неизвестно.
По одной версии, причина может быть в Юпитере, который делает оборот вокруг Солнца почти за 12 лет. Это массивная планета, поэтому некоторые исследователи утверждали, что Юпитер каким-то образом «раскачивает» Солнце. Однако такие предположения не подтверждены расчётами, поэтому, скорее всего, это случайное совпадение.
— Насколько разнообразны по типу и составу звёзды?
— Звёзды очень сильно различаются. Например, Бетельгейзе в сотни раз больше Солнца и светит в 100 тысяч раз ярче. Но её жизнь длится около 10 миллионов лет, в то время как Солнце проживёт в тысячу раз дольше — 10 миллиардов лет. Солнце можно назвать маленькой, спокойной и долгоживущей звездой.
— Будут ли появляться новые химические элементы по мере эволюции Вселенной и смены поколений звёзд?
— По мере развития Вселенной в ней будет выгорать водород, пока полностью не исчерпается. Тогда все звёзды погаснут. Однако таблица Менделеева принципиально не изменится, изменится лишь соотношение элементов.
«Система будет существовать вечно»
— Как погибнет Солнце?
— Об этом науке известно, потому что во Вселенной есть звёзды, похожие на Солнце и находящиеся на разных стадиях эволюции. Солнце прожило примерно половину своего срока. Впереди — ещё 5 миллиардов лет, что по человеческим меркам является практически вечностью. Потом Солнце на короткое время превратится в звезду-гиганта, увеличившись примерно в 100 раз и поглотив Меркурий и Венеру. Земля, скорее всего, уцелеет, но как полностью выжженная планета.
В конце концов Солнце сбросит внешние оболочки, сожмётся и станет белым карликом. Он будет обладать массой Солнца, но по размерам будет сопоставим с Землёй. Со временем станет холодной, почти не светящейся звездой.
Сохраняя массу, он сохранит и оставшиеся после расширения планеты, которые продолжат вращаться вокруг него. И в таком виде эта система будет существовать вечно. Срок жизни белого карлика — примерно триллион лет. Вселенная скорее сожмётся в точку раньше, чем погибнет белый карлик.
— Какие ещё научные загадки, помимо 11-летних циклов магнитной активности, есть у Солнца?
— Пока нет ответа на вопрос, почему внешняя атмосфера Солнца на миллионы градусов горячее, чем его поверхность. Ядро Солнца раскалено примерно до 15 миллионов °C, на поверхности температура значительно ниже — около 5–6 тысяч °C. Затем температура резко возрастает и достигает уже миллионов градусов, хотя никаких дополнительных источников энергии на поверхности нет. Это характерная особенность не только Солнца, но и других звёзд такого типа, однако её механизм ещё не раскрыт.
