Планеты рождаются и могут «умирать». Каков же средний срок жизни планеты?
Планеты проходят разные этапы жизни: они формируются, эволюционируют и в конце концов прекращают свое существование. Однако сроки этих процессов сильно различаются для планет земного типа и миров, вращающихся вокруг менее мощных звезд. Итак, сколько же существует большинство планет?
Жизненные циклы планет
Астрофизик из Бордоского университета во Франции Шон Рэймонд (Sean Raymond) рассказал Live Science, что планеты зарождаются как микроскопические пылевые частицы в дисках, вращающихся вокруг молодых звезд, и со временем значительно увеличиваются в размерах в результате серии столкновений.
Газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, изначально представляли собой массивные каменистые и ледяные ядра, которые затем поглощали газ из протопланетного диска и становились гигантами. По словам Рэймонда, каменистые планеты, такие как Земля, на поздней стадии формирования сталкиваются с другими растущими планетами и более мелкими объектами после того, как протопланетный диск рассеивается. Однако среди ученых до сих пор ведутся некоторые споры о том, в каком порядке формировались планеты.
Однако дать определение «концу» существования планеты сложнее.
«Можно сказать, что планета существует до тех пор, пока не будет уничтожена», — рассказал Мэтью Рейнхольд (Matthew Reinhold), планетолог из Стэнфордского университета.
Или можно считать, что планета прекращает свое существование, когда перестает функционировать в прежних условиях.
«Можно сказать: „В какой-то момент в этом мире были такие условия, но теперь они изменились и стали совсем другими, — сказал Рейнхольд. — Потому что я предпочитаю прежние условия. Я считаю, что эта планета прекратила свое существование“.
Возьмем в качестве примера Землю. Как и у многих других планет, срок жизни нашей планеты связан с эволюцией Солнца. В настоящее время Солнце вырабатывает тепло и свет за счет ядерного синтеза в своем ядре — процесса, при котором водород превращается в гелий. Примерно через 5 миллиардов лет водород на Солнце закончится, и оно превратится в красного гиганта, а затем схлопнется само в себя.
«Наша Земля „умрет“ разными способами, — сказал Рэймонд. — Во-первых, из-за постепенного увеличения яркости Солнца условия на Земле станут непригодными для жизни из-за испарения океанов. Затем Солнце может поглотить Землю, когда оно превратится в красного гиганта. Наконец, Земля (если она еще будет существовать) будет выброшена в межзвездное пространство».
Согласно этим расчетам, общая продолжительность существования Земли составит около 9,5 миллиарда лет.
Он отметил, что Земля, скорее всего, не проживет так долго, как большинство планет. Это связано с тем, что, в отличие от Солнца, которое является желтым карликом, большинство звезд — это красные карлики, которые меньше и холоднее нашего Солнца и сжигают топливо гораздо медленнее. «Они могут существовать триллионы лет», — сказал Рейнхольд.
В таком случае это может быть не смерть звезды, а скорее внутренний процесс, который приводит к гибели этих планет.
В своей работе Рейнхольд смоделировал, что могло бы произойти с гипотетической обитаемой планетой, вращающейся вокруг красного карлика. Активная геология, такая как тектоника плит, считается важнейшим фактором обитаемости, поскольку она обеспечивает перемещение питательных веществ между мантией и поверхностью планеты и поддерживает углеродно-силикатный цикл.
«Нам нужна планета, способная стабилизировать свой климат», — сказал Рейнхольд. Углеродно-силикатный цикл — это естественный термостат Земли.
Рейнхольд выяснил, что мантийная конвекция будет продолжаться от 30 до 90 миллиардов лет, а мантийное плавление — от 16 до 23 миллиардов лет. По словам Рейнхольда, хотя эти диапазоны слишком велики, чтобы их можно было считать значимыми, они позволяют предположить, что любые планеты земного типа, вращающиеся вокруг красного карлика, погибнут в результате внутренних процессов задолго до того, как их звезды приблизятся к концу своего жизненного цикла.
Даже при самом оптимистичном сценарии большинство каменистых планет, вращающихся вокруг красных карликов, сохранят свои условия на протяжении миллиардов лет.
У более крупных звезд продолжительность жизни гораздо меньше, поскольку они быстрее расходуют ядерное топливо. Так, например, судьба внутренней планеты, вращающейся вокруг белой звезды спектрального класса A, будет зависеть от продолжительности жизни звезды, которая составляет от 100 миллионов до 1 миллиарда лет.
По словам Рейнхольда, газовые гиганты также могут терять свои атмосферы из-за интенсивного излучения звезды, превращаясь в каменистые планеты. Этот процесс зависит от того, насколько близко планета расположена к своей звезде, сколько энергии излучает звезда и насколько сильна гравитация планеты. «Чем сильнее гравитация, тем лучше планета удерживает свою атмосферу, и чем больше излучения она получает от своей звезды, тем интенсивнее процесс потери атмосферы», — объяснил Рейнхольд. В зависимости от этих факторов процесс может занять от миллионов до миллиардов лет.
Конец Вселенной
Даже если условия на планете со временем меняются, сама планета продолжает существовать. Но в долгосрочной перспективе ее судьба может сложиться по-разному, поскольку вероятность редких событий возрастает. Планета может столкнуться с другой планетой или сойти со своей орбиты.
«В этом хаосе, длящемся квадриллионы лет, планеты, оторвавшиеся от своих звезд, будут изгнаны из галактики и обречены на вечное блуждание в пустоте, — сказал Рейнхольд. — То, что на самом деле предрешает [их] судьбу, связано с природой конца Вселенной».
Ответ на то, сколько солнц может быть у одной планеты, читайте здесь.