Сколько живут планеты и что их убивает? Космические хроники

Планеты проходят через разные стадии жизни: они формируются, эволюционируют и в конце концов погибают. Но временные рамки этих процессов сильно различаются для планет земного типа и миров, вращающихся вокруг менее мощных звезд.

Итак, как долго живут большинство планет?

Для начала важно понять жизненные циклы планет.

«Планеты зарождаются как микроскопические пылинки в дисках, вращающихся вокруг молодых звезд, и со временем вырастают до огромных размеров в результате серии столкновений», — рассказал Шон Рэймонд, астрофизик из Университета Бордо во Франции.

Газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, начинают свою жизнь как массивные каменистые и ледяные ядра, а затем захватывают газ из диска, превращаясь в гигантов. Скалистые планеты, подобные Земле, проходят через позднюю фазу гигантских столкновений с другими растущими планетами и более мелкими объектами после того, как газовый диск вокруг Солнца рассеялся, пояснил Рэймонд. Однако среди ученых до сих пор ведутся споры о порядке формирования планет.

Однако определить «конец» планеты гораздо сложнее. «Можно сказать, что планета существует до тех пор, пока она не будет уничтожена», — заявил Live Science Мэттью Рейнхольд, планетолог из Стэнфордского университета. Или же можно определить конец планеты как момент, когда она перестает функционировать в прежних условиях. «Можно сказать: „Это был мир, в котором когда-то были такие условия, но теперь он изменился, и условия стали совершенно иными, — пояснил Рейнхольд. — И поскольку мне больше нравились прежние условия, я считаю, что эта планета закончила свое существование“».

Давайте возьмем Землю в качестве примера. Как и у многих других, срок жизни нашей планеты связан с эволюцией Солнца. В настоящее время Солнце производит тепло и свет посредством термоядерного синтеза в своем ядре — процесса, в ходе которого водород превращается в гелий. Примерно через 5 миллиардов лет водород на Солнце закончится, после чего оно расширится, превратившись в красного гиганта, и в конечном итоге сколлапсируется само в себя.

«Наша Земля „умрет“ несколькими способами, — говорит Рэймонд. — Сначала медленно разгорающееся Солнце сделает условия на Земле непригодными для жизни, испарив океаны. Затем Земля может быть поглощена Солнцем, когда оно станет красным гигантом. И наконец, Земля (если она еще будет существовать) будет выброшена в межзвездное пространство».

Согласно этим расчетам, общая продолжительность жизни Земли составит около 9,5 миллиардов лет.

Он отметил, что Земля, вероятно, проживет не так долго, как большинство планет. Это потому, 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, причиной гибели этих планет может стать не смерть звезды, а некий внутренний процесс.

В своей работе Рейнхольд смоделировал, что могло бы произойти с гипотетической обитаемой планетой, вращающейся вокруг звезды-красного карлика. Активная геология, такая как тектоника плит, считается ключевым фактором для обитаемости, поскольку она позволяет питательным веществам перемещаться между мантией и поверхностью планеты и управляет углеродно-силикатным циклом.

«Мы хотим, чтобы планета могла стабилизировать свой климат», — объяснил Рейнхольд, а углеродно-силикатный цикл — это естественный термостат Земли.

Рейнхольд обнаружил, что конвекция в мантии может продолжаться от 30 до 90 миллиардов лет, в то время как плавление мантии — от 16 до 23 миллиардов лет. Хотя эти диапазоны чисел слишком велики, чтобы быть значимыми, по словам Рейнхольда, они предполагают, что любая похожая на Землю планета, вращающаяся вокруг красного карлика, погибнет в результате внутреннего процесса задолго до того, как ее звезда приблизится к концу своей жизни. И даже при самых коротких сроках большинство каменистых планет, вращающихся вокруг красных карликов, будут сохранять свои условия в течение миллиардов лет.

Более крупные звезды имеют гораздо более короткую продолжительность жизни, потому что они быстрее расходуют свое ядерное топливо. Так, например, судьба внутренней планеты, вращающейся вокруг белой звезды спектрального класса А, будет связана с продолжительностью жизни звезды — от 100 миллионов до 1 миллиарда лет.

Газовые гиганты также могут потерять свои атмосферы из-за интенсивного излучения своей звезды, превратившись в каменистые планеты, добавил Рейнхольд. Этот процесс зависит от того, насколько близко планета находится к своей звезде, сколько энергии излучения испускает звезда и насколько сильна гравитация планеты. «Чем сильнее гравитация, тем лучше они удерживают свои атмосферы, и чем больше излучения они получают от своей звезды, тем интенсивнее происходит „сдувание“ атмосферы», — объяснил Рейнхольд. В зависимости от этих факторов этот процесс может занять от миллионов до миллиардов лет.

Конец Вселенной

Даже когда условия на планете меняются со временем, сама горная порода все еще существует. Но в больших масштабах времени существуют разные возможности для ее судьбы, поскольку вероятность редких событий возрастает. Она может столкнуться с другой планетой или быть выброшенной со своей орбиты.

«Во всей этой суматохе, длящейся квадриллионы лет, планеты, которые были выброшены от своих звезд, будут вышвырнуты из галактики, чтобы вечно скитаться в пустоте, — сказал Рейнхольд. — Что на самом деле определит их судьбу, так это природа конца самой Вселенной».