У нас меньше времени, чем вы думаете.
Ключевые выводы
- Судьба нашего мира связана с Солнцем, которому осталось жить около пяти миллиардов лет. Однако у нас нет столько времени.
- По мере того, как водород плавится, Солнце становится все ярче, а температура поверхности Земли становится выше.
- Биосфера использует системы отрицательной обратной связи для противодействия потеплению Солнца. Но всего через миллиард с лишним лет этого будет недостаточно, и все живое на Земле умрет.
Конец близок. Это часто пророчат, и если вы мыслите в астрономических масштабах времени, это действительно правда.
Любопытно, что большинство из нас предпочли бы не думать о собственной смертности, но мы действительно очарованы катастрофическими окончаниями в космическом масштабе. Есть что-то восхитительное в рассмотрении неизбежного апокалипсиса. Вот почему сегодня мы хотим рассмотреть, как закончится Земля и ее жизнь.
Солнце не может побеждать вечно
Часы Судного дня Земли начали тикать еще до того, как планета появилась. Судьба нашего мира всецело связана с Солнцем, источником его энергии. Солнцу сейчас пять миллиардов лет, и оно всегда жило в долг.
Как и все звезды, Солнце находится в состоянии войны с собственной гравитацией. Внутреннее столкновение массой 1,989 x 1030 кг обеспечивает давление, необходимое для сжатия ядер водорода и их слияния в гелий. Поскольку E=mc2, часть ядерной массы водорода преобразуется в энергию - в свет, - который в конечном итоге достигает поверхности Солнца. Оттуда она улетает в космос и в том числе согревает Землю. Эта борьба продолжается с момента рождения Солнца. Это война, которую Солнцу суждено проиграть.
Если водород является термоядерным топливом, питающим Солнце, то в какой-то момент это топливо закончится. Здесь важен водород в ядре Солнца, единственном месте, где давление и температура достаточно высоки для запуска термоядерного синтеза. Как только водород ядра исчезнет, примерно через пять миллиардов лет, Солнце столкнется с проблемами. Если в центре будет лежать только инертный пепел гелия, гравитационное давление на ядро увеличится. С этого момента Солнцу осталось всего около 100 миллионов лет. Он будет отчаянно перестраиваться, пытаясь сохранить поток энергии, в конечном итоге сжимая свое ядро и раздувая внешние слои, чтобы стать тем, что мы называем красной гигантской звездой. Во время своего последнего действия в качестве красного гиганта Солнце, вероятно, станет настолько большим, что поглотит Землю. История нашей планеты закончится, когда она войдет в раскаленные внешние слои своей родительской звезды.
Если вас утешает мысль о том, что до конца Земли у жизни есть еще пять миллиардов лет, то не стоит. Пять миллиардов лет - столько времени осталось планете. У биосферы гораздо меньше времени.
Жизнь - это обратная связь
Проблема снова начинается с войны между звездой и ее гравитацией. Несмотря на то, что водород радостно горит в ядре Солнца, изменения все же происходят. С каждым слитым килограммом водорода внутренние области Солнца перестраиваются, слегка сжимаясь и немного повышая свою температуру. Но скорость, с которой ядерный синтез генерирует энергию, очень чувствительна к температуре. Даже незначительное увеличение температуры ядра приводит к заметному увеличению светимости Солнца. Это означает, что Солнце медленно становилось ярче на протяжении всей своей истории.
Это медленное увеличение погубит биосферу Земли задолго до того, как Солнце станет красным гигантом. Это связано с тем, что существует прямая связь между яркостью Солнца и температурой поверхности Земли. Увеличение первого приведет к увеличению второго.
Биосфера опосредует такое повышение температуры через то, что мы называем отрицательной обратной связью. Если повышение температуры поверхности Земли, например, приводит к тому, что биосфера вызывает усиление отражающего облачного покрова, то больше солнечного света будет отражаться обратно в космос, помогая сохранять планету прохладной. Но отрицательный отзыв может работать только так долго. По мере того, как Солнце становится все ярче, оно, в конечном счете, вызовет неуправляемые эффекты, обрекающие биосферу на гибель.
Наиболее важным из них является испарение океанов. Водяной пар является гораздо более мощным парниковым газом, чем CO2, о котором мы беспокоимся в эпоху изменения климата. Когда Солнце становится достаточно ярким, чтобы испарять морскую воду на достаточно высоких уровнях, атмосфера начинает наполняться водяным паром, и начинается влажная неконтролируемая теплица. Это эпоха положительных отзывов. Испарение делает планету более горячей, что приводит к большему испарению, что делает планету более горячей и так далее. В конце концов планета становится настолько горячей, что вылетает за границы жизни. Обитаемая эра Земли подошла к концу.
Не тратьте деньги на кредитную карту
Так сколько же у нас есть времени, пока биосфера Земли не умрет? Примечательно, что жизни на Земле осталось всего около миллиарда лет. В расчетах есть некоторая неопределенность, но последние результаты предполагают, что до конца осталось 1,5 миллиарда лет. Это гораздо более короткий промежуток времени, чем пять миллиардов лет, прежде чем планета будет поглощена Солнцем. (Хотя все еще достаточно долго, чтобы вам не нужно было менять свои инвестиционные стратегии.)
Это небольшое упражнение по размышлению о планетарной смертности, безусловно, само по себе забавно, но позвольте мне оставить вас с более глубоким вопросом для размышления. Жизнь зародилась по крайней мере 3,5 миллиарда лет назад. Если нам осталось всего 1,5 миллиарда лет, то люди появились гораздо ближе к концу обитаемой фазы планеты, чем к ее началу. Что это говорит нам о преобладании разумной жизни во Вселенной?