Красный гигант или белый карлик: физика приливов решает судьбу Земли⁠⁠

Международная команда астрофизиков под руководством М. Эсселдейрса из Лёвенского университета (Бельгия) опубликовала в журнале Astronomy & Astrophysics новые расчеты будущего нашей планеты. Ученые обнаружили, что судьба Земли при старении Солнца вовсе не предрешена. Используя самые современные модели звездной эволюции и уточненные данные о приливных силах, они показали: при определенных условиях наша планета может пережить превращение Солнца в красного гиганта через 5 миллиардов лет и даже избежать поглощения на следующей, еще более бурной стадии — асимптотической ветви гигантов (AGB). Прежние расчеты чаще предсказывали гибель, но новые данные дают повод для осторожного оптимизма.

Эволюция Земли зависит от борьбы двух противоположных сил. С одной стороны, когда Солнце станет расширяться и терять массу через звездный ветер, его гравитация ослабнет, и планета начнет отодвигаться от него — как будто ослабевает веревка, удерживающая камень на орбите. Это дает Земле шанс на спасение. С другой стороны, приливное взаимодействие между планетой и раздутой звездой действует как тормоз, постепенно притягивая Землю обратно. Если приливы будут слишком сильны, планета не успеет убежать и будет поглощена раскаленной атмосферой. Какой сценарий победит, зависит от деталей, которые ученые только начинают понимать.

Главный прорыв работы в том, как авторы смоделировали приливную диссипацию. Раньше астрофизики использовали упрощенные формулы 1960-х годов, где вся сложность приливов описывалась одной величиной. Эсселдейрс и его команда пошли дальше: они рассчитали потери энергии не в целом для звезды, а отдельно для каждого ее слоя, с учетом того, как ведут себя внутренние волны в лучистой зоне и турбулентные потоки в конвективной оболочке. Их модель, проверенная на сложных компьютерных симуляциях, показала, что для Земли приливное торможение оказывается значительно слабее, чем считалось раньше. Именно поэтому в новой модели Земля уходит на более далекую орбиту и может избежать поглощения.

Самая большая неопределенность связана с тем, насколько быстро Солнце будет терять массу на поздней стадии AGB. Если звездный ветер окажется слабым, Солнце не "похудеет" достаточно быстро, его размеры останутся опасными, и Землю все равно настигнет расширяющаяся атмосфера. Если же ветер будет сильным, планета улетит достаточно далеко, чтобы спастись.

Наблюдения за звездой L2 Кормы — аналогом будущего Солнца, дают две совсем разные оценки скорости потери массы, что только подчеркивает масштаб неопределенности. Итог: у Земли есть шанс выжить и превратиться в холодный мир, вращающийся вокруг белого карлика, но для уверенного прогноза астрофизикам нужны новые наблюдения и еще более точные модели.