2.2.6. Земля среди небесных тел
Поскольку Земля является рядовым космическим телом, обладающим гравитационным полем, которое обеспечивает ее рост, то, очевидно, что должен быть конечный результат такого роста. Сведения о Солнечной системе и Галактике дают основание считать, что, в конечном счете, Земля может вырасти (если не произойдет катастрофических событий) в массивную звезду с массой, не превышающей 50 масс Солнца (М0). Ограничение роста масс небесных тел вызывается естественными причинами: в Галактике не существует звезд с массой, превышающей 50 М0. В процессе роста Земля проходила стадии развития кометы или астероида, затем наступила лунная стадия развития, а после этого Земля прошла стадию развития Марса и приближается к венерианской стадии эволюции. Венерианская стадия роста характеризуется не столько величиной массы, сколько условиями на поверхности планеты. Дальнейшее увеличение массы Земли приведет к разогреву недр и увеличению температуры на ее поверхности. Затем наступит стадия развития Сатурна и Юпитера, которая перейдет в звездную стадию эволюции: Земля превратится в коричневый карлик.
Звездная стадия эволюции отображена на диаграмме Герцшпрунга-Рессела (рис. 17), составленной первоначально исключительно для звезд.
Поскольку координаты (абсолютная звездная величина-светимость) однозначно связаны математической зависимостью, то рис. 17 называют также диаграммой спектр-светимость. Основная масса звезд (85 %) располагается на диаграмме в относительно узкой полосе, называемой главной последовательностью. Вверху главной последовательности размещаются белые и голубые гиганты — звезды большой массы и большой светимости. Спектральные классы этих звезд О, А, В. Вдоль последовательности (сверху вниз) светимости и массы звезд уменьшаются. В правом нижнем углу диаграммы располагаются звезды с малыми массами (М^ > 0,8 М0 и малой светимостью, их относят к спектральным классам К и М. Эти звезды получили название красных карликов. Они составляют многочисленную семью. Этот факт противоречит гипотезе Канта, так как при конденсации газа и пыли должны были гораздо чаще формироваться массивные звезды, а не звезды малых масс. При росте же небесных тел планет и малых звезд должно быть очень много.
В правом верхнем углу диаграммы на рис. 17 расположены звезды-гиганты, их немного в Галактике, но благодаря большой светимости, они легко обнаруживаются. Из-за красного цвета и большой светимости эти звезды называют красными гигантами.
После составления диаграммы спектр-светимость стало ясно, что расположение на ней звезд, в том числе главной последовательности, обусловлено эволюцией звездного населения Галактики. Однако распределение звезд не соответствовало ортодоксальным взглядам: согласно им звезды должны были располагаться по всей площади диаграммы, а фактически они сформировали узкую ленту главной последовательности. В концепции роста планеты и звезды представляют единый эволюционный ряд. Планеты типа Юпитера превращаются в коричневые карликовые звезды. Наращивая массу, объем, светимость, интенсивность излучения небесные тела проходят стадии желтых, белых и голубых звезд, пока не достигают массы в 50 масс Солнца, после чего взрываются, т. е. превращаются в красных гигантов. После сброса оболочки такой звезды на месте красного гиганта обнаруживается белый карлик. Причины ограничения верхнего предела масс звезд относительно просты. Дело в том, что приток массы к звезде пропорционален ее массе (М^), а потеря массы путем излучения происходит гораздо быстрее, она пропорциональна М^3,9, поэтому в период накопления массы неизбежно наступает момент, когда потери сравниваются с поступлениями, и звезда прекращает дальнейший рост. При этом необходимо еще учесть, что в массивных звездах возникают нестационарные процессы, сопряженные со звездным ветром, увеличивающим потери массы массивной звезды.
На рис. 17 стандартная диаграмма Герцшпрунга-Рессела дополнена кривой линией, которая указывает направление эволюции небесных тел. Сплошной участок кривой отражает постепенное изменение характеристик звезд, а штриховой участок — спонтанные переходы. Лента главной последовательности образуется как результат постепенного изменения параметров звезд. На рис. 17 диаграмма дополнена также планетной стадией развития небесных тел. Планетная стадия развития небесных тел выходит за пределы обычной диаграммы, так как планеты — не светящиеся тела. Эволюция Земли отражается самым нижним участком кривой, предваряющей главную последовательность для звезд.