خورشید درحال بزرگ شدن است

حرارت داخل زمین ،به خاطر شکافت اورانیوم 238 ایجاد می‌شود که نیمه عمر آن 4.5 میلیارد سال است.

این یعنی مواد داخلی زمین هم‌اکنون حدود نیمی از میزان اولیه، گرما تولید می‌کنند. با سرد شدن مواد داخلی، فرایندهای نوسازی زمین شناسی به‌تدریج متوقف می‌شود و سیاره به دوران پیری و سالخوردگی وارد می‌شود.

آتشفشان‌ها فوران می‌کنند و قاره‌ها به تدریج به شکل و ساختار نهایی خود می‌رسند و سال سطح آب اقیانوس‌ها کمی پایین می‌رود، چون پوسته زمین به طور ثابت در حال خنک‌شدن است و این آب را جذب می‌کند.

با این حال خنک‌شدن زمین، با خنک‌شدن سطح زمین همراه نیست.خورشید که همواره از زمان تولدش درخشان‌تر می‌شود، به بلایی سوزان برای حیات زمین تبدیل خواهد شد.

ورشید مانند بیشتر ستاره‌ها در وضعیت پایداری بین کشش جاذبه به داخل از یک سو و فشار حاصل از گرمای گداخت هسته‌ای به خارج از سوی دیگر قرار دارد. این یک تعادل خود تنظیم است.

کمی منقبض‌شدن خورشید باعث افزایش چگالی و دمای مرکزی آن می‌شود و واکنش‌های هسته‌ای را سریع‌تر می‌کند که گرمای اضافی آن سبب منبسط‌شدن خورشید می‌شود.

انبساط هم قسمت‌های داخلی را کمی خنک و تولید انرژی هسته‌ای را کند می‌کند و سبب انقباض مجدد می‌شود و خورشید در حال تعادل باقی می‌ماند. اما بعد از صدها میلیون سال این تعادل کمی به‌هم می‌خورد.

گداخت هسته‌ای و تبدیل هیدروژن به هلیم، مقدار هیدروژن در هسته خورشید را کم می‌کند. هلیم خنثی است، پس هسته باید کوچک‌تر و گرم‌تر شود تا همجوشی ادامه یابد.

خورشید با گذشت 4.5 میلیارد سال از تولدش، اندکی کمتر از نیمی از هیدروژن اولیه خود را سوزانده و هسته آن واقعاً سرشار از هلیم شده‌است. به‌این ترتیب خورشید وارد دنباله‌ای از اتفاقات پیچیده می‌شود که هیچ‌کدام، پدیده خوشی برای زمین نیست.

با چگال‌تر شدن هسته، دمای مرکزی خورشید بالا می‌رود تا هیدروژن سریع‌تر بسوزد. برای همین است که خورشید از زمان تولدش 30درصد درخشان‌تر شده و در 1.2 میلیارد سال آینده کمی بزرگ‌تر شده و 10درصد دیگر هم درخشان‌تر می‌شود.

پدیده گلخانه‌ای

با نگاهی بلندمدت می‌بینیم که زمین که بسیار گرم‌تر شده ممکن است واقعاً نعمتی برای زندگی باشد و زندگی در گلخانه رونق می‌گیرد. اما سرانجام دمای سرنوشت‌ساز (دمای جوش آب) فراخواهد رسید.

مدل‌های آب‌وهوایی نشان می‌دهد که زمین در 1.2 میلیارد سال آینده به وضعیت گلخانه مرطوب خواهد رسید. این از هر آنچه که ما با رها‌کردن دی‌اکسید کربن در جو می‌توانیم انجام دهیم، بسیار ویرانگرتر خواهد بود، چون بخار آب در صورت وجود به اندازه کافی، خود یک گاز گلخانه‌ای قوی است.

در دوران گلخانه مرطوب، تبخیر آب اقیانوس‌ها در اثر دماهای بسیار بالا به شدت زیاد می‌شود و بخار آب بیشتری وارد جو می‌شود.

در نتیجه حتی به دماهای بالاتری می‌رسیم و این روند ادامه دارد تا این‌که اقیانوسها به کلی تبخیر و خشک شود. انتظار داریم زمین در مدت کوتاهی پس از یک میلیارد سال به یک بیابان برهوت و برشته تبدیل شود. سخت است تصور کنیم که حیات چند سلولی‌ها چگونه ادامه خواهد یافت.

مدل‌سازی‌های انجام شده توسط جیمز کستینگ از دانشگاه پنسیلوانیا نشان می‌دهد که گلخانه خشک، تقریباً 3 میلیارد سال آینده در زمین اتفاق خواهد افتاد، 2میلیارد سال پس از آنکه آخرین قطره آب مایع هم تبخیر شد.

دما در آن زمان دوباره بالا خواهد رفت و به دمای ذوب کننده 400 درجه سانتیگراد خواهد رسید. خورشید در آن زمان 40درصد درخشان‌تر از حال حاضر خواهد بود و چند میلیارد سال دیگر برای سوزاندن هیدروژن درپیش‌رو خواهد داشت.

به‌تعویق انداختن واقعه‌ای اجتناب ناپذیر

من و فرد آدامز از دانشگاه میشیگان و دان کریکانسکی از دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکروز در سال 2000 به صورت گروهی طرحی را آماده کردیم تا دمای مطلوب فعلی زمین را در برابر گرمای افزاینده خورشید در چند میلیارد سال آینده، تثبیت کنیم. کلید این طرح، زمان بسیار طولانی است که در پیش‌رو داریم.

ما نشان دادیم که تنها با مصرف کمی انرژی در هزاران یا میلیون‌ها سال می‌توان جرم بزرگتری از کمربند سیارکی یا کوییپر را به گونه‌ای مانور داد که پی‌درپی گذرهای نزدیکی از زمین و مشتری داشته باشد، به گونه ای که بخشی از انرژی عظیم مداری مشتری را به زمین منتقل کند.

چنین گذری در هر 10هزار سال کافی است تا مدار زمین را با سرعت کافی به سمت خارج حرکت داد تا با درخشندگی افزاینده خورشید مقابله کند.

اگرچه فناوری لازم برای شروع چنین طرحی تقریباً موجود است، اما برنامه‌ریزی بلندمدت و ثبات انسانی باید به‌اندازه زیادی، در ابعاد مختلف رشد کند.

مشکل فقط این نیست که یک اشتباه کوچک محاسباتی می‌تواند باعث بروز برخورد یک سیارک به زمین شود.پس از چاپ نتایج این کار، رسانه‌ها کاملاً به اشتباه گزارش دادند که این طرح می‌تواند در کوتاه مدت، گرم‌شدن جهانی زمین توسط انسان‌ها را به‌تأخیر اندازد.

چنین گزارش‌هایی منجر به نوشته‌های روزنامه‌ها، میزگردهای بی‌معنی تلویزیونی و سیل فراگیر نامه‌ها و تماس‌های خشمگینانه شد. 10 میلیون سال زمان خوبی‌است تا قبل از شروع صبر کنیم.

مسئله اصلی که باید در نظر بگیریم آن است که آیا تمدن دراین مدت دوام خواهد آورد؟
اما تحول خورشید بدون درنظر گرفتن آنچه آیندگان ما انجام خواهند داد، سرعت خواهد گرفت.

مدل‌های کامپیوتری و رصدهای دقیق از ستاره‌های شبیه خورشید نشان می‌دهد که سوختن هیدروژن از هسته خورشید به سمت پوسته خارجی پیش خواهد رفت و این انتقال سریع‌تر و سریع‌تر خواهد شد. تولید انرژی به طرز شگرفی افزایش خواهد یافت و باعث بزرگ‌شدن لایه‌های خارجی خورشید خواهد شد.

مدل‌ها نشان می‌دهد که خورشید در 6.36 میلیارد سال بعد، 2.2 برابر درخشنده‌تر از وضعیت فعلی خواهد بود و مریخ به اندازه الان زمین، گرما دریافت می‌کند. اما جاذبه مریخ آن‌قدر کم است که نمی‌تواند جو گرم قابل ملاحظه‌ای را نگه دارد تا آن‌را به یک منطقه قابل سکونت تبدیل کند.

درخشندگی خورشید در 730 میلیون سال بعدی، 2.7 برابر و اندازه آن 2.3 برابر الان می‌شود. منظومه شمسی در آن زمان به‌واقع غیرقابل سکونت می‌شود.

ناهید و زمین دوقلوهای سولفوری می‌شوند و مریخ به یک بیابان سوزان تبدیل می‌شود. اقمار مشتری همچنان یخ‌زده هستند، اما ذوب‌شدن آنها نزدیک است. خورشید پس از 590 میلیون سال به یک غول سرخ تبدیل می‌شود و مراحل بعدی بسیار شدیدتر از هر آنچه تا کنون بوده می‌شود.

غول سرخ

شما می‌توانید یک مدل مقایسه‌ای از زمین و خورشید درست کنید. یک دانه شن را دریک دست و یک سکه ده سنتی (قطر 17.9، ضخامت 1.35میلیمتر و حجم 339.7 میلیمتر مکعب) را در دست دیگر گرفته و تا جایی که می توانید آنها را دور از هم بگیرید.

همان‌طور که خورشید به یک غول سرخ تبدیل می‌شود، سکه ده سنتی را ابتدا با یک سکه 25 سنتی (قطر 24.3 ، ضخامت 1.75 میلیمتر و حجم 811.6 میلیمتر مکعب) و پس از آن با یک گریپ فروت جایگزین کنید.

اقمار گالیله‌ای مشتری (اروپا، گانیمد، کالیستو و یو) در آن زمان یک جو ضخیم از بخار آب می‌سازند و وارد دوره گلخانه مرطوب می‌شوند. سپس آب آنها فتولیز شده و به فضا می‌رود.

 تایتان بزرگترین قمر کیوان، به‌خوبی گرم می‌شود. کریس مک‌کی، از مرکز تحقیقات آمس ناسا و همکارانش دوره‌ای چند صد میلیون ساله شناسایی کرده‌اند که اقیانوس‌های آمونیاک مایع در سطح تایتان به پایداری می‌رسند.

واکنش‌های شیمیایی پیچیده در بین مولکول‌های ارگانیک آنها انجام خواهد شد و احتمالاً سبب ایجاد شکل جدیدی از زندگی، البته نه برای مدتی خیلی طولانی خواهد شد.

و زمین؟ سؤال این است که آیا این سیاره اصلاً باقی خواهد ماند؟ در مدل مقایسه‌ای ما، خورشید از گریپ فروت به توپ بسکتبال و سپس به توپ بزرگ بازی ساحلی تبدیل می شود و سرانجام سیاره تیر را خواهد بلعید.

اما چون درخشندگی آن صدها برابر می‌شود و جاذبه سطحی آن به‌علت افزایش قطرش کم می‌شود، باد قدرتمندی از خورشید شروع به وزیدن می کند که سرانجام نزدیک به یک چهارم از جرم خورشید را با خود به خارج می‌برد.

در نتیجه خورشید یک چهارم از نیروی گرانش خود را از دست می‌دهد. بنابراین مدار سیارات به سمت خارج منتقل می‌شود.

همچنان‌که خورشید به اوج تبدیل به غول سرخ نزدیک می‌شود، بیش از 200 برابر اندازه کنونی خود می‌شود و به‌راحتی مدار فعلی ناهید و تقریباً مدار فعلی زمین را در بر می‌گیرد.

اما ناهید در آن زمان احتمالاً به جای کنونی زمین رسیده و زمین نزدیک به مدار فعلی مریخ است. بنابراین در نگاه اول به‌نظر می‌رسد که زمین فرار می‌کند.

به تازگی کاسپر ریبکی از مؤسسه ژئوفیزیک آکادمی علوم لهستان و کارلوس دنیس از دانشگاه لژ بلژیک مطالعات دقیق‌تری در مورد اثرات غول سرخ خورشید بر منظومه شمسی انجام داده‌اند. آنها به یک نتیجه گیری مهم دست یافته اند: نیروهای کشندی (جذرومد) نقش مهم و حساسی در سرنوشت زمین دارند. همچنان‌که خورشید بزرگ‌تر می‌شود، گرانش زمین سبب ایجاد برآمدگی کشندی خیلی کوچکی در سطح خورشیدی می‌شود.

اصطکاک سبب می‌شود تا این برآمدگی اندکی تأخیر در حرکت ایجاد کند. این تأخیر به نوبه خود کشش گرانشی دائمی به سیاره وارد می‌کند و سبب می‌شود تا زمین به آهستگی به سمت داخل حرکت مارپیچی کند.

این حرکت مشابه وضعیتی است که برای ماه رخ می‌دهد که در آن اثر کشندی ماه بر زمین باعث می‌شود ماه به سمت خارج حرکت کرده و از زمین دور شود، با این تفاوت که در اینجا برعکس اتفاق می‌افتد، زیرا سرعت گردش خورشید آهسته‌تر از سرعت گردش ما به دور خورشید است نه سریع‌تر از آن. با در نظر داشتن همه احتمالات، هنوز مشخص نیست که آیا زمین از بلعیده شدن توسط غول سرخ فرار خواهد کرد یا نه.

مرحله اول غول سرخ زمانی پایان خواهد یافت که دمای هسته به 100 میلیون درجه سانتیگراد می‌رسد و هلیم شروع به گداخت به کربن می‌کند که منبع جدید تازه‌ای از انرژی است. خورشید در پاسخ به این انرژی جدید زیاد به میزان زیادی کوچک شده و درخشندگی کلی آن حدود 100 برابر کاهش می یابد.

خورشید هلیم را برای چند صد میلیون سال با آهنگ ثابت مصرف می‌کند و منظومه خورشیدی برای مدتی از زنجیره بلایا خلاصی می‌یابد. اگر زمین سالم باشد (با هزینه‌ای اندک، این احتمال به 75  می رسد) احتمالاً به صورت صخره‌ای از سیلیکات جوش خورده‌است که به طور مستقیم با خلأ در تماس است و دمای ظهر آن به 600 درجه سانتیگراد می‌رسد. هر نشانه‌ای که در سیاره ما وجود داشته، مدت‌هاست ذوب و دوباره کریستال شده‌اند و به‌فراموشی سپرده شده‌اند.

درکشاکش مرگ

خورشید در نزدیکی به پایان رسیدن هلیم خود به یک کوتوله سفید با هسته‌ای از کربن و هیدروژن تبدیل می‌شود. در این زمان لایه‌های خارجی خورشید دوباره بزرگ و سرد می‌شوند و خورشید برای دومین بار به یک غول سرخ مبدل می‌شود.

ستاره‌شناسان به این دومین غول سرخ، «شاخه مجانب» می‌گویند. خورشید یک‌بار دیگر به تهدیدی جدی برای فیزیک زمین تبدیل می‌شود.

غول سرخ، طی مرحله دوم چندین دوره خروج عظیم انرژی را تجربه می‌کند. هلیم شعله‌ور می‌شود که منجر به ارتعاش و تپشی با دوره 10هزار سال خواهد شد. کاملاً محتمل است که زمین پیش از آنکه فرصتی برای حرکت مارپیچ به بیرون از خرابی کلی داشته باشد، مختصری توسط خورشید دربر گرفته شود.

سپس 100 میلیون سال پس از شروع مرحله دوم غول سرخ، خورشید لایه‌های بزرگ خارجی خود را به‌طور کامل بیرون می‌ریزد تا یک سحابی سیاره‌ای، شاید مشابه آنچه در تصویر نشان داده شده تشکیل دهد که یک کوتوله سفید کوچک، اما گرم و درخشان باقی می‌گذارد و دوباره تهدید دیگری از راه می رسد.

ما دریافته‌ایم که ازدست‌دادن جرم توسط خورشید برای حیات فیزیکی زمین ضروری است. اما اگر خورشید بیش از حد مورد انتظار جرم از دست دهد، مشتری و زحل به صورتی خطرناک برهم کنش گرانشی خواهند داشت.

آنها یکدیگر را تحریک کرده و حرکتی طولانی و دیوانه وار در حلقه‌های بیضوی انجام می‌دهند که مابقی منظومه شمسی را ویران خواهد کرد.

اجرام منظومه شمسی یا به فضای بین ستاره‌ای پرتاب شده یا به سمت خورشید سقوط می‌کنند. بقایای مشابهی از منظومه‌های خورشیدی ویران‌شده در دو و شاید 40 کوتوله سفید مشاهده شده‌اند، از جمله یکی که از دست دادن جرم آن موجب ایجاد سحابی مارپیچ شده است.

تبدیل خورشید به کوتوله سفید پایان نقش خورشید در داستان ما است. سیارات به‌جا مانده، شاید شامل بقایای سوخته و گداخته زمین و ناهید به صورت پایدار برای صدها میلیارد سال به دور کوتوله سفید می‌چرخند در حالی‌که سرمای آنها و خورشید به سمت صفر مطلق میل می‌کند. آنها منتظر مجموعه‌ای عجیب از بلایای کیهانی هستند.

همچنانکه خورشید کوتوله سفید، به تدریج رو به سیاهی می‌رود، درخشانی شب نیز کم خواهد شد. جهان در حال ورود به عصر انبساط سریع است که طی چند صد میلیارد سال همه کهکشان‌ها را به جز آنهایی که در گرانش با گروه محلی ما هستند به ورای افق علّی ما می‌برد. راه‌شیری نیز با کهکشان آندرومدا ادغام شده و یک کهکشان مارپیچ را تشکیل داده است.

می توانیم انتظار داشته باشیم که طی حدود 100 تریلیون سال بقایای تصادفی یک کوتوله سفید به اندازه کافی از نزدیکی زمین عبور می‌کند که زمین را از مدارش خارج کرده و آن‌را در کهکشان اکنون تاریک، رها کند تا آنجا نیز به تنهایی برای هزارتریلیون سال دیگر پرسه زند.

مجله Sky & Telescope
ژوئن 2007