چقدر از عمر خورشید مانده و پس از مرگ خورشید چه بر سر زمین می‌آید؟

راز بقا: ستارگان متولد می‌شوند، زندگی می‌کنند و می‌میرند. خورشید ما هم از این قاعده مستثنی نیست. وقتی که خورشید بخواهد از بین برود، حتما زمین را هم با خود خواهد برد. اما سیاره‌ی ما به همین سادگی‌ها هم از پا نخواهد نشست. وقتی که خورشید در پایان عمر خود به یک غول سرخ تبدیل می‌گردد، زمین را تبخیر خواهد کرد.

احتمالا شنیدن این داستان شما را مایوس کرده است، اما این را هم باید بدانید که تا موعد بیمه‌ی عمر خورشید هنوز خیلی مانده است، حداقل هفت الی هشت میلیارد سال؛ و این در حالی است که تنها چیزی در حدود ۴۰ هزار سال است که از فرگشت انسان امروزی می‌گذرد. در واقع اگر عمر زمین را به ۲۴ ساعت تشبیه کنیم، فقط یک ثانیه از عمر بشر امروزی می‌گذرد؛ و ما وقتی به زمان در مقیاس عمر ستارگان فکر میکنیم، آنچه که به عنوان طول عمر تجربه می‌کنیم را ناچیز به حساب می‌آوریم.

به هرحال وقتی خورشید رو به نابودی رود، چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ برای پاسخ دادن به این سوال لازم است که بدانیم خورشید چگونه و به کمک چه فرآیند‌هایی می‌درخشد.

زندگی ستارگان با انباشت عظیمی از هیدروژن کمی هلیم و مقادیر ناچیزی از دیگر عناصر شروع می‌شود. گاز‌ها جرم دارند، بنابراین اگر مقادیر عظیمی از آن در یک مکان جمع گردد شروع به فرورفتن در خود می‌کند؛ که فشار زیادی را در مرکز ستاره‌ی اولیه به وجود می‌آورد، و این به نوبه خود باعث گرمای بسیار زیادی در آن منطقه می‌شود، دما تا آنجا بالا می‌رود که الکترون‌ها از هسته‌ی اتم جدا شده، و اتم‌ها دارای بار الکتریکی یا به عبارتی یونیزه می‌شوند (که اصطلاحا به این حالت ماده پلاسما می‌گویند.) اتم‌های هیدروژن که هر کدام داری یک پروتون هستند، تحت فشار زیاد با یکدیگر جوش خورده و اتم هلیم را که از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده پدید می‌آورند. به این عمل همجوشی هسته‌ای گفته می‌شود که با تولید مقادیر زیادی نور و حرارت همراه می‌شود، این انرژی موجب فشار به سمت بیرون می‌شودکه مانع از بیشتر در خود فرورفتن گاز می‌گردد؛ و در نهایت مجموعه تمام این فرایند‌ها موجب تولد یک ستاره می‌شود.

میزان هیدروژنِ موجود در ستاره برای اینکه این فرآیند تا میلیارد‌ها سال دوام بیاورد کافی است. اما در نهایت تقریبا همه هیدروژن در مرکز خورشید به هلیم تبدیل می‌گردد؛ و از آن لحظه به بعد خورشید دیگر قادر نخواهد بود انرژی کافی برای نگه داشتن مواد تولید کند و به این ترتیب شروع به سقوط درون خود می‌کند.

این جرم برای ایجاد فشاری که بتواند موجب جوش خوردن هسته‌های هلیم گردد (همانطور که وقتی ستاره زنده بود هسته‌های هیدروژن به هم جوش می‌خوردند) کافی نیست. البته آن بخش از هیدروژن که از مرکز ستاره به سطح آن رفته است، هنوز هم به آرامی به همجوشی می‌پردازد و نور و گرما تولید می‌کند خورشید را در مراحل پایانی عمرش درخشان باقی می‌گذارد.

در این مرحله هسته‌های هلیوم شروع به فرو رفتن در خود می‌کنند. وقتی که این اتفاق می‌افتد مقادیری انرژی آزاد می‌شود، البته نه از طریق همجوشی. علت این امر، فشرده سازی است، در واقع در اثر فشرده شدن گاز دمای آن بالا می‌رود. این آزاد شدن انرژی آنقدر زیاد است که حتی خورشید را از قبل هم روشن‌تر می‌کند. پایانی سیاه، اما نورانی، خورشید را به غولی سرخ تبدیل می‌کند. غول‌های سرخ به این خاطر قرمز هستند که دمای سطح آن‌ها کمتر از دمای سطح ستاره‌های معمولی است، با این وجود آن‌ها بسیار بزرگتر از همتایان داغ خود هستند.

در مطالعه‌ای در سال ۲۰۰۸ که به دست ستاره شناسان، کلاوس پیتر شرودر و رابرت کانان صورت پذیرفت، برآورد شد که خورشید در پایان زندگی خود به حدی بزرگ می‌شود که لایه‌های خارجی آن به حدود ۱۷۰ میلیون کیلومتر می‌رسد و به این ترتیب سیاراتی همچون عطارد، زهره و زمین را در خود می‌بلعد و کل مجموعه تبدیل به غول سرخی خواهد شد که حدود ۵ میلیون سال تداوم خواهد یافت.

درخشندگی خورشید توسط یک عامل فیزیکی، هر یک میلیارد سال ۱۰ درصد افزایش می‌یابد و از طرفی منطقه قابل سکونت در منظومه شمسی که در آن آب می‌تواند مایع بماند، چیزی در حدود ۰.۹۵ تا ۱.۳۷ برابر شعاع مدار زمین است. با این محاسبات به مرور زمان با افزایش روشنایی خورشید منطقه قابل سکونت دائما از خورشید دور می‌شود. تا جایی که وقتی خورشید برای تبدیل شدن به غول سرخ آماده می‌شود، مریخ در منطقه قابل سکونت قرار می‌گیرد. در همین حال زمین در حال پخته شدن است و به حمامی از بخار تبدیل می‌گردد، به مرور آب اقیانوس‌ها تبخیر و ملکول‌های آن به عناصر ساده ترِ هیدروژن و اکسیژن شکسته می‌شود.

پس از شکسته شدن مولکول‌های آب، هیدروژن به فضا می‌گریزد، و اکسیژن آن با سنگ‌های سطح زمین واکنش نشان می‌دهد. نیتروژن و دی اکسید کربن احتمالا جو زمین را شکل می‌دهند (مانند جو حال حاضر ونوس)، البته این جو به شفافی سطح فعلی اش نخواهد بود، بلکه بسیار غلیظ‌تر از آن است. بخشی از این شرایط به این بستگی دارد که در آن زمان آتشفشان‌ها تا چه حد فعال خواهند بود و باد‌های تکنونیکی با چه سرعت و شدتی خواهند وزید. به هر حال می‌توانیم امیدوار باشیم که تا آن زمان نوادگان ما به مریخ یا حتی دور‌تر از منظومه شمسی نقل مکان کرده باشند.

دست آخر اما، حتی مریخ هم برای زندگی حیات قابل استفاده نخواهد بود. وقتی که خورشید به غول سرخ تبدیل می‌گردد، منطقه قابل سکونت به جایی بین ۴۹ تا ۷۰ واحد نجومی منتقل می‌شود. یعنی حتی نپتون هم داغ‌تر از حد تحمل حیات است و احتمالا پلوتو یا دیگر سیارات کوتوله، دنباله دار‌ها و سیارک‌های غنی از یخ در کمربند کوییپر دمایشان برای زندگی مناسب خواهد بود.

یکی دیگر از تاثیراتی که شرودر و اسمیت به آن پرداخته اند، به باد‌های خورشیدی مربوط می‌شود، این پدیده در واقع باعث گسترده‌تر شدن مدار سیارات و دور شدن آن‌ها از خورشید می‌گردد، البته این برای در امان ماندن زمین کافی نیست، ولی ممکن است نپتون را برای سکونت در فاصله مناسبی قرار دهد و به شرط زیر سازی‌های مناسب، بشر می‌تواند بر روی آن به ساختمان سازی بپردازد.

به هر حال بالاخره هیدروژن باقی مانده در هسته خارجی خورشید هم به پایان رسیده و خورشید یک بار دیگر در خود سقوط می‌کند، و به این صورت نوع دیگری از همجوشی کلید می‌خورد. برای حدود ۲ میلیارد سال در خورشید هسته‌های هلیم به هم جوش خورده و به کربن و اکسیژن تبدیل می‌شوند، البته این فرایند انرژِی کمتری نسبت به همجوشی هیدروژن تولید می‌کند. هنگامی که دیگر هلیمی برای تبدیل به عناصر سنگین‌تر باقی نماند، هیچ انرژی تابشی دیگری برای نگه داشتن خورشید در برابر جرم خود وجود نخواهد داشت و مواد تشکیل دهنده خورشید آنقدر فشرده می‌گردند که هسته اش تبدیل به یک کوتوله سفید کوچک می‌گردد. از طرفی لایه‌های بیرونی خورشید متورم شده و به مرور از هسته دور می‌شوند و در نهایت یک سحابی سیاره‌ای به وجود می‌آید.

از آنجا که کوتوله‌های سفید در اثر فشرده سازی (نه همجوشی) گرم می‌شوند، در ابتدا سطح آن تا دمای ۵۰،۰۰۰ درجه فارنهایت (تقریبا ۲۸،۰۰۰ درجه سانتیگراد) بالا می‌رود و موجب درخشان شدن گاز موجود در سحابی می‌گردد. به این ترتیب ستاره شناسان بیگانه میلیارد‌ها سال بعد در آینده می‌توانند چیزی شبیه به سحابی حلقه در صورت فلکی شلیاق را در محل فعلی منظومه شمسی رصد کنند.

ترجمه: امین میرزایی/ سایت بیگ بنگ

منبع: Livescience.com