خورشید روزی زمین را خواهد بلعید؛ سرنوشت وحشتناک زمین در ۵ میلیارد سال آینده

راز بقا: خورشید حدود ۵ میلیارد سال دیگر سوخت هیدروژنی هسته خود را به پایان می‌رساند و وارد مرحله‌ای می‌شود که ستاره‌شناسان آن را «غول سرخ» می‌نامند. در این دوران، خورشید صدها برابر بزرگ‌تر از امروز خواهد شد و عطارد و زهره را در خود فرو خواهد برد؛ اما سرنوشت زمین کمی پیچیده‌تر است. حتی اگر زمین در نهایت از بلعیده‌شدن توسط خورشید جان سالم به در ببرد، حیات روی آن بسیار زودتر و احتمالاً حدود یک میلیارد سال دیگر با بحرانی جدی روبه‌رو خواهد شد: خورشید به‌تدریج درخشان‌تر می‌شود، اقیانوس‌ها شروع به از دست دادن آب می‌کنند و زمین سرانجام به جهانی خشک و غیرقابل‌سکونت تبدیل خواهد شد.

به گزارش راز بقا، اگر کسی از روی زمین به آسمان نگاه کند، خورشید را ستاره‌ای آرام و تقریباً تغییرناپذیر می‌بیند؛ گویی قرار است همیشه همین‌جا باشد، هر روز طلوع کند و هر شب ناپدید شود.

اما این تصویر فقط مربوط به مقیاس زمانی زندگی انسان است.

در مقیاس عمر یک ستاره، خورشید موجودی است که اکنون تقریباً در میانسالی خود قرار دارد. حدود ۴.۶ میلیارد سال از تولد آن گذشته و تقریباً همین مقدار زمان هم لازم است تا به پایان مرحله کنونی زندگی‌اش برسد. پس از آن، منظومه شمسی دیگر شبیه چیزی که امروز می‌شناسیم نخواهد بود.

خورشید ابتدا آرام‌آرام درخشان‌تر می‌شود، زمین را از منطقه مناسب برای حیات بیرون می‌راند و سرانجام، میلیاردها سال بعد، به یک غول سرخ عظیم تبدیل می‌شود؛ ستاره‌ای متورم که ممکن است زمین را نیز درون لایه‌های خود فرو ببرد.

اما داستان پایان زمین از جایی بسیار زودتر آغاز می‌شود.

خورشید چرا قرار است غول سرخ شود؟

خورشید اکنون در مرحله‌ای به نام رشته اصلی قرار دارد. در هسته آن، اتم‌های هیدروژن در فرایند همجوشی هسته‌ای به هلیوم تبدیل می‌شوند و بخشی از جرم در این فرایند به انرژی تبدیل می‌شود.

همین واکنش‌ها هستند که نور و گرمایی را تولید می‌کنند که زمین برای میلیاردها سال از آن بهره برده است.

اما ذخیره هیدروژن هسته خورشید نامحدود نیست. وقتی بخش عمده هیدروژن قابل استفاده در هسته مصرف شود، تعادل فعلی ستاره تغییر خواهد کرد. هسته خورشید منقبض و داغ‌تر می‌شود و همجوشی هیدروژن عمدتاً در پوسته‌ای پیرامون هسته ادامه پیدا می‌کند. همین تغییر ساختار باعث می‌شود لایه‌های بیرونی خورشید به‌شدت منبسط شوند.

خورشید وارد مرحله غول سرخ خواهد شد. ناسا برآورد می‌کند این تحول در حدود ۵ میلیارد سال آینده آغاز شود.

در آن زمان، خورشیدی که امروز در آسمان به شکل قرص نسبتاً کوچکی دیده می‌شود، ستاره‌ای عظیم و متورم خواهد بود.

خورشید چقدر بزرگ خواهد شد؟

اینجا یکی از جذاب‌ترین بخش‌های داستان است. خورشید در مرحله غول سرخ می‌تواند ده‌ها تا صدها برابر شعاع کنونی خود شود. برخی مدل‌های تکامل ستاره‌ای، شعاعی بسیار بزرگ‌تر از مدار فعلی زمین را برای خورشید در مراحل پایانی پیش‌بینی می‌کنند. ناسا نیز می‌گوید خورشید در مسیر تبدیل‌شدن به غول سرخ بیش از ۱۰۰ برابر اندازه فعلی خود خواهد شد.

عطارد در این سناریو شانسی نخواهد داشت.زهره هم احتمالاً سرنوشت مشابهی پیدا می‌کند. اما زمین در مرز یک مسئله بسیار پیچیده‌تر قرار دارد.

در نگاه اول شاید تصور کنیم اگر خورشید آن‌قدر بزرگ شود که مدار زمین را دربر بگیرد، کار تمام است. اما مدار سیاره‌ها نیز در طول این فرایند ثابت نمی‌ماند.

آیا زمین حتماً توسط خورشید بلعیده می‌شود؟

پاسخ دقیق این است: احتمالاً، اما نمی‌توان آن را به سادگی یک واقعیت قطعی با عدد «۵ میلیارد سال دیگر» بیان کرد.

علت این عدم قطعیت، خود خورشید است. خورشید در دوران پیری مقدار قابل‌توجهی از جرم خود را به شکل بادهای ستاره‌ای از دست خواهد داد. وقتی جرم خورشید کاهش پیدا کند، کشش گرانشی آن نیز کمتر می‌شود و مدار زمین می‌تواند به سمت بیرون گسترش پیدا کند.

یعنی هم‌زمان که خورشید به سمت زمین منبسط می‌شود، زمین نیز می‌تواند اندکی از خورشید دور شود.

اما این تنها نیروی مؤثر نیست. اگر زمین به لایه‌های بسیار رقیق خارجی خورشید نزدیک شود، نیروهای کشندی و اصطکاک ناشی از حرکت آن در گازهای خارجی ستاره می‌توانند انرژی مداری زمین را کاهش دهند. در نتیجه، زمین دوباره به سمت داخل کشیده خواهد شد.

این دقیقاً همان مسئله‌ای است که ستاره‌شناسان برای پیش‌بینی سرنوشت زمین باید در مدل‌های خود محاسبه کنند.

مطالعه معروف کلاوس-پیتر شرودر و رابرت کانن اسمیت در سال ۲۰۰۸ با استفاده از مدل‌های تکامل خورشید و در نظر گرفتن کاهش جرم خورشید و برهم‌کنش‌های مداری، به این نتیجه رسید که زمین با وجود دورشدن تدریجی از خورشید، در نهایت نمی‌تواند از مرحله اوج غول سرخ جان سالم به در ببرد و بلعیده خواهد شد. در مدل آنها، نزدیک‌ترین برخورد زمین با فوتوسفر خورشید در مرحله اوج شاخه غول سرخ رخ می‌دهد.

اما همین مقاله نشان می‌دهد که زمان‌بندی ساده «۵ میلیارد سال دیگر» هم چندان دقیق نیست. در مدل آنها، مرحله بحرانی اوج غول سرخ میلیاردها سال پس از آغاز این تحول رخ می‌دهد و تکامل دقیق جرم و شعاع خورشید نقش مهمی دارد.

بنابراین بهتر است بگوییم: خورشید حدود ۵ میلیارد سال دیگر وارد مرحله غول سرخ می‌شود و زمین احتمالاً در مراحل بعدی این تحول نابود یا بلعیده خواهد شد.

این تفاوت کوچک در بیان، از نظر علمی بسیار مهم است.

اما زمین خیلی زودتر از آن می‌میرد

اگر تصور کرده‌اید باید حدود ۵ میلیارد سال منتظر بمانیم تا زمین دیگر قابل سکونت نباشد، یک خبر بدتر وجود دارد.

حیات روی زمین احتمالاً بسیار زودتر از رسیدن خورشید به مرحله غول سرخ با مشکل جدی مواجه خواهد شد.

خورشید حتی در مرحله فعلی نیز کاملاً ثابت نیست.

در طول عمر خود، به‌تدریج درخشان‌تر شده است. برآوردهای نجومی نشان می‌دهند در مقیاس میلیاردها سال، افزایش درخشندگی خورشید اثر بسیار مهمی بر اقلیم زمین خواهد داشت.

این افزایش شاید در مقیاس یک نسل یا حتی یک میلیون سال محسوس نباشد، اما در مقیاس یک میلیارد سال می‌تواند سرنوشت سیاره را تغییر دهد.

اولین قربانی: اقیانوس‌ها

یکی از مهم‌ترین نگرانی‌ها، افزایش دمای زمین و تغییر چرخه آب است.

هرچه خورشید درخشان‌تر شود، انرژی بیشتری به زمین می‌رسد. دمای سطح افزایش می‌یابد و تبخیر آب بیشتر می‌شود.

بخار آب خودش یک گاز گلخانه‌ای بسیار مؤثر است.

بنابراین با افزایش بخار آب در جو، گرمایش می‌تواند تقویت شود؛ چرخه‌ای که در نهایت زمین را به سمت وضعیت موسوم به گلخانه مرطوب یا Moist Greenhouse سوق می‌دهد.

در چنین شرایطی، مقدار بیشتری از بخار آب می‌تواند به لایه‌های بالایی جو برسد. تابش فرابنفش خورشید مولکول‌های آب را می‌شکند و هیدروژن سبک می‌تواند به‌تدریج از جو زمین فرار کند.

به این ترتیب، زمین نه فقط گرم‌تر، بلکه در مقیاس بسیار طولانی آب خود را نیز از دست خواهد داد.

مطالعه‌ای درباره سرنوشت اقیانوس‌های زمین نشان داده است که افزایش درخشندگی خورشید در آینده عامل اصلی خشک‌شدن نهایی سطح زمین خواهد بود، نه صرفاً فرایندهای زمین‌شناختی مانند فرو رفتن آب در گوشته.

یک میلیارد سال دیگر چه اتفاقی می‌افتد؟

اینجا باید با احتیاط صحبت کرد، زیرا «پایان حیات» یک عدد دقیق و قطعی ندارد.

مدل‌های مختلف، زمان‌های متفاوتی برای از دست رفتن شرایط مناسب حیات ارائه می‌کنند.

برخی پژوهش‌ها حدود یک میلیارد سال آینده را برای آغاز تغییرات بسیار شدید در چرخه آب و زیست‌پذیری سطح زمین مطرح کرده‌اند. مطالعه‌ای در سال ۲۰۰۸ نیز نشان داد زمین احتمالاً حدود یک میلیارد سال دیگر، در نتیجه افزایش شار خورشیدی، وارد شرایطی می‌شود که اقیانوس‌ها شروع به تبخیر گسترده می‌کنند.

از سوی دیگر، یک مطالعه در International Journal of Astrobiology با مقایسه مدل‌های مختلف اقلیمی، حدود ۱.۶ میلیارد سال را به‌عنوان یک برآورد محافظه‌کارانه برای طول عمر زیست‌کره مطرح کرده و تأکید کرده است که تعیین یک زمان واحد و قطعی برای پایان حیات ممکن نیست.

این تفاوت‌ها یک نکته مهم را نشان می‌دهد: خورشید فردا یا حتی چند میلیون سال دیگر زمین را نابود نمی‌کند؛ اما در مقیاس میلیارد سال، افزایش آرام درخشندگی آن می‌تواند سیاره‌ای کاملاً متفاوت بسازد.

گیاهان ممکن است حتی زودتر با مشکل مواجه شوند

ماجرا فقط آب نیست. افزایش دما و تغییر چرخه‌های شیمیایی زمین می‌تواند بر میزان دی‌اکسیدکربن موجود در جو نیز اثر بگذارد.

چرخه کربن-سیلیکات، که یکی از مکانیسم‌های مهم تنظیم بلندمدت اقلیم زمین است، با افزایش دما تغییر می‌کند. برخی مدل‌ها نشان می‌دهند در حدود یک میلیارد سال آینده، کاهش CO₂ می‌تواند برای بسیاری از گیاهان فتوسنتزکننده به یک محدودیت جدی تبدیل شود.

این یعنی ممکن است حیات پیچیده، بسیار پیش از آنکه زمین به یک گلوله کاملاً خشک تبدیل شود، به‌شدت آسیب ببیند.

و وقتی تولیدکنندگان اولیه مانند گیاهان و جلبک‌ها ضربه بخورند، زنجیره‌های غذایی نیز یکی پس از دیگری تحت تأثیر قرار می‌گیرند.

البته این هم به معنای یک «تاریخ انقراض دقیق» نیست؛ زیرا واکنش زیست‌کره، ابرها، چرخه کربن، اقیانوس‌ها و سازگاری موجودات زنده در مدل‌های مختلف متفاوت است.

زمین در آن زمان چه شکلی خواهد داشت؟

اگر انسان یا تمدن دیگری بتواند تا آن زمان دوام بیاورد، زمین دیگر شباهتی به سیاره امروز نخواهد داشت. آسمان، اقیانوس‌ها، پوشش گیاهی و چرخه‌های زیستی فعلی ممکن است برای همیشه از بین رفته باشند.

زمین می‌تواند به جهانی بسیار گرم، خشک و فاقد زیست‌کره پیچیده تبدیل شود؛ سیاره‌ای که زمانی اقیانوس‌های گسترده، جنگل‌ها و میلیون‌ها گونه در آن زندگی می‌کردند.

و در حالی که زمین در حال از دست دادن آب و حیات است، منطقه قابل‌سکونت منظومه شمسی نیز همراه با افزایش درخشندگی خورشید به سمت بیرون مهاجرت خواهد کرد.

این یکی از عجیب‌ترین اتفاقات آینده منظومه شمسی است: منطقه‌ای که دمای مناسب برای آب مایع دارد، دیگر اطراف مدار زمین نخواهد بود.

و سپس خورشید واقعاً به یک هیولا تبدیل می‌شود

چند میلیارد سال بعد، خورشید از مرحله کنونی خود خارج شده است. لایه‌های بیرونی آن به‌شدت متورم شده‌اند و ستاره به یک غول سرخ تبدیل شده است. در این مرحله، عطارد و زهره در معرض نابودی قرار می‌گیرند و مدل‌های مختلف سرنوشت زمین را بررسی می‌کنند.

اگر زمین در نهایت به درون خورشید کشیده شود، دیگر چیزی از سیاره آبی امروز باقی نخواهد ماند. اما پایان خورشید هم در همان‌جا نیست.

خورشید پس از گذراندن مراحل غول سرخ، لایه‌های بیرونی خود را به فضا پس خواهد زد و هسته داغ باقی‌مانده‌اش به یک کوتوله سفید تبدیل خواهد شد؛ جرمی تقریباً هم‌اندازه زمین اما با چگالی فوق‌العاده زیاد.

در آن زمان، اگر زمین وجود نداشته باشد، یکی از آخرین نشانه‌های حیات آن تنها می‌تواند در مواد پراکنده‌شده در فضای میان‌ستاره‌ای باقی مانده باشد.

خورشید می‌میرد، اما منظومه شمسی لزوماً تمام نمی‌شود

نکته جالب این است که تبدیل خورشید به کوتوله سفید به معنای نابودی همه منظومه شمسی نیست. سیارات دورتر، به‌ویژه غول‌های گازی، ممکن است بتوانند از مراحل مرگ خورشید جان سالم به در ببرند؛ زیرا با از دست دادن جرم خورشید، مدار آنها نیز می‌تواند گسترده‌تر شود.

مشاهدات جدید از منظومه‌های دارای کوتوله‌های سفید نیز به ستاره‌شناسان کمک می‌کند بفهمند سیارات چگونه می‌توانند در اطراف بقایای ستاره‌های مرده باقی بمانند. ناسا در گزارش‌های جدید خود نیز تأکید کرده است که سرنوشت عطارد، زهره و احتمالاً زمین بسیار متفاوت از سیارات دورتر خواهد بود.

در واقع، ستاره‌شناسان با مشاهده منظومه‌های دیگر، نوعی نگاه به آینده منظومه شمسی پیدا کرده‌اند.

ما نمی‌توانیم پنج میلیارد سال صبر کنیم تا ببینیم خورشید چه خواهد کرد؛ بنابراین به ستاره‌های دیگری نگاه می‌کنیم که مراحل مشابهی را همین حالا طی می‌کنند.

یک پایان بسیار دور، برای سیاره‌ای که امروز زنده است

در نهایت، خبر «خورشید ۵ میلیارد سال دیگر زمین را می‌بلعد» اگرچه تیتر جذابی است، اما تمام داستان نیست. واقعیت بسیار پیچیده‌تر و از نظر زمانی عجیب‌تر است.

خورشید حدود ۵ میلیارد سال دیگر وارد مرحله غول سرخ می‌شود؛ اما زمین احتمالاً خیلی پیش از آن، در اثر افزایش تدریجی انرژی دریافتی از خورشید، بخش بزرگی از آب و زیست‌پذیری خود را از دست خواهد داد.

و حتی زمان دقیق نابودی زمین نیز به مدل تکامل خورشید، میزان جرم ازدست‌رفته، تغییر مدار زمین و اثرات کشندی وابسته است.

در یکی از مدل‌های دقیق بررسی سرنوشت خورشید و زمین، زمین با وجود دورشدن تدریجی از خورشید در اثر کاهش جرم ستاره، در نهایت نمی‌تواند از مرحله اوج غول سرخ فرار کند.

پس پایان زمین احتمالاً یک انفجار ناگهانی نخواهد بود.

این پایان، بسیار آرام‌تر و در عین حال هولناک‌تر است:

خورشید کمی درخشان‌تر می‌شود؛
زمین کمی گرم‌تر می‌شود؛
چرخه آب تغییر می‌کند؛
اقیانوس‌ها عقب می‌نشینند؛
زیست‌کره کوچک‌تر می‌شود؛
و میلیاردها سال بعد، ستاره‌ای که روزی سرچشمه حیات روی زمین بود، به مرحله‌ای می‌رسد که خود سیاره را نیز ممکن است در آغوش آتشین خود فرو ببرد.

برای ما، خورشید تقریباً ابدی به نظر می‌رسد؛ اما در مقیاس کیهانی، حتی ستاره‌ها هم تاریخ تولد و تاریخ مرگ دارند.

منابع:

• NASA Science — Types of Stars
• NASA Science — NASA’s Webb Studies How Planet Survived Death of Its Star
• Schröder, K.-P. & Smith, R. C. (2008) — Distant future of the Sun and Earth revisited, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
• Bounama, C., Franck, S. & von Bloh, W. (2001) — The fate of Earth’s ocean, Hydrology and Earth System Sciences
• Franck, S., Bounama, C. & von Bloh, W. — Causes and timing of future biosphere extinction, International Journal of Astrobiology
• O’Malley-James, J. T. & Kaltenegger, L. (2019) — The End of Life on Earth Is Not the End of the World: Converging to an Estimate of Life Span of the Biosphere, International Journal of Astrobiology
• NASA Goddard Space Flight Center — Sun Facts / The Future of the Sun
• University of Warwick / Royal Astronomical Society — research on the future evolution of the Sun and fate of the planets.