پس از مرگ خورشید چه بر سر زمین می آید؟

خراسان/ ستارگان متولد می شوند، زندگی می کنند و می میرند. خورشید ما هم از این قائده مستثنی نیست. وقتی که خورشید بخواهد از بین برود، حتما زمین را هم با خود خواهد برد. اما سیاره ی ما به همین سادگی ها هم از پا نخواهد نشست. وقتی که خورشید در پایان عمر خود به یک غول سرخ تبدیل می گردد، زمین را تبخیر خواهد کرد.

تصویری از خورشید، در تاریخ ۱۳ آوریل ۲۰۱۶٫ با وجود اینکه ۴٫۵ میلیارد سال از عمر خورشید می گذرد اما این تازه نیمی از عمر آن محسوب می گردد.

احتمالا شنیدن این داستان شما را مایوس کرده است، اما این را هم باید بدانید که تا موعد بیمه ی 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 می گذرد. در واقع اگر عمر زمین را به ۲۴ ساعت تشبیه کنیم، فقط یک ثانیه از عمر بشر امروزی می گذرد. و ما وقتی به زمان در مقیاس عمر ستارگان فکر میکنیم، آنچه که به عنوان طول عمر تجربه می کنیم را ناچیز به حساب می آوریم.

به هرحال وقتی خورشید رو به نابودی رود، چه اتفاقی رخ می دهد؟ برای پاسخ دادن به این سوال لازم است که بدانیم خورشید چگونه و به کمک چه فرآیندهایی می درخشد. زندگی ستارگان با انباشت عظیمی از هیدروژن کمی هلیم و مقادیر ناچیزی از دیگر عناصر شروع می شود. گازها جرم دارند، بنابراین اگر مقادیر عظیمی از آن در یک مکان جمع گردد شروع به فرورفتن در خود می کند. که فشار زیادی را در مرکز ستاره ی اولیهبه وجود می آورد، و این به نوبه خود باعث گرمای بسیار زیادی در آن منطقه می شود، دما تا آنجا بالا می رود که الکترون ها از هسته ی اتم جدا شده، و اتم ها دارای بار الکتریکی یا به عبارتی یونیزه می شوند (که اصطلاحا به این حالت ماده پلاسما می گویند.) اتم های 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 می آورند. به این عمل همجوشی هسته ای گفته می شود که با تولید مقادیر زیادی نور و حرارت همراه می شود، این انرژی موجب فشار به سمت بیرون می شودکه مانع از بیشتر در خود فرورفتن گاز می گردد. و در نهایت مجموعه تمام این فرایند ها موجب تولد یک ستاره می شود.

میزان هیدروژنِ موجود در ستاره برای اینکه این فرآیند تا میلیارد ها سال دوام بیاورد کافی است. اما در نهایت تقریبا همه هیدروژن در مرکز خورشید به هلیم تبدیل می گردد. 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 می کند. این جرم برای ایجاد فشاری که بتواند موجب جوش خوردن هسته های هلیم گردد(همانطور که وقتی ستاره زنده بود هسته های هیدروژن به هم جوش می خوردند) کافی نیست. البته آن بخش از هیدروژن که از مرکز ستاره به سطح آن رفته است، هنوز هم به آرامی به همجوشی می پردازد و نور و گرما تولید می کند خورشید را در مراحل پایانی عمرش درخشان باقی می گذارد.

تصویری هنری از یک غول سرخ در حال گسترش که دارد یک سیاره غول پیکر را در خود می بلعد. خورشید ما نیز وقتی که به یک غول سرخ تبدیل می گردد، عطارد و ناهید و احتمالا زمین را در خود خواهد بعلید.

تصویری هنری از یک غول سرخ در حال گسترش که دارد یک سیاره غول پیکر را در خود می بلعد. خورشید ما نیز وقتی که به یک غول سرخ تبدیل می گردد، عطارد و ناهید و احتمالا زمین را در خود خواهد بعلید.

در این مرحله هسته های هلیوم شروع به فرو رفتن در خود می کنند. وقتی که این اتفاق می افتد مقادیری انرژی آزاد می شود، البته نه از طریق همجوشی. علت این امر، فشرده سازی است، در واقع در اثر فشرده شدن گاز دمای آن بالا می رود. این آزاد شدن انرژی آنقدر زیاد است که حتی خورشید را از قبل هم روشن تر می کند. پایانی سیاه اما نورانی، خورشید را به غولی سرخ تبدیل می کند. غول های سرخ به این خاطر قرمز هستند که دمای سطح آنها کمتر از دمای سطح ستاره های معمولی است، با این وجود آنها بسیار بزرگتر از همتایان داغ خود هستند.

در مطالعه ای 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 می شود که لایه های خارجی آن به حدود ۱۷۰ میلیون کیلومتر می رسد و به این ترتیب سیاراتی همچون عطارد، زهره و زمین را در خود می بلعد 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 می یابد و از طرفی منطقه قابل سکونت در منظومه شمسی که در آن آب می تواند 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 می شود. تا جایی که وقتی خورشید برای تبدیل شدن به غول سرخ آماده می شود، مریخ در منطقه قابل سکونت قرار می گیرد. در همین حال زمین در حال پخته شدن است و به حمامی از بخار تبدیل می گردد، به مرور آب اقیانوس ها تبخیر و ملکول های آن به عناصر ساده ترِ هیدروژن و اکسیژن شکسته می شود.

پس از شکسته شدن مولکول های آب، هیدروژن به فضا می گریزد، و اکسیژن آن با سنگ های سطح زمین واکنش نشان می دهد. نیتروژن و دی اکسید کربن احتمالا جو زمین را شکل می دهند (مانند جو حال حاضر ونوس)، البته این جو به شفافی سطح فعلی اش نخواهد بود، بلکه بسیار غلیظ تر از آن است. بخشی از این شرایط به این بستگی دارد که در آن زمان آتشفشان ها تا چه حد فعال خواهند بود و باد های تکنونیکی با چه سرعت و شدتی خواهند وزید. به هر حال می توانیم امیدوار باشیم که تا آن زمان نوادگان ما به مریخ یا حتی دور تر 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 می گردد، منطقه قابل سکونت به جایی بین ۴۹ تا ۷۰ واحد نجومی منتقل می شود. یعنی حتی نپتون هم داغ تر از حد تحمل حیات است و احتمالا پلوتو یا دیگر سیارات کوتوله، دنباله دارها و سیارک های 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 می شود، این پدیده در واقع باعث گسترده تر شدن مدار سیارات و دور شدن آن ها از خورشید می گردد، 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 سازی های مناسب، بشر می تواند بر روی آن به ساختمان سازی بپردازد.

مراحل پایانی مرگ ستاره ای که باعث وجود آمدن سحابی مجللی به نام NGC 6565 شده است.

به هر حال بالاخره هیدروژن باقی مانده در هسته خارجی خورشید هم به پایان رسیده و خورشید یک بار دیگر در خود سقوط می کند، و به این صورت نوع دیگری از همجوشی کلید می خورد. برای حدود ۲ میلیارد سال در خورشید هسته های هلیم به هم جوش خورده و به کربن و اکسیژن تبدیل می شوند، البته این فرایند انرژِی کمتری نسبت به همجوشی هیدروژن تولید می کند. هنگامی که دیگر هلیمی برای تبدیل به عناصر سنگین تر باقی نماند، هیچ انرژی تابشی دیگری برای نگه داشتن خورشید در برابر جرم خود وجود نخواهد داشت و مواد تشکیل دهنده خورشید آنقدر فشرده می گردند که هسته اش تبدیل به یک کوتوله سفید کوچک می گردد. از طرفی لایه های بیرونی خورشید متورم شده و به مرور از هسته دور می شوند و در نهایت یک سحابی سیاره ای به وجود می آید.

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