منذ بداية التاريخ البشري ، فهم الناس أن الشمس جزء أساسي من الحياة كما نعرفها. من الأهمية بمكان وجود عدد لا يحصى من الأنظمة الأسطورية والكونية في جميع أنحاء العالم شهادة على ذلك. ولكن مع نضوج فهمنا لها ، توصلنا إلى معرفة أن الشمس كانت هنا قبلنا بوقت طويل ، وستكون هنا بعد وقت طويل من رحيلنا. بعد أن تكونت منذ ما يقرب من 4.6 سبائك قبل سنوات ، بدأت شمسنا حياتها قبل حوالي 40 مليون سنة من تشكل الأرض.
منذ ذلك الحين ، كانت الشمس في ما يعرف باسم تسلسلها الرئيسي ، حيث يؤدي الاندماج النووي في جوهرها إلى انبعاث الطاقة والضوء ، مما يبقينا هنا على الأرض متغذيين. سيستمر هذا 4.5 - 5.5 مليار سنة أخرى ، وعندها سوف يستنفد إمداداته من الهيدروجين والهيليوم ويمر ببعض التغييرات الخطيرة. على افتراض أن البشرية لا تزال على قيد الحياة وتدعو الأرض إلى المنزل في هذا الوقت ، فقد نرغب في التفكير في الخروج من الطريق!
ولادة شمسنا:
تُعرف النظرية السائدة حول كيفية تشكل نظامنا الشمسي والشمسي باسم نظرية السديم ، والتي تنص على أن الشمس وجميع الكواكب بدأت قبل مليارات السنين كغيمة عملاقة للغاز الجزيئي والغبار. ثم ، قبل 4.57 مليار سنة تقريبًا ، تعرضت هذه السحابة لانهيار الجاذبية في مركزها ، حيث أدى أي شيء من نجم عابر إلى موجة صدمة ناتجة عن مستعر أعظم إلى بدء العملية التي أدت إلى ولادة شمسنا.
بشكل أساسي ، حدث هذا بعد أن بدأت جيوب الغبار والغاز تتجمع في مناطق أكثر كثافة. عندما سحبت هذه المناطق المزيد والمزيد من المواد ، تسبب الحفاظ على الزخم في بدء الدوران ، بينما تسبب الضغط المتزايد في تسخينها. انتهت معظم المواد في كرة في المركز بينما تم تسوية بقية المادة إلى قرص كبير يدور حولها.
ستشكل الكرة في المركز الشمس في النهاية ، بينما سيشكل قرص المادة الكواكب. ثم أمضت الشمس المائة ألف عام التالية كبروتوستار منهار قبل درجة الحرارة والضغوط في الداخل أشعلت الاندماج في جوهرها. بدأت الشمس كنجم T Tauri - نجم نشط بوحشية أطلق رياح شمسية شديدة. وبعد بضعة ملايين من السنين ، استقرت في شكلها الحالي.
التسلسل الرئيسي:
على مدى 4.57 مليار سنة ماضية (تعطي أو تستغرق يومًا أو يومين) ، كانت الشمس في التسلسل الرئيسي لحياتها. يتميز هذا بالعملية حيث يتم تحويل وقود الهيدروجين ، تحت ضغط هائل ودرجات الحرارة في قلبه ، إلى الهيليوم. بالإضافة إلى تغيير خصائص المادة المكونة لها ، تنتج هذه العملية أيضًا كمية هائلة من الطاقة. في كل ثانية ، يتم تحويل 600 مليون طن من المادة إلى نيوترينوات وإشعاع شمسي وتقريبًا 4 × 1027 واط الطاقة.
بطبيعة الحال ، لا يمكن لهذه العملية أن تستمر إلى الأبد لأنها تعتمد على وجود مادة يتم استهلاكها بانتظام. مع مرور الوقت وتحويل المزيد من الهيدروجين إلى هيليوم ، سيستمر القلب في الانكماش ، مما يسمح للطبقات الخارجية للشمس بالتحرك أقرب إلى المركز وتجربة قوة جاذبية أقوى.
سيؤدي ذلك إلى زيادة الضغط على القلب ، والذي يقاومه زيادة ناتجة في معدل حدوث الاندماج. يعني هذا بشكل أساسي أنه مع استمرار الشمس في إنفاق الهيدروجين في قلبها ، تسرع عملية الاندماج ويزيد ناتج الشمس. في الوقت الحاضر ، يؤدي هذا إلى زيادة في السطوع بنسبة 1 ٪ كل 100 مليون سنة ، وزيادة بنسبة 30 ٪ على مدار الـ 4.5 مليار سنة الماضية.
بعد حوالي 1.1 مليار سنة من الآن ، ستكون الشمس أكثر إشراقًا بنسبة 10٪ مما هي عليه اليوم. هذه الزيادة في اللمعان ستعني أيضًا زيادة في الطاقة الحرارية ، طاقة سيمتصها الغلاف الجوي للأرض. سيؤدي هذا إلى تأثير دفيئة هارب يشبه ما تحول فينوس إلى دفيئة رهيبة كما هي اليوم.
في 3.5 مليار سنة ، ستكون الشمس أكثر إشراقًا بنسبة 40٪ مما هي عليه الآن ، مما سيؤدي إلى غليان المحيطات ، وذوبان القمم الجليدية بشكل دائم ، وفقدان كل بخار الماء في الغلاف الجوي. في ظل هذه الظروف ، لن تكون الحياة كما نعلم قادرة على البقاء على قيد الحياة في أي مكان على السطح ، وسوف يتحول كوكب الأرض بالكامل إلى عالم جاف حار آخر ، تمامًا مثل كوكب الزهرة.
المرحلة الحمراء العملاقة:
خلال 5.4 مليار سنة من الآن ، ستدخل الشمس ما يعرف بمرحلة العملاق الأحمر من تطورها. سيبدأ هذا بمجرد استنفاد كل الهيدروجين في القلب ويصبح رماد الهيليوم الخامل الذي تراكم هناك غير مستقر وينهار تحت وزنه. سيؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة النواة وزيادة كثافتها ، مما يؤدي إلى نمو حجم الشمس.
يُحسب أن الشمس المتوسعة ستنمو بشكل كبير بما يكفي لتشمل مدار عطارد والزهرة وربما حتى الأرض. حتى لو نجحت الأرض في استهلاكها ، فإن قربها الجديد من الحرارة الشديدة لهذه الشمس الحمراء سوف يحرق كوكبنا ويجعل من المستحيل تمامًا على الحياة أن تعيش. ومع ذلك ، لاحظ علماء الفلك أنه مع توسع الشمس ، من المحتمل أن يتغير مدار الكوكب أيضًا.
عندما تصل الشمس إلى هذه المرحلة المتأخرة من تطورها النجمي ، ستفقد كمية هائلة من الكتلة من خلال الرياح النجمية القوية. في الأساس ، أثناء نموها ، تفقد الكتلة ، مما يتسبب في دوران الكواكب إلى الخارج. لذا فإن السؤال هو ، هل ستتفوق الشمس المتوسعة على الكواكب المتصاعدة إلى الخارج ، أم أن الأرض (وربما حتى الزهرة) ستفلت من قبضتها؟
K.-P Schroder و Robert Cannon Smith باحثان تناولا هذا السؤال بالذات. في ورقة بحثية بعنوان "أوقف المستقبل البعيد للشمس والأرضالذي ظهر في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية، أجروا الحسابات باستخدام أحدث نماذج التطور النجمي.
وفقا لشرودر وسميث ، عندما تصبح الشمس نجمة عملاقة حمراء في 7.59 مليار سنة ، ستبدأ في فقدان كتلتها بسرعة. في الوقت الذي تصل فيه إلى أكبر نصف قطر لها ، 256 ضعف حجمها الحالي ، ستنخفض إلى 67 ٪ فقط من كتلتها الحالية. عندما تبدأ الشمس في التوسع ، ستقوم بذلك بسرعة ، وتجتاح النظام الشمسي الداخلي في غضون 5 ملايين سنة فقط.
ستدخل بعد ذلك مرحلة حرق الهيليوم القصيرة نسبيًا (130 مليون سنة) ، وعند هذه النقطة ، ستمتد إلى ما بعد مدار عطارد ، ثم فينوس. في الوقت الذي تقترب فيه من الأرض ، ستخسر 4.9 × 1020 أطنان من الكتلة كل عام (8٪ من كتلة الأرض).
لكن هل تنجو الأرض ؟:
الآن هذا هو المكان الذي تصبح فيه الأمور قليلاً من حالة "الأخبار الجيدة / الأخبار السيئة". الأخبار السيئة ، وفقًا لشرودر وسميث ، هي أن الأرض لن تنجو من توسع الشمس. على الرغم من أن الأرض يمكن أن تتوسع إلى مدار أبعد بنسبة 50٪ مما هو عليه اليوم (1.5 AUs) ، فلن تحصل على الفرصة. ستمتد الشمس الممتدة إلى الأرض قبل أن تصل إلى طرف المرحلة العملاقة الحمراء ، وسيظل لدى الشمس 0.25 AU أخرى و 500،000 سنة للنمو.
بمجرد دخول الغلاف الجوي للشمس ، ستصطدم الأرض بجزيئات الغاز. سوف يتحلل مداره ، وسوف يدور إلى الداخل. إذا كانت الأرض بعيدة قليلاً عن الشمس الآن ، عند 1.15 AU ، فستكون قادرة على البقاء على قيد الحياة في مرحلة التوسع. إذا استطعنا إدفع كوكبنا إلى هذه المسافة ، سنكون أيضًا في العمل. ومع ذلك ، فإن مثل هذا الحديث تخميني بالكامل وفي عالم الخيال العلمي في الوقت الحالي.
والآن للأخبار الجيدة. قبل دخول شمسنا بفترة طويلة ، ستختفي منطقة العملاق الأحمر ، وستختفي منطقتها الصالحة للسكن (كما نعرفها). يقدر علماء الفلك أن هذه المنطقة ستتوسع بعد مدار الأرض في حوالي مليار سنة. ستسخن الشمس الحارة محيطات الأرض بعيدًا ، وبعد ذلك سيطلق الإشعاع الشمسي الهيدروجين من الماء. لن يكون للأرض محيطات مرة أخرى ، وستصبح منصهرة في النهاية.
نعم ، هذه أخبار جيدة ... نوعًا ما. لكن الاتجاه الصعودي لهذا هو أنه يمكننا القول بثقة أن الإنسانية ستضطر إلى مغادرة العش قبل أن تغمره الشمس بوقت طويل. وبالنظر إلى حقيقة أننا نتعامل مع جداول زمنية تتجاوز أي شيء يمكننا التعامل معه حقًا ، لا يمكننا حتى أن نكون على يقين من أن بعض الأحداث الكارثية الأخرى لن تدعونا في وقت أقرب ، أو أننا لن نتجاوز الماضي الحالي المرحلة التطورية.
من الفوائد الجانبية المثيرة للاهتمام كيف ستغير الحدود المتغيرة لمنطقة الشمس الصالحة للسكن النظام الشمسي أيضًا. في حين أن الأرض ، عند 1.5 وحدة فلكية فقط ، لن تكون بعد الآن داخل منطقة الشمس الصالحة للسكن ، فإن الكثير من النظام الشمسي الخارجي سيكون. ستمتد هذه المنطقة الصالحة للسكن الجديدة من 49.4 AU إلى 71.4 AU - جيدًا في حزام Kuiper - مما يعني أن العوالم الجليدية السابقة ستذوب ، وستتواجد المياه السائلة خارج مدار بلوتو.
ربما يكون إريس عالمنا الجديد ، وسيكون كوكب بلوتو القزم فينوس الجديد ، وهاومو ، ماكيماكي ، والباقي سيكون "النظام الشمسي" الخارجي. ولكن ربما يكون الأمر الأكثر إثارة في كل هذا هو كيف يميل البشر إلى التساؤل "هل سيظل هنا في المستقبل" في المقام الأول ، خاصة عندما يكون ذلك المستقبل بعد مليارات السنين من الآن.
بطريقة أو بأخرى ، فإن مواضيع ما قبلنا وما سيكون هنا عندما نذهب ، تستمر في إثارة إعجابنا. وعندما نتعامل مع أشياء مثل الشمس والأرض والكون المعروف ، يصبح الأمر ضروريًا تمامًا. كان وجودنا حتى الآن وميضًا في المقلاة مقارنةً بالكون ، وإلى متى سيظل علينا سؤال مفتوح.
لقد كتبنا العديد من المقالات المثيرة للاهتمام حول الشمس هنا في مجلة الفضاء. إليك ما هو لون الشمس؟ ، أي نوع من النجوم هي الشمس ؟، كيف تنتج الشمس الطاقة ؟، وهل يمكننا أن نغير الشمس؟
يلقي علم الفلك أيضًا بعض الحلقات المثيرة للاهتمام حول هذا الموضوع. تفقدهم - الحلقة 30: الشمس ، البقع ، الكل ، الحلقة 108: حياة الشمس ، الحلقة 238: النشاط الشمسي.
لمزيد من المعلومات ، راجع دليل النظام الشمسي لوكالة ناسا.
