شنبه 1 اردیبهشت 1403 | 10 شوال 1445 | 20 آوریل 2024
از اینجا تا ابدیت » سرنوشت خورشید و زمین
 دیدگاه ما از آینده از زمان ولز بسیار تغییر یافته است. اگر چه ماشین زمان همچنان جزء داستانهای علمی تخیلی باقی مانده است، شناخت و درک ما از تغییرات خورشید این امر را ممکن ساخته است که آینده بسیار دور زمین را به گونه ای شرح دهیم که هم شامل جزئیات و هم از نظر علمی درست باشد. اگر بتوانیم فیلم سریعی از 20میلیون سال آینده زمین ببینیم، خواهیم دید قاره ها به هم می پیوندند تا شکل آینده کهن قاره (Pangaea) را به وجود آورند که آن هم ساختار جدید صفحات قاره ای را ایجاد می کند. حرارت داخل زمین در درجه اول از فروپاشی ذرات رادیواکتیو اورانیوم 238 ایجاد می شود که نیمه عمر آن 4.5 میلیارد سال است. بنابراین مواد داخلی زمین هم اکنون در حدود نیمی از میزان اولیه گرما تولید می کنند. با سرد شدن مواد داخلی، فرایندهای نوسازی زمین شناسی به تدریج متوقف می شود و سیاره به دوران پیری و سالخوردگی وارد می شود. آتشفشانها فوران می کنند و قاره ها به تدریج شکل و ساختار نهایی خود را به دست می آورند. طی میلیاردها سال بعد سطح آب اقیانوسها اندکی پایین می رود، زیرا آب توسط پوسته که به طور ثابت در حال خنک شدن است جذب می گردد. با این حال خنک شدن زمین با خنک شدن سطح زمین همراه نیست. خورشید همواره از زمان تولدش کمی درخشانتر شده است. ستاره گرم حیاتبخش ما در مسیری است که به بلایی سوزان برای حیات زمین تبدیل می گردد. تعادل مشکل خورشید مانند بیشتر ستاره ها در وضعبت پایدار و متعادل بین کشش جاذبه به سمت داخل از یک سو و فشار حاصل از گرمای همجوشی هسته ای به سمت خارج از سوی دیگر قرار دارد. این یک تعادل خود تنظیم است. کمی منقبض شدن خورشید باعث افزایش چگالی و دمای مرکزی آن می شود و واکنشهای هسته ای را سریعتر می کند که گرمای اضافی آن سبب منبسط شدن خورشید می گردد. انبساط نیز قسمتهای داخلی را مقدار کمی خنک و تولید انرژی هسته ای را کند می کند و سبب انقباض مجدد خورشید می گردد. در نتیجه خورشید در حال تعادل باقی می ماند. با این حال پس از گذشت صدها میلیون سال این تعادل اندکی به هم می خورد. با انجام همجوشی و تبدیل هیدروژن به هلیم، مقدار هیدروژن در هسته خورشید کاهش می یابد. 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 ازنیمی از هیدروژن اولیه خود را سوزانده و هسته آن واقعاً سرشار از هلیم شده است. خورشید در مقابل پایین آمدن تدریجی درجه گاز خود، با دنباله ای از اتفاقات پیچیده پاسخ می دهد که هیچ یک از آنها پدیده خوشی برای زمین نیست. وقتی ستاره ای نظیر خورشید که در چرخه اصلی نمودار تحول ستاره ای هرتزپروگ-راسل قرار دارد هیدروژن خود را می سوزاند و هسته آن چگالتر می شود، دمای مرکزی آن به اندازه کافی بالا می رود تا تمام هیدروژن سریعتر بسوزد. خورشید از زمان تولدش 30% درخشانتر شده است. طی 1.2 میلیارد سال، کمی بزرگتر شده و 10% دیگر نیز درخشانتر می گردد و دمای سطح آن 15درجه سانتیگراد (27درجه فارنهایت) گرمتر می شود. پدیده گلخانه ای پرسش بسیار جالب این است که سیستم پیچیده زمین چگونه به این رویدادها پاسخ می دهد. تا کنون زمین وظیفه نگهداری دمای پایدار در مقابل درخشندگی همواره افزاینده خورشید را به صورت قابل قبولی انجام داده است. اگرچه در گذشته دور نوسانهایی هم رخ داده است، از جمله حداقل دو دوره عصر یخبندان پیش از شروع زندگی در زمین که به نظر می رسد زمین در آن دوران به صورت کامل از قطبها تا استوا یخ زده است. همچنین دورانهای بسیار گرمتری از حالا وجود داشته است که جنگلهای معتدله قطبها را پوشاندند. طی قرن آینده و پس از آن با آزاد کردن حجم زیادی از دی اکسید کربن در جو، آزمایش پرماجرای بسیار بزرگی را در پیش رو خواهیم داشت. شوک حاصل از آب و هوای زمین پیشرفت با ارزشی در فهم ما از این مهم ایجاد خواهد کرد که زمین طی دوره های طولانی تر چگونه به انرژی افزاینده خورشید پاسخ خواهد داد. با نگاهی واقعاً بلند مدت و با در نظر گرفتن این واقعیت که زیست کره از قطب به سمت استوا غنی تر می شود، زمین که بسیار گرمتر شده ممکن است واقعاً نعمتی برای زندگی باشد. زندگی در گلخانه رونق می گیرد: این روند شاید با گذشت میلیونها سال برای تحول و تطابق و سازگاری آهسته، حتی زیست کره غنی تری بالاتر از دمای جوش آب ایجاد نماید. اما سرانجام این دمای سرنوشت ساز فراخواهد رسید. مدلهای آب و هوایی بدون ابر نشان می دهد که زمین در 1.2 میلیارد سال آینده به وضعیت گلخانه مرطوب خواهد رسید. این از هر آنچه که ما با رها کردن دی اکسید کربن در جو می توانیم انجام دهیم بسیار ویرانگرتر خواهد بود، چرا که بخار آب در صورت وجود به اندازه کافی، خود یک گاز گلخانه ای قوی است. در دوران گلخانه مرطوب تبخیر آب اقیانوسها در اثر دماهای بسیار بالا به شدت افزایش می یابد و بخار آب بیشتری وارد جو می گردد. در نتیجه حتی به دماهای بالاتری خواهیم رسید و این روند تا جایی ادامه می یابد که اقیانوسها به کلی تبخیر و خشک شوند. 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 سلولی ها چگونه ادامه خواهد یافت.   اما بر سر آن همه بخار آب بر فراز زمین خشک چه خواهد آمد؟ در حال حاضر بخار آب تقریباً به طور کامل در تروپوسفر (گشتکره) – لایه پایین جو که شرایط جوی در آن رخ می دهد – محصور شده است. مقدار کمی بخار آب در استراتوسفر (پوش کره) و خیلی کمتر در بالای ازن که بیشتر نور فرابنفش زمین را جذب می کند وجود دارد. بنابراین مقدارخیلی کمی بخار آب در معرض پدیده نورکافت (فتولیز: تجزیه شیمیایی در اثر نور) است که در آن نور فرابنفش یک مولکول آب (H2O) را شکسته و یک اتم هیدروژن آن راجدا می کند. در نتیجه آب ما دست نخورده و سالم باقی می ماند.دما در بالای جو زمین به اندازه کافی بالاست که هر اتم آزاد هیدروژن معمولاً به فضا فرار کند. بنابراین اگر آب به بالای لایه ازن برود در مسیر آزاد شدن در فضا قرار می گیرد. زمین بعد از دوره تحول گلخانه مرطوب به تدریج همه آب خود را از دست می دهد و سیاره دوره جدید انتقال به یک گلخانه گرم جهنمی را شروع می کند، درست مشابه آنچه که اکنون در سیاره ناهید حکمفرماست. در واقع ناهید ممکن است زمانی بسیار معتدل تر و شبیه زمان کنونی ما بوده باشد. اندازه گیریهای انجام شده در مورد آهنگ تبدیل دوتریم موجود در جو آن به هیدروژن حاکی از آن است که این سیاره مقدار زیادی آب را در گذشته خود از دست داده است، مقداری احتمالاً به اندازه یک اقیانوس. اگرچه ناهید انرژی بیشتری نسبت به حال حاضر زمین دریافت کرده، در دوران اولیه خورشید نیز 3درصد کمتر انرژی دریافت نموده است. اگر دقیقاً بتوانیم بفهمیم که ناهید چگونه به این صورت درآمده، ممکن است بتوانیم پیش بینی آب و هوایی طولانی مدت تری را به صورت دقیقتر در مورد زمین انجام دهیم. مدل سازیهای انجام شده توسط جیمز کستینگ (James Kasting) ازدانشگاه ایالت پن نشان می دهد که گلخانه خشک تقریباً در 3 میلیارد سال در زمین اتفاق خواهد افتاد - دو میلیارد سال پس از آنکه آخرین قطره آب مایع هم تبخیر شد. دما در آن زمان دوباره بالا خواهد رفت و به دمای ذوب کننده 40درجه سانتیگراد (75درجه فارنهایت) خواهد رسید.خورسید در آن زمان فقط 40% درخشانتر از حال حاضر خواهد بود و چند میلیارد سال دیگر برای سوزاندن هیدروژن در پیش رو خواهد داشت. به تعویق انداختن واقعه ای اجتناب ناپذیر من و فرد آدامز (Fred Adams) از دانشگاه میشیگان و دان کریکانسکی (Don Korycansky) از دانشگاه کالیفرنیا سانتاکروز در سال 200به صورت گروهی طرحی را آماده کردیم تا دمای مطلوب فعلی زمین را در برابر گرمای افزاینده خورشید در چند میلیارد سال آینده تثبیت نماییم. کلید این طرح زمان بسیار طولانی است که در پیش رو داریم. ما نشان دادیم که تنها با مصرف کمی انرژی طی هزاران یا میلیونها سال می توان جرم بزرگتری از کمربند سیارکی و یا کوییپر را به گونه ای مانور داد که پی در پی گذرهای نزدیکی از زمین و مشتری داشته باشد، به گونه ای که بخشی از انرژی عظیم مداری مشتری را به زمین منتقل نمایند. چنین گذری در هر 1000سال کافیست 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 پروژه ای تقریباً موجود است، اما برنامه ریزی بلند مدت و ثبات انسانی باید به اندازه زیادی در ابعاد مختلف رشد کند. مشکل فقط این نیست که یک اشتباه کوچک محاسباتی می تواند سبب بروز برخورد برای زمین شود. پس از چاپ نتایج این کار، رسانه ها کاملاً به صورت اشتباه گزارش دادند که این طرح می تواند در کوتاه مدت، گرم شدن جهانی زمین توسط انسانها را به تأخیر اندازد. چنین گزارشهایی منجر به نوشته های روزنامه ها، میزگردهای بی معنی تلویزیونی و سیل فراگیر نامه ها و تماسهای خشمگینانه شد. 1میلیون سال زمان خوبی است تا قبل از شروع صبر کنیم. مسأله اصلی که باید در نظر بگیریم آن است که آیا تمدن در این مدت دوام خواهد آورد. اما تحول خورشید بدون در نظر گرفتن آنچه آیندگان ما انجام خواهند داد سرعت خواهد گرفت. مدلهای کامپیوتری بسیار بهینه شده و بررسی و رصدهای دقیق و جزئی از ستاره های شبیه خورشید نشان می دهد 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 بزرگ شدن لایه های خارجی خورشید خواهد گردید. مدلهای فعلی نشان می دهد که خورشید در 6.36 میلیارد سال بعد 2.2 برابر درخشنده تر از وضعیت فعلی خود خواهد بود و مریخ به اندازه حال حاضر زمین گرما دریافت می کند. اما این اتفاق احتنالاً خیلی دیر در مریخ رخ می دهد. جاذبه مریخ آنقدر کم است که نمی تواند جو گرم قابل ملاحظه ای را نگه دارد تا آنرا به یک منطقه قابل سکونت تبدیل نماید.  خورشید طی 73میلیون سال بعدی 2.7 برابر درخشانتر و 2.3 برابر بزرگتر از حال حاضر می شود. منظومه شمسی در آن زمان به واقع غیر قابل سکونت می شود. ناهید و زمین دوقلوهای سولفوری می گردند و مریخ به یک بیابان سوزان مبدل می گردد. اقمار مشتری همچنان یخ زده هستند، اما ذوب شدن آنها نزدیک است. خورشید پس از 59میلیون سال به مرحله تبدیل به یک غول سرخ وارد می شود و مراحل بعدی بسیار شدیدتر از هر آنچه تا کنون بوده می شود.غول سرخ اکنون می توانید یک مدل مقایسه ای 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 می شود، 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 نمایید. اقمار گالیله ای مشتری - اروپا، گانیمد و کالیستو - در آن زمان یک جو ضخیم از بخار آب می سازند و وارد دوره گلخانه مرطوب می گردند. سپس آب آنها فتولیزه شده و به فضا می رود. تایتان بزرگترین قمر زحل به خوبی گرم می شود. کریس مک کی (Chris McKay) از مرکز تحقیقات آمس ناسا و همکارانش دوره ای چند صد میلیون ساله شناسایی کرده اند که اقیانوسهای آمونیاک مایع در سطح تایتان به پایداری می رسند. 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 مقایسه ای ما خورشید از گریپ فروت به توپ بسکتبال و سپس به توپ بزرگ بازی در ساحل تبدیل می گردد و سرانجام سیاره تیر را خواهد بلعید. اما چون درخشندگی آن به صدها برابر افزایش می یابد و جاذبه سطحی آن به علت افزایش قطرش کاهش می یابد، باد قدرتمندی از خورشید شروع به وزیدن می کند که سرانجام نزدیک به یک چهارم از جرم خورشید را با خود به خارج حمل می کند. در نتیجه خورشید یک چهارم از نیروی گرانش خود را از دست می دهد. بنابراین مدار سیارات به سمت خارج منتقل می گردد. همچنانکه خورشید به اوج تبدیل به غول سرخ نزدیک می شود بیش از 20برابر اندازه کنونی خود می گردد و به راحتی مدار فعلی ناهید و تقریباً مدار فعلی زمین را در بر می گیرد. اما ناهید در آن زمان احتمالاً به جای کنونی زمین رسیده و زمین نزدیک به مدار فعلی مریخ است. بنابراین در نگاه اول به نظر می رسد که زمین فرار می کند.
به تازگی کاسپر آر ریبکی (Kacper R Rybicki) از مؤسسه ژئوفیزیک آکادمی علوم لهستان و کارلوس دنیس (Carlos Denis) از دانشگاه لژ بلژیک مطالعات دقیقتری در مورد اثرات غول سرخ خورشید بر منظومه شمسی انجام داده اند. آنها به یک نتیجه گیری مهم دست یافته اند: نیروهای کشندی نقش مهم و حساسی در تعیین سرنوشت زمین دارند. همچنانکه خورشید بزرگتر می شود گرانش زمین سبب ایجاد برآمدگی کشندی خیلی کوچکی در سطح خورشیدی آن می گردد. اصطکاک سبب می شود تا این برآمدگی اندکی تأخیر در حرکت ایجاد نماید. این تأخیر به نوبه خود کشش گرانشی دائمی به سیاره وارد می نماید و سبب می شود تا زمین به آهستگی به سمت داخل حرکت مارپیچی کند. این حرکت مشابه وضعیتی است که برای ماه رخ می دهد که در آن اثر کشندی ماه بر زمین باعث می شود ماه به سمت خارج حرکت کرده و از زمین دور شود، با این تفاوت که در اینجا برعکس اتفاق می افتد، زیرا سرعت گردش خورشید آهسته تر 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 10میلیون درجه سانتیگراد می رسد و هلیم شروع به همجوشی به کربن می کند که منبع جدید تازه ای از انرژی می باشد. خورشید در پاسخ به این انرژی جدید زیاد به میزان زیادی کوچک شده و درخشندگی کلی آن حدود 10برابر کاهش می یابد. خورشید هلیم را برای چند صد میلیون سال با آهنگ ثابت مصرف می کند و منظومه خورشیدی برای مدتی از زنجیره بلایا خلاصی می یابد. اگر زمین سالم باشد (با هزینه ای اندک این احتمال به 75% می رسد) احتمالاً به صورت صخره ای از سیلیکات جوش خورده است که به طور مستقیم با خلأ فضا در تماس می باشد و دمای ظهر آن به 60درجه سانتیگراد می رسد. هر نشانه ای که در سیاره ما وجود داشته مدتهاست ذوب و دوباره کریستال شده اند و به فراموشی سپرده شده اند. در کشاکش مرگ خورشید در نزدیکی به پایان رسیدن هلیم خود به یک کوتوله سفید با هسته ای از کربن و هیدروژن تبدیل می گردد. در این زمان لایه های خارجی خورشید دوباره بزرگ و سرد می شوند و خورشید برای دومین بار به یک غول سرخ مبدل می گردد. ستاره شناسان به این دومین غول سرخ به دلیل موقعیت آن در نمودار تحول ستاره ای هرتزپروگ-راسل به نام «شاخه مجانب» اشاره می کنند. خورشید یک بار دیگر به تهدیدی جدی برای حیات فیزیکی زمین تبدیل می شود. غول سرخ در طی مرحله دوم چندین دوره خروج عظیم انرژی را تجربه می کند. هلیم شعله ور می شود که منجر به ارتعاش و تپشی با بزرگی حدود 1000سال خواهد شد. کاملاً محتمل است که زمین پیش از آنکه فرصتی برای حرکت مارپیچ به بیرون از خرابی کلی داشته باشد مختصری توسط خورشید در بر گرفته شود. سپس حدود 10میلیون سال پس از شروع مرحله دوم غول سرخ، خورشید لایه های بزرگ خارجی خود را به طور کامل به بیرون می ریزد تا یک سحابی سیاره ای ، شاید مشابه آنچه در تصویر نشان داده شده تشکیل دهد که یک کوتوله سفید کوچک، اما گرم و درخشان باقی می گذارد.
منظومه شمسی را ویران خواهد نمود. در آشفتگی های بعدی تصادم اشیاء به پایان می رسد و آنها به فضای بین ستاره ای پرتاب شده و به سمت خورشید سقوط می کنند. بقایای مشابه از منظومه های خورشیدی ویران شده در دو و شاید تمام 4کوتوله سفید مشاهده شده اند، 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 می باشد. سیارات به جا مانده، شاید شامل بقایای سوخته و گداخته زمین و تیر به صورت پایدار برای صدها میلیارد سال به دور کوتوله سفید می چرخند در حالیکه سرمای آنها و خورشید به سمت صفر مطلق میل می کند. آنها منتظر مجموعه ای عجیب از بلایای کیهانی هستند. همچنانکه خورشید کوتوله سفید به تدریج رو به سیاهی می رود درخشانی شب نیز کم خواهد شد. جهان در حال ورود به عصر انبساط سریع می باشد که در طی چند صد میلیارد سال همه کهکشانها را به جز آنهایی که در گرانش با گروه محلی ما هستند به ورای افق علّی ما می برد. راه شیری نیز با کهکشان آندرومدا ادغام شده و یک کهکشان مارپیچ را تشکیل داده است. می توانیم انتظار داشته باشیم که طی حدود 10تریلیون سال بقایای تصادفی یک کوتوله سفید به اندازه کافی از نزدیکی زمین عبور می کند 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. اگر زمین از برخورد با سیاهچاله مرکز کهکشان فرار کند با بقایای ستاره ای در حال عبور برخورد کرده و به طور کامل به خارج کهکشان پرتاب می شود. اگر زمین بدین ترتیب آزاد شود، انبساط پیوسته کیهانی راه شیری را به ورای افق خارج از دید یا هر ارتباط علّی[1] می برد و زمین کاملاً تنها وارد گستره زمانی وسیعی در فضای خالی سیاه می گردد. [1] از نظر فیزیکی دو موجودیت دارای ارتباط علی هستند هرگاه رویدادی بر هر دوی آنها به صورت علی تأثیر گذاشته باشد. طبق قانون گرانش نیوتن هر جرمی در فضا یک میدان نیرو بر تمام اجرام دیگر اعمال می کند. از آنجا که نیروی اعمال شده توسط جرم اول بر حرکت جرم دوم تأثیر می گذارد می توان گفت که این دو جرم دارای رابطه علی هستند. بر همین مبنا تنها اجرامی که رابطه علی با هم ندارند که هیچ اتقاقی در تاریخ کیهان وجود ندارد که یک پرتو نور به هر دوی آنها ارسال کرده باشد. به عنوان مثال اگر جهان منبسط نمی شد و عمر آن 13 میلیارد سال بود، اجرامی که فاصله آنها بیش از 13 میلیارد سال نوری باشد با هم رابطه علی ندارند. منبع: مجله Sky & Telescope – ژوئن 2007 (خرداد 1386) |
اشتراک گذاری در:
بیان دیدگاه
تعداد بازدیدکنندگان: 2343053
مخاطبین آنلاین: 32
- سایت انجمن نجوم آماتوری ایران مجاز به ویرایش ادبی دیدگاه‌ها است.
- دیدگاه‌هایی که حاوی مطالب کذب، توهین یا بی‌احترامی و موارد مغایر با قوانین کشور باشند منتشر نخواهند شد.
- دیدگاه‌ها پس از تأیید منتشر می‌شوند.