كيف نعرف متى تموت الشمس؟

[ad_1]

توضيح: بنيامين كوري

تأمل الشمس: حارة ، ضخمة ، والسبب في كل هذا (إيماءات جامحة) ممكن. يغذي نجمنا المحلي كل أشكال الحياة كما نعرفها ، ويوفر الطاقة التي تحافظ على كل شيء من أصغر الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي إلى أكبر الحيوانات على الأرض وفي البحار.

لكن يومًا ما – بعيدًا في المستقبل – ستموت الشمس. ومع ذلك ، لن تسوء الأمور. بدلا من ذلك ، سوف يذهبون جدا ، جدا مشرق. حار ، أيضا ، بشكل لا يطاق. ستصبح الشمس غير معروفة ، إذا كان هناك أي شخص لا يزال موجودًا لرؤيتها.

“أحد الأسئلة الأساسية التي يواجهها أي إنسان واعٍ هو: كيف وصلنا إلى هنا ، ما الهدف ، وماذا يعني كل هذا؟ قال جاكي فهرتي ، عالِمة الفيزياء الفلكية في المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي ، في مكالمة هاتفية: “الأسئلة المتعلقة بأصولنا ومستقبلنا”. “إذا كنت تريد أن تفهم المنطقة الصالحة للسكن لشمسنا ، فأنت بحاجة إلى معرفة المدة التي ستكون هناك ، وكيف تتطور ، وكيف تتغير. كل ذلك يعود إلى تلك القصة الأساسية “.

وهو ما يقودنا إلى لغز اليوم: كم من الوقت بقيت شمسنا الواهبة للحياة ، وكيف نعرف؟


قال فهرتي: “بمجرد أن تدرك أنها كرة من الغاز ، ستعرف أنها ليست آلة لا نهائية”. “عليك فقط معرفة متى سينفد.” حساب هذا الجدول الزمني هو معادلة بسيطة نسبيًا ، مبنية على بعض الرياضيات المعقدة والإدراك الأصغر.

لمعرفة مقدار الوقت المتبقي من الشمس – والمفسد ، حوالي 5 مليارات سنة – عليك أن تعرف كم هي قديمة بالفعل. لا تموت النجوم بشكل غير متوقع ، لذا فإن معرفة عمر النجم يعد مؤشرًا مهمًا على مدى سرعة ارتفاعه. في القرن التاسع عشر ، في سياق نزاع حول عمر الأرض ، ناقش تشارلز داروين واللورد كلفن ، عالم الفيزياء الفلكية ، عمر الشمس. انتهى تقدير داروين إلى التقارب. لم يتم اكتشاف الطاقة النووية بعد ، وعمل كلفن على افتراض أن الشمس كانت تحرق الفحم. تخلصت من أرقامه قليلاً.

يُشتق خط الأساس الخاص بنا لعمر الشمس من أقدم الصخور التي لا تزال تنتقل عبر النظام الشمسي ، والتي تمثل أساسًا الرفض الذي لم يتم تحويله إلى كوكب أو قمر أثناء اندماج النظام الشمسي. تمنحنا هذه الصخور دائمًا عمرًا يبلغ 4.6 مليار سنة ، وقد تمكن العلماء من تحديد تاريخها بدقة باستخدام a عدد التقنيات.

تم تصوير الشمس بواسطة مرصد ديناميات الطاقة الشمسية التابع لوكالة ناسا في عام 2013.

من المهم أيضًا معرفة سطوع الشمس ، لأن ذلك يخبرنا بمدى نشاط النجم. لقد عرفنا مدى سطوع الشمس منذ أن عرفنا مدى بعدنا عنها ، وهو قياس يسمى وحدة فلكية، أو AU. (“كل شيء يدور حول المسافة” ، أوضح فهرتي.) كان القياس بشق الأنفس محسوبة باستخدام تأثير المنظر وعبور كوكب الزهرة عام 1769 عبر الشمس ؛ قام الكابتن كوك الشهير بتسجيل بعض الملاحظات في تاهيتي.

تم إصلاح وحدة فلكية واحدة الآن عند 92،955،807.3 ميل وهي مقياس حيوي لمناقشة المسافات داخل وحول نظامنا الشمسي. من خلال هذا القياس ، تمكن علماء الفلك من تحديد لمعان الشمس أو سطوعها – قبل ذلك ، لم يكونوا متأكدين مما إذا كان النجم قريبًا للغاية وخافتًا بشكل لا يصدق أو بعيدًا للغاية وساطع بشكل لا يصدق.

كما اتضح ، فإن الشمس هي متوسط ​​الانفجار عندما يتعلق الأمر بالنجوم. تم عرض ذلك بوضوح مع واحدة من أكثر الرسومات أهمية في التاريخ الفلكي ، مخطط Hertzsprung-Russell ، الذي حدد سطوع ولون النجوم. ألمح عالما الفلك اللذان سميت باسمهما إلى فكرة أن النجوم تحرق الهيدروجين بطريقة ما ، وأن الاحتراق مرتبط بدرجة حرارة النجم والفيزياء الداخلية.

الأشياء حقا أصبحت في التركيز عندما سيسيليا باين، ثم طالبة دكتوراه في الفيزياء الفلكية بجامعة هارفارد ، كتبت أطروحتها حول فكرة أن النجوم كانت تتكون في الغالب من الهيدروجين والهيليوم. في ذلك الوقت ، كان راسل (ذا شهرة في الرسم التخطيطي) وأحد مشرفي باين وصفت الأرقام بأنها “مستحيلة” ، وانتهى الأمر باين إلى استبعاد الفكرة في الأطروحة. لكنها أثبتت أنها موضعية ، ومن خلال عملها فقط يمكن فرض مخطط Hertzsprung-Russell كأداة في الفيزياء الفلكية ، لفهم فئة النجم ؛ أي ما هي فيزياءها وماذا سيكون مصيرها. فقط من خلال وضع شمسنا في تلك المجموعة النجمية يمكننا معرفة نوع النجم ومدى سطوعه بين أقرانه.

الرسم البياني.

“لقد سمحت لنا مراقبة النجوم الأخرى بالحصول على نظرية شاملة لتطور النجوم. على وجه الخصوص ، كان الدور الحاسم مرتبطًا بالعناقيد النجمية (النجوم التي تقع على نفس المسافة ، ونفس التركيب ، وتختلف فقط في الكتلة). قال جيانلوكا بيززون ، عالم الفلك في الاتحاد الدولي لعلم الفلك ، في رسالة بالبريد الإلكتروني: “كان من الممكن أن نفهم أن التطور النجمي يعتمد بشكل صارم على الكتلة النجمية”.

نظرًا لأننا نعرف معدل الاندماج النووي للشمس ، فإننا نعرف المعدل الذي تحرق به وقودها النووي. أوضح ألبرت زيلسترا ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة مانشستر أن هذا المعدل بطيء للغاية. وقال في مكالمة فيديو: “الشمس ليست قنبلة ، إنها مفاعل اندماج نووي ضعيف للغاية”. “للكيلوغرام الواحد ، ينتج طاقة أقل منك. إنها تأخذ وقتها “. من السهل القيام بذلك يا شمس. لا داعي للاندفاع.


لكن هذه الأفكار تأتي معًا الآن. إن معرفة عمر الشمس ومعدل حدوث اندماجها يعني أن علماء الفيزياء الفلكية يعرفون مقدار حرقها بالفعل. كانت الشمس تحترق منذ حوالي 5 مليارات سنة وستحترق لحوالي 5 مليارات أخرى. هذا هو المكان الذي تصبح فيه الأمور مثيرة للاهتمام: “تتوقع أن يتباطأ الاندماج النووي [over time] لأنه يوجد كمية أقل من الهيدروجين. لكن هذا غير ممكن – فالحرارة هي التي تحافظ على استقرار الشمس. الهيدروجين ينفد قليلا ، والشمس كلها تحمل قليلا ، مما يزيد من درجة الحرارة ، “قال زيجلسترا. (هذا يحدث بالفعل ، لكن هناك الكثير من الهيدروجين لنذهب إليه). لكن في النهاية ، سينفد الهيدروجين ، وستنهار الشمس إلى الداخل – الجاذبية دائمًا تفوز.

شمسنا ليست كبيرة بما يكفي لإنتاج سوبر نوفا ، انفجار نجمي هائل. النجوم الكبيرة تترك وراءها نجومًا نيوترونية أو ثقوبًا سوداء ؛ ستكون نهاية الشمس مثيرة بطريقة مختلفة. مع احتراقها عبر الهيدروجين ، تصبح الشمس أصغر وتصبح الطبقات خارج قلب النجم أكثر سخونة. يبدأ الاندماج في مكان خارج القلب. تصبح الشمس عملاقًا أحمر ، نجمًا أكثر انتشارًا يحترق بطاقة أقل من ذي قبل. يستغرق الطريق إلى العملاق الأحمر بعض الوقت ، ولكن بمجرد أن يصبح كذلك ، يكون الزوال سريعًا.

قال زيجلسترا: “في هذا الوقت ، سيكون وقتًا سيئًا للغاية للانتقال إلى عطارد”. “في النهاية تجد نفسك داخل الشمس.” لقد أودت الشمس الجديدة المتضخمة ضحيتها الأولى.

ستستمر الشمس في الانتفاخ وزعزعة الاستقرار. يتم ابتلاع كوكب الزهرة أيضًا. (هناك بعض الجدل حول ما إذا كانت الشمس العملاقة الحمراء المتضخمة ستصل إلى الأرض أم لا ، ولكن يكفي أن نقول إن الأشياء ستكون مقرمشة هنا ؛ على الأقل ، سوف تغلي المحيطات وستشبه الأرض كوكب الزهرة اليوم). الشمس منتشرة لدرجة أنها تبدأ في التبخر.

بعد 100000 عام فقط من تحوله إلى عملاق أحمر ، فقد نصف كتلته. في هذه المرحلة ، تكون الشمس في نهايتها. إنه قزم أبيض ، بقايا نجمية كثيفة بحجم كوكبنا. لقد استنفدت طاقته النووية في هذه المرحلة ، وسوف تبرد ببطء إلى كرة صلبة من الكربون – وهي في الأساس كرة عائمة الماس في الفضاء.

وحول هذا القزم المضغوط ، قد تتوهج سحابة المواد التي طردتها الشمس ، وهو سديم كوكبي مبهر. قال زيجلسترا ، الذي شارك في عام 2019 في تأليف بحث في علم الفلك الطبيعي حول احتمال أن تضيء شمسنا سديمًا. لكي يحدث مثل هذا السديم ، يجب أن تكون الشمس ساخنة بدرجة كافية بينما لا تزال السحابة قريبة منها ، وحتى في هذه الحالة ، سيكون عرض الضوء الكوني طرفة عين في زمن النجوم: حوالي 10000 سنة. قال بيززون إن السديم يمكن أن يبدو مثل هالة ميسييه 57 ، سديم الحلقة.

سديم الحلقة.

يجدر إبقاء كل هذا في نصابها. سيستمر سديم غمضة عين عند نهاية نجمنا حوالي ضعف طول التاريخ البشري المكتوب. قبل ظهور الحياة على الأرض ، كان الكوكب البدائي غير مضياف كما سيكون مرة أخرى. بعبارة أخرى ، نحن لسنا في المكان المناسب فقط – نحن في الوقت المناسب.

قال آدم كوالسكي ، عالم الفيزياء الفلكية النجمية في المرصد الوطني للطاقة الشمسية ، في رسالة بريد إلكتروني إلى Gizmodo. “لا نريد إفساد هذا التوازن لأنه حتى الآن ، لم نعثر على أي كوكب حول نجم مختلف نعرف أنه يتمتع بهذا التوازن الدقيق.”

وغني عن القول ، لقد وجدنا طرقًا لفساد الأمور. هذا العقد سيحدد مسار أنماط تغير المناخ في القرن القادم وما بعده. من منظور تطوري ، قال فهرتي: “لقد جئنا هنا فقط من أجل العطس في عمر النظام الشمسي”. “لا ينبغي أن تعتقد أن الشمس ستبتلع الأرض وهذا ما سنذهب إليه … سأكون أكثر قلقًا بشأن تأثيرنا على تغيير الأشياء قبل أن نتمكن حتى من الوصول إلى هذه المرحلة.”

لذلك ، نحن نعرف كيف ومتى تموت الشمس ونأخذ معها قابلية الأرض للسكن. ومع ذلك ، من المستحيل معرفة ما إذا كانت أي حياة ذكية ستظل هنا بعد 5 مليارات سنة من الآن لتهبط بالسفينة.

.

[ad_2]