اسأل إيثان: متى ستجعل الشمس الأرض غير صالحة للسكن؟

وهل سيصبح الجو باردًا جدًا أو حارًا جدًا لسكننا؟

"ما ، في بعض الأحيان أتساءل ، كيف سيكون الأمر إذا كنت أعيش في بلد حيث فصل الشتاء مسألة بضعة أيام باردة وأمطار قليلة أسابيع ؛ أين الشمس ليست بعيدة أبدًا ، والزهور تتفتح طوال العام؟ "-أنا نيجل

لقد مررنا جيدًا على الأرض حتى الآن. منذ أن تشكلت شمسنا لأول مرة منذ حوالي 4.5 مليار سنة ، تشكلت الأرض الأولية في النظام الشمسي الداخلي ، وأدى تصادم مبكر إلى إنشاء نظام القمر / الأرض الذي نعرفه اليوم ، وأدى مزيج من الظروف الأولية والقصف المتأخر إلى ظهور المحيطات لدينا في وقت مبكر والغلاف الجوي. لأكثر من أربعة مليارات سنة ، تشرق الشمس بشكل مستمر وتسيطر الحياة على عالمنا. لكن هذا لا يمكن أن يستمر إلى الأبد! هل ستكون الشمس تتلاشى من الوقود الذي يؤدي إلى زوالنا؟ هذا هو موضوع Ask Ask هذا الأسبوع ، بإذن من Len Latorre ، الذي يريد أن يعرف:

هل طاقة الشمس النووية آخذة في التناقص أو الاستقرار؟ كم من الوقت يجب أن نعيش على كوكب الأرض هذا إذا كانت الشمس تقلل من الوقود النووي؟

بافتراض عدم وجود كوارث ناتجة عن الأرض نفسها (مثل البركان الفائق طلاء الأرض أو تسمم المحيط الحيوي) أو الكون بشكل عام (مثل مؤثر فائق أو انفجار أشعة غاما معقمة أو انفجار عظمي قريب جدًا) ) ، سوف تدمر الشمس في النهاية كل الحياة على الأرض.

سلسلة بروتون - بروتون مسؤولة عن إنتاج الغالبية العظمى من قوة الشمس. رصيد الصورة: مستخدم ويكيميديا ​​كومنز بورب ، عبر https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FusionintheSun.svg.

كما ترون ، النجوم مثل شمسنا مدعومة بالانصهار النووي: عن طريق دمج العنصر الأخف والأكثر وفرة في الكون (الهيدروجين) في العنصر الثاني الأخف والأكثر وفرة (الهليوم) في سلسلة من التفاعلات. يتضمن تفاعل السلسلة حيث تستمد الشمس معظم قوتها من الاندماج:

  • بروتونان سويًا ، مكونين الدوتريوم ، بوزيترون (الذي يبيد إلكترونًا ، وينتج فوتونات عالية الطاقة) ، ونيترينو والطاقة الحرة ،
  • ثم الديوترون مع البروتون ، ينتج الهليوم 3 ، الفوتون عالي الطاقة والطاقة الحرة ،
  • ثم تندمج نواة الهيليوم -3 معًا ، وتنتج الهيليوم -4 واثنين من البروتونات الحرة وحتى طاقة أكثر حرية.

هذا هو أكثر مصادر طاقة الشمس شيوعًا ، حيث يتم تحويل ما مجموعه 0.7٪ من الكتلة الأولية لأربعة بروتونات إلى طاقة في هذا التفاعل ، عبر E = mc2 من أينشتاين. كل ثانية ، تندمج 4 × 1038protons لا تصدق في الهيليوم -4 ، وتطلق حوالي 4 × 1026 واط من الطاقة على أساس مستمر.

مجموعة مكونة من 25 صورة للشمس ، تظهر فورة / نشاطًا للطاقة الشمسية على مدار 365 يومًا. صورة الائتمان: ناسا / مرصد الطاقة الشمسية الشمسية / جمعية التصوير الجوي / س. بعد المعالجة من قبل سيجل.

الشمس هي أيضا هائلة وضخمة ، مع ما مجموعه حوالي 1057 جزيئات تتكون. رغم ضخامة هذه الأرقام ، فإن الكمية الإجمالية للوقود التي تمتلكها الشمس محدودة ، وبالنظر إلى الوقت الكافي ، ستحرق الشمس وقودها. المشكلة الأكثر إلحاحا هي أن الشمس بأكملها لا تندمج هذا الهيدروجين: إنها فقط جوهر الشمس ، حيث تكون درجات الحرارة أعلى. لن يتم دمج البروتونات الأولى حتى تصل إلى منتصف الطريق نحو مركز Sun ، حيث تتجاوز درجة الحرارة 4000،000 K. وهو فقط الجزء الداخلي للغاية ، حيث تصل درجات الحرارة إلى 10،000،000 K (وتصل إلى 15000،000 K بحد أقصى في الشمس) أن 99 ٪ من طاقة الشمس يتم إنتاجها.

تشريح الشمس ، بما في ذلك اللب الداخلي ، وهو المكان الوحيد الذي يحدث فيه الانصهار. الصورة الائتمان: ناسا / جيني موتار.

ما يعنيه هذا هو أنه بمرور الوقت ، تنفد الأجزاء الأعمق من الشمس من الوقود الأسرع ، لأنها تحرق الهيدروجين إلى هيليوم حتى يكتمل. قد تتوقع ، كما فعل لين ، أن هذا سيعني أن الشمس ستظل باهتة بمرور الوقت ، حيث يبدأ حرق الوقود الذي يتم إطلاقه في النار. ولكن من دون حدوث ردود الفعل هذه في القلب الأعمق ، فإن ما يحدث بدلاً من ذلك هو أن القلب يبدأ في الانقباض ، وهذا الانكماش في الجاذبية يطلق طاقة أكثر ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة الداخلية. عندما يحدث هذا ، يبدأ الانصهار يحدث بمعدلات أسرع وعلى حجم أكبر من المناطق الداخلية للشمس. بمعنى آخر ، بمرور الوقت ، سيزداد إنتاج الطاقة للشمس ، وهذا شيء يحدث منذ أكثر من أربعة مليارات سنة!

تطور لمعان الشمس (الخط الأحمر) مع مرور الوقت. رصيد الصورة: مستخدم wikimedia commons RJHall بموجب ترخيص c.c.a.-s.a.-3.0 ؛ استنادًا إلى ريباس ، إيجناسي (فبراير 2010) تقلب الطاقة الشمسية والنجومية: التأثير على الأرض والكواكب ، وقائع الاتحاد الفلكي الدولي ، ندوة الاتحاد الدولي للمكفوفين ، المجلد 264 ، الصفحات 3-18.

عندما كانت شمسنا نجمة مولودة حديثًا ، فمن المحتمل أن يكون لديها فقط حوالي 75-80٪ من الطاقة الناتجة اليوم. بفضل النباتات والحيوانات والمحيطات والخصائص الجوية لكوكبنا ، تمكنا من التكيف مع تلك درجات الحرارة المتزايدة باطراد لتاريخ كامل لنظامنا الشمسي حتى الآن. ولكن سيكون هناك حد: في مرحلة ما ، سيزداد لمعان الشمس لدرجة أن الأرض ، على مسافة بعيدة عن الشمس ، ستصبح ساخنة بدرجة كافية حتى تغلي محيطاتنا. عندما يحدث هذا ، فإن نفس تأثير الاحتباس الحراري الجامح الذي حدث على كوكب الزهرة - حيث توجد طبقة سميكة من الغيوم التي اكتسحت الكوكب - ستحدث على الأرض أيضًا ، وستظل الحياة على السطح قائمة.

في عالم تغلي فيه المحيطات ويغمرها العالم تمامًا بالغيوم ، قد يكون العيش فوق السحاب مكانًا صالحًا للسكن. الصورة الائتمان: مركز أبحاث لانغلي ناسا. مفهوم الفن.

من المحتمل أن تستمر بعض أشكال الحياة في السحب ، ومن المحتمل أن تتوصل البشرية إلى معرفة كيفية القيام بذلك (إذا كنا لا نزال متواجدين) في ظل هذه الظروف. ولكن هذا سيحدث قبل وقت طويل من نفاد وقود الشمس من الهيدروجين. صحيح أن شمسنا سوف تمر خلال 5 إلى 7 مليارات سنة بالخطوات التالية:

  • نفاد الهيدروجين الأساسية ،
  • توسيع إلى نجم عملاق مشرق للغاية ، حيث يحترق الهيدروجين في قذيفة حول النواة ،
  • البدء في دمج الهيليوم في جوهره عندما تصل درجات الحرارة إلى العتبة الحرجة ،
  • التوسع في العملاق الأحمر الحقيقي ،
  • وتموت في النهاية ، تهب طبقاتها الخارجية في سديم كوكبي مع انقباض القلب إلى قزم أبيض.
من المحتمل أن تكون سديم الكواكب ESO 378–1 ، مع وجود قزم أبيض حديث التكوين في جوهره ، مشابهًا جدًا لمستقبل شمسنا البعيد في حوالي 7 مليارات سنة. رصيد الصورة: ESO ، مأخوذ باستخدام Telescope كبير جدًا.

ولكن بعد مرور ما يقرب من مليار إلى ملياري سنة تقريبًا (وفقًا لمعظم التقديرات) ، ستكون الشمس ساخنة بدرجة تكفي لتبدأ المحيطات في الغليان. في هذه المرحلة ، سيتعين علينا إيجاد منزل جديد ، لأن سطح الأرض سيكون غير صالح للسكن. في النهاية ، سيكون هذا هو النوع الوحيد من ظاهرة الاحتباس الحراري المهم ، حيث ستصبح الشمس أكثر حرارة قبل أن يتجمد نظامنا الشمسي الكبير الأبدي. نحن في معظم الطريق من خلال كوكبنا إلى عالم يسوده العيش ، لذلك من الأفضل أن نحقق أقصى استفادة من الوقت المتبقي!

إرسال أسأل إيثان الأسئلة إلى startswithabang في جوجل دوت كوم!

ظهر هذا المنشور لأول مرة في فوربس ، ويتم إحضاره لك مجانًا من قبل مؤيدي باتريون. التعليق على منتدانا ، وشراء كتابنا الأول: ما وراء المجرة!