Από την αρχή της ανθρώπινης ιστορίας, οι άνθρωποι έχουν καταλάβει ότι ο Ήλιος είναι ένα κεντρικό μέρος της ζωής όπως τον ξέρουμε. Είναι σημαντικό για αμέτρητα μυθολογικά και κοσμολογικά συστήματα σε όλο τον κόσμο, είναι απόδειξη αυτού. Αλλά καθώς η κατανόησή μας γι' αυτό ωρίμασε, μάθαμε ότι ο Ήλιος ήταν εδώ πολύ πριν από εμάς και θα είναι εδώ πολύ αφού φύγουμε. Έχοντας σχηματιστεί περίπου 4,6 χρυσά χρόνια πριν, ο Ήλιος μας ξεκίνησε τη ζωή του περίπου 40 εκατομμύρια χρόνια πριν σχηματιστεί η Γη μας.
Από τότε, ο Ήλιος βρίσκεται σε αυτό που είναι γνωστό ως η Κύρια Ακολουθία του, όπου η πυρηνική σύντηξη στον πυρήνα του τον αναγκάζει να εκπέμπει ενέργεια και φως, κρατώντας μας εδώ στη Γη τρεφόμενους. Αυτό θα διαρκέσει για άλλα 4,5 – 5,5 δισεκατομμύρια χρόνια, οπότε θα εξαντλήσει το απόθεμα υδρογόνου και ηλίου και θα υποστεί κάποιες σοβαρές αλλαγές. Αν υποθέσουμε ότι η ανθρωπότητα είναι ακόμα ζωντανή και καλεί τη Γη στο σπίτι αυτή τη στιγμή, ίσως θέλουμε να σκεφτούμε να ξεφύγουμε!
Η Γέννηση του Ήλιου μας:
Η κυρίαρχη θεωρία για το πώς σχηματίστηκαν ο Ήλιος και το Ηλιακό μας Σύστημα είναι γνωστή ως Θεωρία Νεφελωμάτων , το οποίο αναφέρει ότι ο Ήλιος και όλοι οι πλανήτες ξεκίνησαν πριν από δισεκατομμύρια χρόνια ως ένα γιγάντιο σύννεφο μοριακού αερίου και σκόνης. Στη συνέχεια, πριν από περίπου 4,57 δισεκατομμύρια χρόνια, αυτό το σύννεφο γνώρισε βαρυτική κατάρρευση στο κέντρο του, όπου οτιδήποτε από ένα διερχόμενο αστέρι έως ένα ωστικό κύμα που προκλήθηκε από μια σουπερνόβα πυροδότησε τη διαδικασία που οδήγησε στη γέννηση του Ήλιου μας.
Βασικά, αυτό έλαβε χώρα αφού θύλακες σκόνης και αερίου άρχισαν να συγκεντρώνονται σε πιο πυκνές περιοχές. Καθώς αυτές οι περιοχές τραβούσαν όλο και περισσότερη ύλη, η διατήρηση της ορμής τις έκανε να αρχίσουν να περιστρέφονται, ενώ η αυξανόμενη πίεση τις προκάλεσε να θερμανθούν. Το μεγαλύτερο μέρος του υλικού κατέληξε σε μια μπάλα στο κέντρο, ενώ η υπόλοιπη ύλη ισοπεδώθηκε σε ένα μεγάλο δίσκο που έκανε κύκλους γύρω του.
Τα νεαρά αστέρια έχουν έναν δίσκο αερίου και σκόνης γύρω τους που ονομάζεται πρωτοπλανητικός δίσκος. Από αυτόν τον δίσκο σχηματίζονται πλανήτες και η παρουσία υδάτινου πάγου στο δίσκο επηρεάζει το πού σχηματίζονται διαφορετικοί τύποι πλανητών. Πίστωση: NASA/JPL-Caltech
Η μπάλα στο κέντρο θα σχηματίσει τελικά τον Ήλιο, ενώ ο δίσκος του υλικού θα σχηματίσει τους πλανήτες. Στη συνέχεια, ο Ήλιος πέρασε τα επόμενα 100.000 χρόνια ως πρωτάστερος που καταρρέει προτού η θερμοκρασία και οι πιέσεις στο εσωτερικό πυροδοτήσουν τη σύντηξη στον πυρήνα του. Ο Ήλιος ξεκίνησε ως α αστέρι T Tauri – ένα άγρια ενεργό αστέρι που εκτόξευσε έναν έντονο ηλιακό άνεμο. Και μόλις μερικά εκατομμύρια χρόνια αργότερα, εγκαταστάθηκε στη σημερινή του μορφή.
Κύρια ακολουθία:
Τα τελευταία 4,57 δισεκατομμύρια χρόνια (δώστε ή πάρτε μια ή δύο μέρες), ο Ήλιος ήταν στην Κύρια Ακολουθία της ζωής του. Αυτό χαρακτηρίζεται από τη διαδικασία όπου το καύσιμο υδρογόνου, υπό τεράστια πίεση και θερμοκρασίες στον πυρήνα του, μετατρέπεται σε ήλιο. Εκτός από την αλλαγή των ιδιοτήτων της συστατικής ύλης, αυτή η διαδικασία παράγει επίσης μια τεράστια ποσότητα ενέργειας. Συνολικά, κάθε δευτερόλεπτο, 600 εκατομμύρια τόνοι ύλης μετατρέπονται σε νετρίνα, ηλιακή ακτινοβολία και περίπου 4 x 1027Watt ενέργειας.
Φυσικά, αυτή η διαδικασία δεν μπορεί να διαρκέσει για πάντα αφού εξαρτάται από την παρουσία ύλης που καταναλώνεται τακτικά. Καθώς ο χρόνος περνά και περισσότερο υδρογόνο μετατρέπεται σε ήλιο, ο πυρήνας θα συνεχίσει να συρρικνώνεται, επιτρέποντας στα εξωτερικά στρώματα του Ήλιου να πλησιάσουν στο κέντρο και να βιώσουν μια ισχυρότερη βαρυτική δύναμη.
Αυτό θα ασκήσει μεγαλύτερη πίεση στον πυρήνα, στον οποίο αντιστέκεται η προκύπτουσα αύξηση του ρυθμού με τον οποίο συμβαίνει σύντηξη. Βασικά, αυτό σημαίνει ότι καθώς ο Ήλιος συνεχίζει να καταναλώνει υδρογόνο στον πυρήνα του, η διαδικασία σύντηξης επιταχύνεται και η παραγωγή του Ήλιου αυξάνεται. Προς το παρόν, αυτό οδηγεί σε αύξηση 1% στη φωτεινότητα κάθε 100 εκατομμύρια χρόνια και σε αύξηση 30% κατά τη διάρκεια των τελευταίων 4,5 δισεκατομμυρίων ετών.
Ο κύκλος ζωής ενός αστεριού σαν τον Ήλιο, από τη γέννησή του στην αριστερή πλευρά του πλαισίου έως την εξέλιξή του σε έναν κόκκινο γίγαντα στα δεξιά μετά από δισεκατομμύρια χρόνια. Πίστωση: ESO/M. Kornmesser
Σε περίπου 1,1 δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα, ο Ήλιος θα είναι 10% φωτεινότερος από ό,τι σήμερα. Αυτή η αύξηση της φωτεινότητας θα σημαίνει επίσης αύξηση της θερμικής ενέργειας, την οποία θα απορροφήσει η ατμόσφαιρα της Γης. Αυτό θα προκαλέσει ένα αφανές φαινόμενο του θερμοκηπίου που είναι παρόμοιο με αυτό που μετέτρεψε την Αφροδίτη στο τρομερό θερμοκήπιο που είναι σήμερα.
Σε 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, ο Ήλιος θα είναι 40% φωτεινότερος από ό,τι είναι τώρα, κάτι που θα προκαλέσει βρασμό των ωκεανών, μόνιμο λιώσιμο των πάγων και απώλεια όλων των υδρατμών στην ατμόσφαιρα στο διάστημα. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, η ζωή όπως τη γνωρίζουμε δεν θα είναι σε θέση να επιβιώσει πουθενά στην επιφάνεια και ο πλανήτης Γη θα μετατραπεί πλήρως σε έναν άλλο ζεστό, ξηρό κόσμο, όπως ακριβώς η Αφροδίτη.
Φάση κόκκινος γίγαντας:
Σε 5,4 δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα, ο Ήλιος θα εισέλθει σε αυτό που είναι γνωστό ως το Κόκκινος Γίγαντας φάση της εξέλιξής του. Αυτό θα ξεκινήσει μόλις εξαντληθεί όλο το υδρογόνο στον πυρήνα και η αδρανής τέφρα ηλίου που έχει συσσωρευτεί εκεί γίνει ασταθής και καταρρεύσει υπό το βάρος της. Αυτό θα αναγκάσει τον πυρήνα να θερμανθεί και να γίνει πιο πυκνός, με αποτέλεσμα ο Ήλιος να μεγαλώσει σε μέγεθος.
Υπολογίζεται ότι ο διαστελλόμενος Ήλιος θα γίνει αρκετά μεγάλος ώστε να περικλείει την τροχιά του Ερμής , Αφροδίτη , και ίσως ακόμη και τη Γη. Ακόμα κι αν η Γη επιβίωνε όταν καταναλωθεί, η νέα της γειτνίαση με την έντονη θερμότητα αυτού του κόκκινου ήλιου θα έκαιγε τον πλανήτη μας και θα καθιστούσε εντελώς αδύνατη την επιβίωση της ζωής. Ωστόσο, οι αστρονόμοι έχουν σημειώσει ότι καθώς ο Ήλιος διαστέλλεται, η τροχιά του πλανήτη είναι πιθανό να αλλάξει επίσης.
Όταν ο Ήλιος φτάσει σε αυτό το τελευταίο στάδιο της αστρικής του εξέλιξης, θα χάσει μια τεράστια ποσότητα μάζας μέσω ισχυρών αστρικών ανέμων. Βασικά, καθώς μεγαλώνει, χάνει μάζα, με αποτέλεσμα οι πλανήτες να στριφογυρίζουν προς τα έξω. Οπότε το ερώτημα είναι, θα ξεπεράσει ο διαστελλόμενος Ήλιος τους πλανήτες που κινούνται σπειροειδώς προς τα έξω ή η Γη (και ίσως ακόμη και η Αφροδίτη) θα ξεφύγει από τα χέρια της;
Ο K.-P Schroder και ο Robert Cannon Smith είναι δύο ερευνητές που έχουν ασχοληθεί με αυτό ακριβώς το ερώτημα. Σε μια ερευνητική εργασία με τίτλο « Αναθεωρημένο το μακρινό μέλλον του Ήλιου και της Γης ” που εμφανίστηκε στοΜηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας, έκαναν τους υπολογισμούς με τα πιο σύγχρονα μοντέλα αστρικής εξέλιξης.
Σύμφωνα με τους Schroder και Smith, όταν ο Ήλιος γίνει κόκκινος γίγαντας σε 7,59 δισεκατομμύρια χρόνια, θα αρχίσει να χάνει γρήγορα μάζα. Μέχρι να φτάσει στη μεγαλύτερη ακτίνα του, 256 φορές το σημερινό του μέγεθος, θα έχει μειωθεί μόνο στο 67% της τρέχουσας μάζας του. Όταν ο Ήλιος αρχίσει να διαστέλλεται, θα το κάνει γρήγορα, σαρώνοντας το εσωτερικό Ηλιακό Σύστημα σε μόλις 5 εκατομμύρια χρόνια.
Στη συνέχεια θα εισέλθει στη σχετικά σύντομη (130 εκατομμύρια χρόνια) φάση της καύσης ηλίου, οπότε θα επεκταθεί πέρα από την τροχιά του Ερμή και μετά την Αφροδίτη. Μέχρι να πλησιάσει τη Γη, θα χάνει 4,9 x 10είκοσιτόνους μάζας κάθε χρόνο (8% της μάζας της Γης).
Αλλά θα επιβιώσει η Γη;:
Τώρα εδώ είναι που τα πράγματα γίνονται λίγο «καλά νέα/κακά νέα». Τα κακά νέα, σύμφωνα με τους Schroder και Smith, είναι ότι η Γη ΔΕΝ θα επιβιώσει από την διαστολή του Ήλιου. Παρόλο που η Γη θα μπορούσε να επεκταθεί σε μια τροχιά 50% πιο μακριά από ό,τι είναι σήμερα (1,5 AUs), δεν θα έχει την ευκαιρία. Ο διαστελλόμενος Ήλιος θα καταβροχθίσει τη Γη λίγο πριν φτάσει στην κορυφή της φάσης του κόκκινου γίγαντα και ο Ήλιος θα έχει ακόμη 0,25 AU και 500.000 χρόνια για να αναπτυχθεί.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για ένα αστέρι του κόκκινου γίγαντα. Πίστωση: NASA/ Walt Feimer
Μόλις εισέλθει στην ατμόσφαιρα του Ήλιου, η Γη θα συγκρουστεί με σωματίδια αερίου. Η τροχιά του θα φθείρεται και θα στριφογυρίζει προς τα μέσα. Αν η Γη βρισκόταν λίγο πιο μακριά από τον Ήλιο αυτή τη στιγμή, σε 1,15 AU, θα μπορούσε να επιβιώσει στη φάση της διαστολής. Αν μπορούσαμεΣπρώξτεο πλανήτης μας σε αυτή την απόσταση, θα ήμασταν και στην επιχείρηση. Ωστόσο, μια τέτοια συζήτηση είναι εντελώς εικαστική και στη σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας αυτή τη στιγμή.
Και τώρα για τα καλά νέα. Πολύ πριν ο Ήλιος μας εισέλθει στη φάση του Κόκκινου Γίγαντα, είναι κατοικήσιμη ζώνη (όπως το ξέρουμε) θα φύγει. Οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι αυτή η ζώνη θα επεκταθεί πέρα από την τροχιά της Γης σε περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Ο θερμαινόμενος Ήλιος θα εξατμίσει τους ωκεανούς της Γης και στη συνέχεια η ηλιακή ακτινοβολία θα εκτινάξει το υδρογόνο από το νερό. Η Γη δεν θα έχει ποτέ ξανά ωκεανούς και τελικά θα λιώσει.
Ναι, αυτά είναι τα καλά νέα… κάπως. Αλλά το θετικό σε αυτό είναι ότι μπορούμε να πούμε με σιγουριά ότι η ανθρωπότητα θα αναγκαστεί να εγκαταλείψει τη φωλιά πολύ πριν την τυλίξει ο Ήλιος. Και δεδομένου του γεγονότος ότι έχουμε να κάνουμε με χρονοδιαγράμματα που είναι πολύ πέρα από οτιδήποτε μπορούμε πραγματικά να αντιμετωπίσουμε, δεν μπορούμε καν να είμαστε σίγουροι ότι κάποιο άλλο κατακλυσμικό γεγονός δεν θα μας διεκδικήσει νωρίτερα ή ότι δεν θα έχουμε ξεπεράσει πολύ το σημερινό μας εξελικτική φάση.
Ένα ενδιαφέρον παράπλευρο όφελος θα είναι το πώς τα μεταβαλλόμενα όρια της κατοικήσιμης ζώνης του Ήλιου μας θα αλλάξουν και το Ηλιακό Σύστημα. Ενώ η Γη, σε μόλις 1,5 AUs, δεν θα βρίσκεται πλέον εντός της κατοικήσιμης ζώνης του Ήλιου, μεγάλο μέρος του εξωτερικού Ηλιακού Συστήματος θα είναι. Αυτή η νέα κατοικήσιμη ζώνη θα εκτείνεται από 49,4 AU έως 71,4 AU – μέχρι και την περιοχή Ζώνη Cooper – που σημαίνει ότι οι πρώην παγωμένοι κόσμοι θα λιώσουν και θα υπάρχει υγρό νερό πέρα από την τροχιά του Πλούτων .
Ισως Έρις θα είναι ο νέος μας κόσμος, ο νάνος πλανήτης του Πλούτωνα θα είναι η νέα Αφροδίτη και Haumeau , Θα ήθελα , και τα υπόλοιπα θα είναι το εξωτερικό «Ηλιακό Σύστημα». Αλλά αυτό που είναι ίσως πιο συναρπαστικό σε όλα αυτά είναι πώς οι άνθρωποι μπαίνουν στον πειρασμό να ρωτήσουν εξαρχής «θα είναι ακόμα εδώ στο μέλλον», ειδικά όταν αυτό το μέλλον είναι δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα.
Κάπως έτσι, τα θέματα του τι ήρθαν μπροστά μας και τι θα είναι εδώ όταν φύγουμε, συνεχίζουν να μας συναρπάζουν. Και όταν ασχολούμαστε με πράγματα όπως ο Ήλιος μας, η Γη και το γνωστό Σύμπαν, γίνεται απολύτως απαραίτητο. Η ύπαρξή μας μέχρι στιγμής ήταν μια αστραπιαία κίνηση σε σύγκριση με τον κόσμο, και πόσο καιρό θα αντέξουμε παραμένει ένα ανοιχτό ερώτημα.
Έχουμε γράψει πολλά ενδιαφέροντα άρθρα για Ο ήλιος εδώ στο Universe Today. Εδώ είναι Τι χρώμα είναι ο ήλιος; , Τι είδους αστέρι είναι ο Ήλιος; , Πώς παράγει ενέργεια ο Ήλιος; , και Θα μπορούσαμε να Terraform the Sun;
Το Astronomy Cast έχει επίσης μερικά ενδιαφέροντα επεισόδια για το θέμα. Ελέγξτε τα - Επεισόδιο 30: The Sun, Spots and All , Επεισόδιο 108: The Life of the Sun , Επεισόδιο 238: Ηλιακή δραστηριότητα .
Για περισσότερες πληροφορίες, ελέγξτε έξω Οδηγός Ηλιακού Συστήματος της NASA .