door Jillian Scudder , The Conversation
Over een paar miljard jaar zal de zon zo’n grote rode reus worden dat onze planeet erdoor verzwolgen zal worden. Maar de aarde zal al veel eerder onbewoonbaar worden. Na ongeveer een miljard jaar zal de zon heet genoeg worden om onze oceanen te doen koken.
De zon wordt momenteel geclassificeerd als een “hoofdreeks”-ster. Dit betekent dat zij zich in het meest stabiele deel van haar leven bevindt, waarin de waterstof in haar kern wordt omgezet in helium. Voor een ster zo groot als de onze duurt deze fase iets meer dan 8 miljard jaar. Ons zonnestelsel is iets meer dan 4,5 miljard jaar oud, dus de zon is iets meer dan halverwege haar stabiele leven.
Zelfs sterren sterven
Nadat 8 miljard jaar van gelukkig waterstof verbranden in helium voorbij zijn, wordt het leven van de zon een beetje interessanter. De dingen veranderen omdat de waterstof in de kern van de zon op zal zijn – helium is het enige dat overblijft. Het probleem is dat de kern van de zon niet heet of dicht genoeg is om helium te verbranden.
In een ster trekt de zwaartekracht alle gassen naar het centrum. Als de ster waterstof heeft om te verbranden, levert de vorming van helium genoeg uitwaartse druk op om de zwaartekracht te compenseren. Maar wanneer de ster in de kern niets meer heeft om te verbranden, nemen de gravitatiekrachten het over.
Op den duur drukt die kracht het centrum van de ster zozeer samen, dat hij waterstof gaat verbranden in een kleine schil rond de dode kern, die nog vol helium zit. Zodra de zon meer waterstof begint te verbranden, zou zij als een “rode reus” worden beschouwd.
Het proces van samendrukking in het centrum maakt het mogelijk dat de buitenste regionen van de ster naar buiten uitdijen. Door de brandende waterstof in de schil rond de kern neemt de helderheid van de zon aanzienlijk toe. Omdat de ster groter is geworden, koelt het oppervlak af en gaat van witgloeiend naar roodgloeiend. Omdat de ster helderder, roder en fysiek groter is dan voorheen, noemen we deze sterren “rode reuzen”.
De vurige ondergang van de aarde
Het is algemeen bekend dat de aarde als planeet de uitdijing van de zon tot een volwaardige rode reuzenster niet zal overleven. Het oppervlak van de zon zal waarschijnlijk de huidige baan van Mars bereiken – en, hoewel de baan van de aarde ook iets naar buiten is geëxpandeerd, zal het niet genoeg zijn om haar te redden van het meegesleurd worden in het oppervlak van de zon, waarna onze planeet snel zal desintegreren.
Het leven op de planeet zal in de problemen komen lang voordat de planeet zelf desintegreert. Nog voordat de zon klaar is met het verbranden van waterstof, zal hij veranderd zijn van zijn huidige staat. De zon heeft zijn helderheid verhoogd met ongeveer 10% elk miljard jaar dat hij waterstof brandt. Een grotere helderheid betekent dat onze planeet meer warmte ontvangt. Als de planeet opwarmt, zal het water op het oppervlak van onze planeet beginnen te verdampen.
Een toename van de helderheid van de zon met 10% ten opzichte van het huidige niveau klinkt niet als heel veel, maar deze kleine verandering in de helderheid van onze ster zal behoorlijk catastrofaal zijn voor onze planeet. Deze verandering is voldoende energietoename om de locatie van de bewoonbare zone rond onze ster te veranderen. De bewoonbare zone wordt gedefinieerd als het bereik van afstanden tot een bepaalde ster waar vloeibaar water stabiel kan zijn op het oppervlak van een planeet.
Met een toename van 10% van de helderheid van onze ster, zal de Aarde niet langer binnen de bewoonbare zone liggen. Dit zal het begin zijn van de verdamping van onze oceanen. Tegen de tijd dat de zon stopt met het verbranden van waterstof in haar kern, zal Mars in de bewoonbare zone zijn, en zal de Aarde veel te heet zijn om water op haar oppervlak te houden.
Onzekere modellen
Deze 10% toename van de helderheid van de zon, die de verdamping van onze oceanen in gang zet, zal in de komende miljarden jaren of zo plaatsvinden. Voorspellingen over hoe snel dit proces zich precies zal voltrekken, hangen af van met wie je praat. De meeste modellen suggereren dat naarmate de oceanen verdampen, er meer en meer water in de atmosfeer zal komen in plaats van aan de oppervlakte. Dit zal als broeikasgas werken, nog meer warmte vasthouden en ervoor zorgen dat steeds meer oceanen verdampen, totdat de grond grotendeels droog is en de atmosfeer het water vasthoudt, maar bij een extreem hoge temperatuur.
Als de atmosfeer verzadigd raakt met water, zal het water in de hoogste delen van onze atmosfeer gebombardeerd worden door hoogenergetisch licht van de zon, dat de moleculen zal splitsen en het water zal laten ontsnappen in de vorm van waterstof en zuurstof, waardoor de aarde uiteindelijk leeggebloed zal worden.
Waar de modellen van mening verschillen is over de snelheid waarmee de aarde dit punt bereikt waarop geen terugkeer meer mogelijk is. Sommigen suggereren dat de aarde onherbergzaam zal worden vóór de grens van 1 miljard jaar, omdat de interacties tussen de verhittende planeet en de rotsen, oceanen en platentektoniek de planeet nog sneller zullen uitdrogen. Anderen suggereren dat het leven zich misschien iets langer dan 1 miljard jaar kan handhaven, vanwege de verschillende behoeften van verschillende levensvormen en het periodiek vrijkomen van kritische chemicaliën door platentektoniek.
De aarde is een complex systeem – en geen enkel model is perfect. Het lijkt echter waarschijnlijk dat we niet meer dan een miljard jaar over hebben om leven op onze planeet te laten gedijen.