by Jillian Scudder , The Conversation
Za kilka miliardów lat Słońce stanie się czerwonym olbrzymem tak dużym, że pochłonie naszą planetę. Ale Ziemia stanie się niezdatna do zamieszkania znacznie wcześniej niż to. Po około miliardach lat Słońce stanie się wystarczająco gorące, aby zagotować nasze oceany.
Słońce jest obecnie sklasyfikowane jako gwiazda „ciągu głównego”. Oznacza to, że znajduje się ono w najbardziej stabilnej części swojego życia, przekształcając wodór obecny w swoim jądrze w hel. Dla gwiazdy takiej wielkości jak nasza, faza ta trwa nieco ponad 8 miliardów lat. Nasz Układ Słoneczny ma nieco ponad 4,5 miliarda lat, więc Słońce jest nieco więcej niż w połowie swojego stabilnego życia.
Nawet gwiazdy umierają
Po tym jak 8 miliardów lat szczęśliwego spalania wodoru w hel dobiegnie końca, życie Słońca staje się nieco bardziej interesujące. Wszystko się zmienia, ponieważ Słońcu kończy się wodór w jego jądrze – pozostaje tylko hel. Problem w tym, że jądro Słońca nie jest wystarczająco gorące ani gęste, by spalać hel.
W gwieździe siła grawitacji ściąga wszystkie gazy w kierunku centrum. Kiedy gwiazda ma wodór do spalenia, tworzenie helu wytwarza wystarczające ciśnienie zewnętrzne, aby zrównoważyć przyciąganie grawitacyjne. Ale kiedy w jądrze gwiazdy nie ma już nic do spalenia, siły grawitacyjne przejmują kontrolę.
W końcu siła ta ściska centrum gwiazdy do takiego stopnia, że zacznie ona spalać wodór w małej powłoce wokół martwego jądra, które wciąż jest pełne helu. Gdy tylko Słońce zacznie spalać więcej wodoru, zostanie uznane za „czerwonego olbrzyma”.
Proces ściskania w centrum pozwala zewnętrznym obszarom gwiazdy rozszerzać się na zewnątrz. Palący się wodór w powłoce wokół jądra znacznie zwiększa jasność Słońca. Ponieważ rozmiary gwiazdy uległy rozszerzeniu, jej powierzchnia ochładza się i przechodzi od stanu biało-gorącego do czerwono-gorącego. Ponieważ gwiazda jest jaśniejsza, bardziej czerwona i fizycznie większa niż wcześniej, nazywamy takie gwiazdy „czerwonymi olbrzymami”.
Płomienny upadek Ziemi
Powszechnie uważa się, że Ziemia jako planeta nie przetrwa ekspansji Słońca w pełnoprawną czerwoną gwiazdę olbrzymią. Powierzchnia Słońca prawdopodobnie osiągnie obecną orbitę Marsa – i choć orbita Ziemi również mogła się nieco rozszerzyć na zewnątrz, nie wystarczy to, by uchronić ją przed wciągnięciem na powierzchnię Słońca, po czym nasza planeta gwałtownie się rozpadnie.
Życie na naszej planecie napotka problemy na długo przed rozpadem samej planety. Nawet zanim Słońce zakończy spalanie wodoru, zmieni się od swojego obecnego stanu. The słońce zwiększać swój jasność wokoło 10% każdy miliard rok ono spędzać palenie wodór. Zwiększona jasność oznacza wzrost ilości ciepła, które otrzymuje nasza planeta. As the planeta ogrzewać, the woda na the powierzchnia nasz planeta zaczynać.
An wzrost the słońce jasność o 10% nad the aktualny poziom brzmieć jak cały dużo, ale ten mały zmiana w nasz gwiazda jasność być całkiem katastrofalny dla nasz planeta. Zmiana ta jest wystarczającym wzrostem energii, aby zmienić położenie strefy zamieszkiwalnej wokół naszej gwiazdy. Strefa zamieszkiwalna jest definiowana jako zakres odległości od dowolnej gwiazdy, w którym woda w stanie ciekłym może być stabilna na powierzchni planety.
Z 10% wzrostem jasności naszej gwiazdy Ziemia nie będzie już w strefie zamieszkiwalnej. Będzie to oznaczać początek wyparowywania naszych oceanów. Do czasu, gdy Słońce przestanie spalać wodór w swoim jądrze, Mars znajdzie się w strefie zamieszkiwalnej, a Ziemia będzie o wiele za gorąca, by utrzymać wodę na swojej powierzchni.
Niepewne modele
Ten 10% wzrost jasności Słońca, wyzwalający wyparowywanie naszych oceanów, nastąpi w ciągu następnego miliarda lat lub coś koło tego. Przewidywania co do tego jak szybko ten proces będzie się rozwijał zależą od tego z kim rozmawiasz. Większość modeli sugeruje, że w miarę jak oceany będą wyparowywać, coraz więcej wody będzie znajdować się w atmosferze zamiast na powierzchni. Będzie to działać jak gaz cieplarniany, zatrzymując jeszcze więcej ciepła i powodując, że coraz więcej oceanów będzie wyparowywać, aż ziemia będzie w większości sucha, a atmosfera będzie zawierać wodę, ale w bardzo wysokiej temperaturze.
Jak atmosfera nasyci się wodą, woda znajdująca się w najwyższych partiach naszej atmosfery będzie bombardowana wysokoenergetycznym światłem słonecznym, które rozszczepi cząsteczki i pozwoli wodzie uciec w postaci wodoru i tlenu, w końcu osuszając Ziemię z wody.
Modele różnią się w kwestii szybkości, z jaką Ziemia osiągnie ten punkt bez powrotu. Niektórzy sugerują, że Ziemia stanie się niegościnna przed upływem 1 miliarda lat, ponieważ interakcje między ogrzewającą się planetą a skałami, oceanami i tektoniką płyt wysuszą planetę jeszcze szybciej. Inni sugerują, że życie może być w stanie utrzymać się nieco dłużej niż 1 miliard lat, ze względu na różne wymagania różnych form życia i okresowych uwolnień krytycznych substancji chemicznych przez tektonikę płyt.
Ziemia jest złożonym systemem – i żaden model nie jest doskonały. Jednak wydaje się prawdopodobne, że pozostało nam nie więcej niż miliard lat, aby życie mogło się rozwijać na naszej planecie.