Το μέλλον της Γης:Κατανόηση της κατάρρευσης και της πιθανής επιβίωσης του Ήλιου

Η μοίρα της Γης στηρίζεται σε μια ανατροπή νομίσματος.

Σε 5 δισεκατομμύρια χρόνια, ο ήλιος μας θα μετατραπεί σε ένα κόκκινο γίγαντα αστέρι. Το αν η Γη επιβιώνει είναι ένα «ανοιχτό ερώτημα», είπε η Melinda Soares-Furtado, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin, Madison. Σίγουρα, η Γη θα μπορούσε να καταπιεί ο ήλιος και να καταστραφεί. Αλλά σε ορισμένα σενάρια, η Γη δραπετεύει και ωθείται πιο έξω στο ηλιακό σύστημα.

Τώρα, ένα κοντινό πλανητικό σύστημα έχει προσφέρει ενδείξεις για το κοσμικό μέλλον του πλανήτη μας. Περίπου 57 έτη φωτός μακριά, τέσσερις πλανήτες περιφέρονται γύρω από ένα αστέρι που μοιάζει με ήλιο, ηλικίας 10 δισεκατομμυρίων ετών — διπλάσια από τον ήλιο και ήδη σε προχωρημένα στάδια της ζωής του. Ο Στίβεν Κέιν, ένας αστροφυσικός που ειδικεύεται στην κατοικησιμότητα των πλανητών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Ρίβερσαϊντ, πρόσφατα μοντελοποίησε τι μπορεί να συμβεί στους πλανήτες του ηλικιωμένου συστήματος όταν το αστέρι γίνει κόκκινος γίγαντας σε ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Διαπίστωσε ότι οι περισσότεροι από τους εσωτερικούς πλανήτες θα τυλιχθούν, αλλά ότι ο πιο απομακρυσμένος πλανήτης, ο οποίος έχει τροχιά παρόμοια με της Αφροδίτης, μπορεί να επιβιώσει.

Η προχωρημένη ηλικία του αστεριού διευκολύνει τη μοντελοποίηση της επέκτασής του και προσφέρει μια πιο ακριβή πρόβλεψη για το μέλλον του δικού μας πλανητικού συστήματος. «Είναι ένα πολύ ενδιαφέρον έγγραφο», δήλωσε ο Jonathon Zink, αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια. "Εάν μπορούμε να βρούμε [περισσότερα] συστήματα σε διάφορες φάσεις της αστρικής εξέλιξης, μπορούμε πιθανώς να συνδυάσουμε τι πρόκειται [να συμβεί]."

Crispy Worlds

Όταν ένας πλανήτης καταποντίζεται, ο θάνατος μπορεί να είναι γρήγορος. Το 2022, ο Ricardo Yarza, ένας αστρικός αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Santa Cruz, προσομοίωσε τι συμβαίνει όταν ένας κόκκινος γίγαντας καταπιεί έναν πλανήτη. Βρήκε ότι αν ο πλανήτης ξεκινήσει αρκετά κοντά στο αστέρι, η τροχιά του φθείρεται γρήγορα. Το αέριο στην ατμόσφαιρα του άστρου δημιουργεί αντίσταση στον πλανήτη και «ο πλανήτης συνεχίζει να βυθίζεται όλο και πιο βαθιά στο αστέρι», είπε ο Yarza. Μέσα σε μερικές εκατοντάδες χρόνια, οι περισσότεροι πλανήτες θα καταστραφούν.

Μέχρι πρόσφατα, αυτές οι τελευταίες στιγμές της ζωής ενός καταδικασμένου πλανήτη «δεν είχαν παρατηρηθεί ποτέ άμεσα», δήλωσε ο Kishalay De, αστρονόμος στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. Αλλά το 2020, η ομάδα του De είδε ένα αστέρι 12.000 έτη φωτός μακριά να γίνεται προσωρινά μερικές εκατοντάδες φορές φωτεινότερο. Το φλας ήταν πολύ αμυδρό για να προήλθε από συγχώνευση με άλλο αστέρι. Αλλά ήταν ακριβώς η σωστή ένταση που είχε παραχθεί από ένα γεύμα σε μέγεθος πλανήτη, ανέφεραν ο De και οι συνεργάτες του τον Μάιο.

Η ομάδα υπέθεσε ότι ένας πλανήτης μερικές φορές πιο μαζικός από τον Δία είχε πιαστεί καθώς το αστέρι ηλικίας 10 δισεκατομμυρίων ετών άρχισε να επεκτείνεται σε έναν κόκκινο γίγαντα. "Αυτό είναι το μέλλον του ηλιακού μας συστήματος", είπε ο De.

Το εξελισσόμενο αστέρι μας

Όταν ένα αστέρι της κύριας ακολουθίας όπως ο ήλιος μας - που ονομάζεται επίσης αστέρι τύπου G ή κίτρινος νάνος - φτάνει στο τέλος της ζωής του, εξαντλείται το υδρογόνο που χρειάζεται για να τροφοδοτήσει την πυρηνική σύντηξη στον πυρήνα του. Καθώς το αστέρι στρέφεται σε άλλες πηγές καυσίμου και χάνει μάζα, ο πυρήνας του θερμαίνεται και η ατμόσφαιρά του φουσκώνει κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών. Τελικά, ο ήλιος μας θα μεγαλώσει περισσότερο από 200 φορές περισσότερο από το σημερινό του μέγεθος.

Αυτός ο διογκούμενος ήλιος θα καταναλώσει τον Ερμή και πιθανώς την Αφροδίτη, προτού μεγαλώσει τόσο πολύ ώστε να πλησιάσει την τροχιά της Γης - μια απόσταση γνωστή ως μία αστρονομική μονάδα ή AU. Αλλά θα μπορούσε να επεκταθεί ακόμη περισσότερο. «Σε ορισμένα μοντέλα», είπε ο Antonino Lanza, αστρονόμος στο Αστροφυσικό Παρατηρητήριο της Κατάνια στην Ιταλία, «μπορεί να καταπιεί τον Άρη». Η κύρια αβεβαιότητα, είπε, έγκειται στο πόση μάζα θα χάσει ο ήλιος καθώς γερνάει. όσο περισσότερο ρίχνει, τόσο μικρότερη θα είναι η τελική του ακτίνα. "Αυτό είναι ελάχιστα γνωστό", είπε.

Προς το παρόν, οι καλύτερες εκτιμήσεις μας δείχνουν ότι ο ήλιος θα αυξηθεί κάπου μεταξύ 0,85 και 1,5 AU. Αλλά καθώς το αστέρι χάνει μάζα, η ασθενέστερη έλξη της βαρύτητας θα αυξήσει την τροχιά της Γης, πράγμα που σημαίνει ότι ο πλανήτης μας θα μπορούσε να ξεφύγει από την κατάρρευση.

Merrill Sherman/Quanta Magazine

Για να δουν το μέλλον της Γης, οι αστρονόμοι στρέφονται σε μια κρυστάλλινη σφαίρα γεμάτη με εξωγήινα πλανητικά συστήματα. Ο στόχος τους είναι να βρουν αστέρια που μοιάζουν με τον ήλιο που σύντομα θα πέφτουν με μπαλόνια (ή θα έχουν μόλις πέσει) σε κόκκινους γίγαντες.

Γι' αυτό το Rho Coronae Borealis, ένα κοντινό κίτρινο νάνο αστέρι που πιστεύεται ότι φτάνει στο τέλος της ηλιόλουστης ζωής του, τράβηξε την προσοχή του Κέιν. Τρεις από τους τέσσερις γνωστούς πλανήτες του βρίσκονται σε τροχιά κοντά στο αστέρι, πολύ εντός της διαδρομής της Αφροδίτης γύρω από τον ήλιο μας. Ο εξώτατος πλανήτης, με ένα έτος που διαρκεί 282 ημέρες, είναι παρόμοιος σε τροχιά με την Αφροδίτη.

Η ανάλυση του Κέιν, που δημοσιεύτηκε τον περασμένο μήνα, δείχνει ότι το αναπτυσσόμενο αστέρι θα καταβροχθίσει τους τρεις εσωτερικούς πλανήτες. Ο εσώτατος από αυτούς τους κόσμους, που πιστεύεται ότι είναι βραχώδης και σχεδόν τέσσερις φορές η μάζα της Γης, θα εξατμιστεί μέσα σε μερικές εκατοντάδες χρόνια. «Το πλάσμα υπερθερμαίνει τον πλανήτη και τον κάνει ουσιαστικά να διασπαστεί», είπε ο Κέιν. «Ακόμα και οι βράχοι στην επιφάνεια θα λιώσουν». Ο επόμενος κόσμος έξω, ένας αέριος γίγαντας μάζας του Δία, είναι τόσο μεγάλος που θα σπείρα προς τα μέσα και θα διασπαστεί από τη βαρύτητα του άστρου, αντί να εξατμιστεί. Ο τρίτος πλανήτης, ένας κόσμος μικρότερης μάζας Ποσειδώνα, πιθανότατα θα καταποντιστεί και θα εξατμιστεί.

Για να μάθει περισσότερα σχετικά με το πώς τα γηρασμένα αστέρια επηρεάζουν τους πλανήτες που περιφέρονται σε τροχιά, ο Stephen Kane μελέτησε ένα κοντινό αστέρι που μοιάζει με ήλιο και είναι δύο φορές παλαιότερο από τον ήλιο μας. 

Stan Lim

Αλλά ο πιο απόμακρος πλανήτης — επίσης για τη μάζα του Ποσειδώνα — μπορεί να επιβιώσει. Καθώς το αστέρι διαστέλλεται, θα καταπιεί προσωρινά τον πλανήτη για αρκετές χιλιάδες χρόνια. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι ακραίες θερμοκρασίες θα καούν την επιφάνεια του πλανήτη, αλλά ο ίδιος ο πλανήτης θα πρέπει να επιβιώσει επειδή η ατμόσφαιρα του αστεριού δεν είναι πολύ πυκνή σε αυτή την απόσταση. Στη συνέχεια, το αστέρι θα συστέλλεται και θα επεκταθεί για άλλη μια φορά, καταβροχθίζοντας ξανά τον πλανήτη για αρκετές χιλιετίες. Εάν ο πλανήτης μπορεί να επιβιώσει όταν τον παίζουν σαν το ποντίκι μιας γάτας, θα μπορούσε στη συνέχεια να αναδυθεί από την ατμόσφαιρα καθώς το αστέρι συρρικνώνεται για τελευταία φορά. "Έτσι έχει μια ευκαιρία ακριβώς στο τέλος να δραπετεύσει", είπε ο Κέιν.

Ο Κέιν, για παράδειγμα, είναι αισιόδοξος για τις πιθανότητες του πλανήτη και τι μπορεί να σημαίνουν για τον δικό μας κόσμο. "Υποψιάζομαι ότι η Γη θα κινηθεί προς τα έξω και θα επιβιώσει", είπε.

Η Μεγάλη Απόδραση

Εάν ένας πλανήτης μπορεί να ξεφύγει από την κατάρρευση, οι πιθανότητές του για μεγαλύτερη διάρκεια ζωής είναι ελπιδοφόρες. Όταν ένα αστέρι σαν τον ήλιο μας διαστέλλεται σε έναν κόκκινο γίγαντα και ρίχνει τα εξωτερικά του στρώματα, τελικά το μόνο πράγμα που απομένει είναι ένα πυκνό, λευκό-καυτό αστρικό πτώμα γνωστό ως λευκός νάνος. Αυτά τα αντικείμενα περιέχουν έως και τη μισή μάζα του αρχικού άστρου, συσκευασμένη σε μια περιοχή στο μέγεθος της Γης. Θα πρέπει να συνεχίσουν να καίγονται για τρισεκατομμύρια χρόνια.

Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, οι επιστήμονες ανακάλυψαν μια χούφτα εξωπλανήτες σε τροχιά γύρω από λευκούς νάνους, δήλωσε η Mary Anne Limbach, επιστήμονας εξωπλανητών στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Αυτοί οι πλανήτες επέζησαν από τη φάση του κόκκινου γίγαντα του άστρου τους, αν και δεν είναι σαφές ακριβώς πώς. Μερικοί από τους κόσμους — που τείνουν να είναι μεγαλύτεροι αέριοι γίγαντες — ήταν πιθανότατα πολύ μακριά από το άστρο τους για να καταποθούν, ενώ άλλοι μπορεί να έχουν ωθηθεί προς τα έξω καθώς το αστέρι φουσκώνει και φουσκώνει. (Οι αστρονόμοι έχουν επίσης δει στοιχεία ότι ορισμένοι πλανήτες δεν ήταν τόσο τυχεροί με τη μορφή μολυσμένων λευκών νάνων, οι οποίοι είναι πλούσιοι σε στοιχεία που σχετίζονται με πλανήτες, όπως το μαγνήσιο και ο σίδηρος.) Οι συνεχιζόμενες παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) αναμένεται να εμφανίσουν δεκάδες ακόμη εξωπλανήτες σε τροχιά γύρω από το λευκό dwarf.

Όσο ασυνήθιστο κι αν φαίνονται, αυτά τα πλανητικά συστήματα θα μπορούσαν ακόμα να είναι κατοικήσιμα, είπε ο Λίμπαχ, ο οποίος ηγείται ορισμένων από τις παρατηρήσεις λευκών νάνων JWST. "Υπάρχει ένα μέρος γύρω από έναν λευκό νάνο όπου μπορείτε να πάρετε υγρό νερό" στην επιφάνεια ενός πλανήτη, είπε. Αλλά "είναι ένα πολύ απαιτητικό περιβάλλον."

Περισσότερες παρατηρήσεις εξελιγμένων ηλιακών συστημάτων και περισσότερα μοντέλα όπως του Κέιν, θα μπορούσαν να παρέχουν μεγαλύτερη εικόνα για τη μοίρα των δικών μας. Προς το παρόν, ο θάνατος του πλανήτη μας είναι μια ζαριά μακριά από τη βεβαιότητα. Οι άνθρωποι μπορεί να έχουν φύγει εδώ και καιρό από την επιφάνεια της Γης, αλλά οποιοσδήποτε κοιτάζει προς την κατεύθυνση μας σε 5 δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα μπορεί να δει τον πλανήτη μας να βγάζει τις αναπνοές του ήλιου μας που πεθαίνουν — ή, ίσως, να εξαφανιστεί με μια σύντομη λάμψη φωτός.