أدلة جديدة عما سيحدث عندما تأكل الشمس الأرض | مجلة كوانتا

إن مصير الأرض يعتمد على قلب العملة.

وبعد 5 مليارات سنة، ستتضخم شمسنا لتتحول إلى نجم عملاق أحمر. وقال إن بقاء الأرض على قيد الحياة هو "سؤال مفتوح". ميليندا سواريس-فورتادو، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة ويسكونسن ماديسون. من المؤكد أن الشمس يمكن أن تبتلع الأرض وتدمرها. لكن في بعض السيناريوهات، تفلت الأرض ويتم دفعها إلى داخل النظام الشمسي.

الآن، قدم نظام كوكبي قريب أدلة على المستقبل الكوني لكوكبنا. على بعد حوالي 57 سنة ضوئية، تدور أربعة كواكب حول نجم شبيه بالشمس يبلغ عمره 10 مليارات سنة، أي ضعف عمر الشمس، وهو بالفعل في مراحل متقدمة من حياته. ستيفن كين، عالم فيزياء فلكية متخصص في صلاحية الكواكب للسكن في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، مؤخرًا نموذج لما يمكن أن يحدث إلى كواكب النظام القديم عندما يصبح النجم عملاقا أحمر خلال مليار سنة. ووجد أن معظم الكواكب الداخلية سوف تُبتلع، لكن الكوكب الخارجي المعروف، والذي له مدار مشابه لمدار كوكب الزهرة، قد يبقى على قيد الحياة.

إن العمر المتقدم للنجم يجعل من السهل نمذجة توسعه ويقدم توقعات أكثر دقة لمستقبل نظامنا الكوكبي. قال: "إنها ورقة مثيرة للاهتمام للغاية". جوناثان زينك، عالم فيزياء فلكية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. "إذا تمكنا من العثور على المزيد من الأنظمة في مراحل مختلفة من تطور النجوم، فمن المحتمل أن نتمكن من تجميع ما سيحدث".

عوالم مقرمشة

عندما يبتلع كوكب ما، يمكن أن يكون الموت سريعًا. في عام 2022، ريكاردو يارزا، عالم الفيزياء الفلكية النجمية في جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز، قام بمحاكاة ماذا حدث عندما يبتلع عملاق أحمر كوكبا. ووجد أنه إذا بدأ الكوكب قريبًا بدرجة كافية من النجم، فإن مداره يضمحل بسرعة. وقال يارزا إن الغاز الموجود في الغلاف الجوي للنجم يخلق عبئا على الكوكب، و"يستمر الكوكب في الانغماس بشكل أعمق وأعمق في النجم". وفي غضون بضع مئات من السنين، سيتم تدمير معظم الكواكب.

وقال إنه حتى وقت قريب، لم يتم رصد هذه اللحظات الأخيرة من حياة الكوكب المنكوب بشكل مباشر كيشالاي دي، عالم فلك في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. لكن في عام 2020، رأى فريق دي نجمًا على بعد 12,000 سنة ضوئية، يصبح مؤقتًا أكثر سطوعًا ببضع مئات المرات. كان الوميض خافتًا جدًا بحيث لا يمكن أن يأتي من اندماج مع نجم آخر. لكنها كانت بالشدة المناسبة التي تم إنتاجها بواسطة وجبة بحجم كوكب الأرض، كما قال دي وزملاؤه وذكرت بشهر مايو.

وتوقع الفريق أن كوكبًا أكبر عدة مرات من كوكب المشتري قد تم اكتشافه عندما بدأ النجم البالغ من العمر 10 مليارات عام في التوسع ليصبح عملاقًا أحمر. وقال دي: "هذا هو مستقبل نظامنا الشمسي".

نجمنا المتطور

عندما يصل نجم التسلسل الرئيسي مثل شمسنا - والذي يُطلق عليه أيضًا نجم من النوع G أو القزم الأصفر - إلى نهاية حياته، ينفد الهيدروجين اللازم لتشغيل الاندماج النووي في قلبه. عندما يلجأ النجم إلى مصادر وقود أخرى ويفقد كتلته، يصبح قلبه أكثر سخونة، وينتفخ غلافه الجوي على مدى ملايين السنين. في نهاية المطاف، سوف تنمو شمسنا أكثر من 200 مرة أكبر من حجمها الحالي.

سوف تستهلك تلك الشمس المتضخمة عطارد، وربما كوكب الزهرة، قبل أن تنمو بشكل كبير بحيث تقترب من مدار الأرض - وهي مسافة تعرف بوحدة فلكية واحدة، أو AU. لكنها يمكن أن تتوسع إلى أبعد من ذلك. قال: «في بعض النماذج». أنتونينو لانزاوقال عالم فلك في مرصد الفيزياء الفلكية في كاتانيا بإيطاليا: "يمكن أن يبتلع المريخ". وقال إن عدم اليقين الرئيسي يكمن في مقدار الكتلة التي ستفقدها الشمس مع تقدمها في العمر؛ كلما تساقطت أكثر، كلما كان نصف قطرها النهائي أصغر. قال: "وهذا غير معروف".

في الوقت الحالي، تشير أفضل تقديراتنا إلى أن الشمس ستنمو إلى مكان يتراوح بين 0.85 و1.5 وحدة فلكية. ولكن عندما يفقد النجم كتلته، فإن سحب الجاذبية الأضعف سيزيد من مدار الأرض، مما يعني أن كوكبنا يمكن أن ينجو من الابتلاع.

لرؤية مستقبل الأرض، يلجأ علماء الفلك إلى كرة بلورية مليئة بأنظمة الكواكب الغريبة. هدفهم هو العثور على النجوم الشبيهة بالشمس والتي سوف تنتفخ قريبًا (أو تضخمت للتو) لتصبح عمالقة حمراء.

ولهذا السبب لفت انتباه كين، النجم القزم الأصفر القريب Rho Coronae Borealis، والذي يُعتقد أنه وصل إلى نهاية حياته المشمسة. ثلاثة من كواكبها الأربعة المعروفة تدور بالقرب من النجم، ضمن مسار كوكب الزهرة حول شمسنا. الكوكب الخارجي، الذي تبلغ مدته 282 يومًا، يشبه في مداره كوكب الزهرة.

تحليل كين, نشرت الشهر الماضييظهر أن النجم المتنامي سوف يبتلع الكواكب الداخلية الثلاثة. ويعتقد أن أعمق هذه العوالم صخرية وتبلغ كتلتها ما يقرب من أربعة أضعاف كتلة الأرض، وسوف تتبخر في غضون بضع مئات من السنين. وقال كين: "إن البلازما تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الكوكب وتتسبب في انهياره بشكل أساسي". "حتى الصخور الموجودة على السطح سوف تذوب." العالم التالي، وهو عملاق غازي كتلته كتلة كوكب المشتري، كبير جدًا لدرجة أنه سوف يتجه نحو الداخل ويتمزق بفعل جاذبية النجم، بدلاً من أن يتبخر. ومن المرجح أيضًا أن يُبتلع الكوكب الثالث، وهو عالم أصغر حجمًا من كتلة نبتون، ويتبخر.

لكن الكوكب الخارجي - الذي تبلغ كتلته أيضًا كتلة نبتون - قد يبقى على قيد الحياة. ومع توسع النجم، سوف يبتلع الكوكب مؤقتًا لعدة آلاف من السنين. خلال هذا الوقت، ستؤدي درجات الحرارة القصوى إلى تحميص سطح الكوكب، لكن الكوكب نفسه يجب أن يبقى على قيد الحياة لأن الغلاف الجوي للنجم ليس كثيفًا جدًا عند هذه المسافة. بعد ذلك، سينكمش النجم ويتوسع مرة أخرى، ليبتلع الكوكب مرة أخرى لعدة آلاف السنين. إذا تمكن الكوكب من النجاة من التلاعب به مثل فأر القط، فيمكنه بعد ذلك الخروج من الغلاف الجوي مع انكماش النجم للمرة الأخيرة. وقال كين: "لذا، هناك فرصة في النهاية للهروب".

كين، على سبيل المثال، متفائل بشأن فرص الكوكب وما قد تعنيه لعالمنا. وقال: "أظن أن الأرض سوف تتحرك إلى الخارج، وسوف تبقى على قيد الحياة".

الهروب الكبير

إذا تمكن كوكب ما من الهروب من الغمر، فإن فرصه في حياة أطول ستكون واعدة. عندما يتوسع نجم مثل شمسنا إلى عملاق أحمر ويتخلص من طبقاته الخارجية، فإن الشيء الوحيد المتبقي في النهاية هو جثة نجمية كثيفة بيضاء حارة تُعرف باسم القزم الأبيض. تحتوي هذه الأجسام على ما يعادل نصف كتلة النجم الأصلي، ومكدسة في منطقة بحجم الأرض. وينبغي أن تستمر في الاحتراق لتريليونات السنين.

وفي العقدين الماضيين، اكتشف العلماء أ حفنة من الكواكب الخارجية وقال تدور حول الأقزام البيضاء ماري آن ليمباخ، عالم الكواكب الخارجية في جامعة ميشيغان. نجت هذه الكواكب من مرحلة العملاق الأحمر لنجمها، على الرغم من أنه ليس من الواضح كيف بالضبط. ربما كانت بعض العوالم - التي تميل إلى أن تكون عمالقة غازية أكبر - بعيدة جدًا عن نجمها بحيث لا يمكن ابتلاعها، في حين ربما تم دفع بعضها الآخر إلى الخارج بينما كان النجم ينفخ وينفخ. (وقد رأى علماء الفلك أيضًا أدلة على أن بعض الكواكب كانت كذلك ليس محظوظا جدا في شكل الأقزام البيضاء الملوثة، وهي غنية بالعناصر المرتبطة بالكواكب، مثل المغنيسيوم والحديد.) ومن المتوقع أن تؤدي الملاحظات المستمرة بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) إلى ظهور عشرات الكواكب الخارجية الأخرى التي تدور حول الأقزام البيضاء.

قال ليمباخ، الذي يقود بعض عمليات رصد الأقزام البيضاء في تلسكوب جيمس ويب الفضائي، رغم أنها قد تبدو غير عادية، إلا أنها لا تزال صالحة للسكن. وقالت: "هناك مكان حول القزم الأبيض حيث يمكنك الحصول على الماء السائل" على سطح الكوكب. لكنها "بيئة مليئة بالتحديات للغاية".

المزيد من الملاحظات حول الأنظمة الشمسية المتطورة، والمزيد من النماذج مثل نموذج كين، يمكن أن توفر رؤية أفضل لمصير كوكبنا. في الوقت الحالي، يعتبر موت كوكبنا بمثابة رمية نرد بعيدة عن اليقين. قد يكون البشر قد اختفوا منذ فترة طويلة عن سطح الأرض، ولكن أي شخص ينظر في اتجاهنا بعد 5 مليارات سنة من الآن قد يرى كوكبنا وهو يخرج من أنفاس شمسنا المحتضرة - أو ربما يختفي في ومضة قصيرة من الضوء.

كوانتا تجري سلسلة من الدراسات الاستقصائية لخدمة جمهورنا بشكل أفضل. خذ خاصتنا مسح قارئ الفيزياء وسيتم إدخالك للفوز مجانا كوانتا بضائع.