เบาะแสใหม่สำหรับสิ่งที่จะเกิดขึ้นเมื่อดวงอาทิตย์กินโลก | นิตยสารควอนต้า

ชะตากรรมของโลกขึ้นอยู่กับการพลิกเหรียญ

ในอีก 5 พันล้านปี ดวงอาทิตย์ของเราจะบอลลูนกลายเป็นดาวยักษ์แดง โลกจะมีชีวิตอยู่ต่อไปหรือไม่นั้นเป็น “คำถามเปิด” กล่าว เมลินดา ซวาเรส-ฟูร์ตาโด, นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน แมดิสัน แน่นอนว่าโลกอาจถูกดวงอาทิตย์กลืนกินและถูกทำลายได้ แต่ในบางสถานการณ์ โลกหลุดออกไปและถูกผลักออกสู่ระบบสุริยะมากขึ้น

ขณะนี้ระบบดาวเคราะห์ใกล้เคียงได้เสนอเบาะแสเกี่ยวกับจักรวาลของโลกของเราหลังจากนี้ ห่างออกไปประมาณ 57 ปีแสง มีดาวเคราะห์ 10 ดวงโคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ที่มีอายุ XNUMX หมื่นล้านปี ซึ่งมีอายุมากกว่าดวงอาทิตย์ XNUMX เท่า และอยู่ในขั้นก้าวหน้าของชีวิตแล้ว สตีเฟ่นเคนนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่เชี่ยวชาญด้านความสามารถในการอยู่อาศัยของดาวเคราะห์ ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ เมื่อเร็วๆ นี้ จำลองสิ่งที่อาจเกิดขึ้น ไปยังดาวเคราะห์ในระบบผู้สูงอายุเมื่อดาวฤกษ์กลายเป็นดาวยักษ์แดงในอีกพันล้านปี เขาพบว่าดาวเคราะห์ชั้นในส่วนใหญ่จะถูกกลืนกิน แต่ดาวเคราะห์ชั้นนอกสุดที่เรารู้จักซึ่งมีวงโคจรคล้ายกับดาวศุกร์อาจจะยังมีชีวิตอยู่ได้

อายุที่มากขึ้นของดาวฤกษ์ทำให้ง่ายต่อการจำลองการขยายตัวของมัน และให้การคาดการณ์อนาคตของระบบดาวเคราะห์ของเราที่แม่นยำยิ่งขึ้น “มันเป็นรายงานที่น่าสนใจมาก” กล่าว โจนาธาน ซิงค์, นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย “ถ้าเราสามารถค้นหาระบบ [เพิ่มเติม] ในระยะต่าง ๆ ของการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ เราก็สามารถปะติดปะต่อสิ่งที่จะเกิดขึ้น (ที่จะเกิดขึ้น) ได้”

โลกที่กรอบ

เมื่อดาวเคราะห์ถูกกลืนกิน ความตายอาจเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ในปี 2022 ริคาร์โด้ ยาร์ซาซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดาวฤกษ์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาครูซ จำลอง เกิดอะไรขึ้น เมื่อดาวยักษ์แดงกลืนกินดาวเคราะห์ เขาพบว่าหากดาวเคราะห์เริ่มเข้าใกล้ดาวฤกษ์มากพอ วงโคจรของมันจะสลายตัวอย่างรวดเร็ว ก๊าซในชั้นบรรยากาศของดาวฤกษ์สร้างแรงดึงดูดให้กับดาวเคราะห์ และ "ดาวเคราะห์ก็จมดิ่งลึกลงไปในดาวฤกษ์มากขึ้นเรื่อยๆ" ยาร์ซากล่าว ภายในไม่กี่ร้อยปี ดาวเคราะห์ส่วนใหญ่จะถูกทำลาย

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ช่วงเวลาสุดท้ายของชีวิตของดาวเคราะห์ที่ถึงวาระนี้ “ไม่เคยถูกสังเกตโดยตรงเลย” กล่าว กิชาลาย เดอซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ แต่ในปี 2020 ทีมของเดอมองเห็นดาวดวงหนึ่งซึ่งอยู่ห่างออกไป 12,000 ปีแสง มีความสว่างมากขึ้นสองสามร้อยเท่าชั่วคราว แสงแฟลชสลัวเกินกว่าที่จะเกิดจากการรวมตัวกับดาวดวงอื่น แต่มันเป็นเพียงความเข้มข้นที่เหมาะสมที่เกิดจากอาหารขนาดเท่าดาวเคราะห์ De และเพื่อนร่วมงานของเขา รายงาน ในเดือนพฤษภาคม.

ทีมงานสันนิษฐานว่าดาวเคราะห์ดวงหนึ่งซึ่งมีมวลมากกว่าดาวพฤหัสสองสามเท่าถูกจับขึ้นไปในขณะที่ดาวฤกษ์อายุ 10 พันล้านปีเริ่มขยายตัวเป็นดาวยักษ์แดง “นี่คืออนาคตของระบบสุริยะของเรา” เดอกล่าว

ดาวแห่งการพัฒนาของเรา

เมื่อดาวฤกษ์ในแถบลำดับหลักเช่นดวงอาทิตย์ของเรา หรือที่เรียกว่าดาวประเภท G หรือดาวแคระเหลือง หมดอายุการใช้งาน มันจะสูญเสียไฮโดรเจนที่จำเป็นในการให้พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันในแกนกลางของมัน เมื่อดาวฤกษ์หันไปหาแหล่งเชื้อเพลิงอื่นและสูญเสียมวล แกนกลางของมันก็ร้อนขึ้น และชั้นบรรยากาศก็พองตัวขึ้นเป็นเวลาหลายล้านปี ในที่สุด ดวงอาทิตย์ของเราจะเติบโตกว้างกว่าขนาดปัจจุบันมากกว่า 200 เท่า

ดวงอาทิตย์ที่บวมนั้นจะกลืนดาวพุธและอาจจะเป็นดาวศุกร์ ก่อนที่จะมีขนาดใหญ่มากจนเข้าใกล้วงโคจรของโลก ซึ่งเป็นระยะทางที่เรียกว่าหนึ่งหน่วยดาราศาสตร์หรือ AU แต่สามารถขยายออกไปได้อีก “ในบางรุ่น” กล่าว อันโตนิโน่ ลานซานักดาราศาสตร์จากหอดูดาวดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งคาตาเนียในอิตาลี “มันสามารถกลืนดาวอังคารได้” เขากล่าวว่าความไม่แน่นอนหลักอยู่ที่ว่าดวงอาทิตย์จะสูญเสียมวลเท่าใดเมื่ออายุมากขึ้น ยิ่งมันหลุดออกไปมากเท่าไร รัศมีสุดท้ายก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น “นั่นเป็นความรู้ที่ไม่ดีนัก” เขากล่าว

ในตอนนี้ การประมาณการที่ดีที่สุดของเราแนะนำว่าดวงอาทิตย์จะเติบโตไปที่ใดที่หนึ่งระหว่าง 0.85 ถึง 1.5 AU แต่เมื่อดาวฤกษ์สูญเสียมวล แรงดึงดูดที่อ่อนลงก็จะเพิ่มวงโคจรของโลก ซึ่งหมายความว่าดาวเคราะห์ของเราจะสามารถรอดพ้นจากการถูกกลืนหายไปได้

หากต้องการดูอนาคตของโลก นักดาราศาสตร์หันไปหาลูกบอลคริสตัลที่เต็มไปด้วยระบบดาวเคราะห์ต่างดาว เป้าหมายของพวกเขาคือการหาดาวฤกษ์ที่มีลักษณะคล้ายดวงอาทิตย์ที่จะบอลลูน (หรือเพิ่งจะบอลลูน) กลายเป็นดาวยักษ์แดงในไม่ช้า

นั่นคือสาเหตุที่ Rho Coronae Borealis ซึ่งเป็นดาวแคระเหลืองที่อยู่ใกล้ๆ ซึ่งคิดว่าจะถึงจุดสิ้นสุดของชีวิตที่มีแดดจัด ดึงดูดความสนใจของ Kane ดาวเคราะห์สามในสี่ดวงที่รู้จักโคจรใกล้ดาวฤกษ์ และอยู่ในเส้นทางของดาวศุกร์รอบดวงอาทิตย์ของเรา ดาวเคราะห์ชั้นนอกสุดซึ่งมีหนึ่งปียาวนาน 282 วัน มีวงโคจรใกล้เคียงกับดาวศุกร์

บทวิเคราะห์ของเคน เผยแพร่เมื่อเดือนที่แล้วแสดงให้เห็นว่าดาวฤกษ์ที่กำลังเติบโตจะดูดกลืนดาวเคราะห์ชั้นในทั้งสามดวง ส่วนในสุดของโลกเหล่านั้น ซึ่งคิดว่าเป็นหินและมีมวลเกือบสี่เท่าของโลก จะระเหยออกไปภายในไม่กี่ร้อยปี “พลาสมาทำให้ดาวเคราะห์ร้อนจัดและทำให้มันพังทลายลง” Kane กล่าว “แม้แต่หินที่อยู่บนพื้นผิวก็ยังละลายหายไป” โลกหน้าคือก๊าซยักษ์มวลดาวพฤหัสบดี มีขนาดใหญ่มากจนมันจะหมุนวนเข้าด้านในและถูกแรงโน้มถ่วงของดาวฉีกออกจากกัน แทนที่จะระเหยไป ดาวเคราะห์ดวงที่สามซึ่งเป็นโลกที่มีมวลดาวเนปจูนมีขนาดเล็กกว่า ก็น่าจะถูกกลืนหายไปและระเหยไปเช่นกัน

แต่ดาวเคราะห์ชั้นนอกสุดซึ่งมีมวลเท่ากับดาวเนปจูนก็อาจอยู่รอดได้ เมื่อดาวฤกษ์ขยายตัว มันจะกลืนกินโลกชั่วคราวเป็นเวลาหลายพันปี ในช่วงเวลานี้ อุณหภูมิสุดขั้วจะทำให้พื้นผิวดาวเคราะห์ไหม้เกรียม แต่ตัวดาวเคราะห์เองก็น่าจะอยู่รอดได้เพราะชั้นบรรยากาศของดาวฤกษ์ไม่ได้หนาแน่นมากนักในระยะนี้ จากนั้นดาวฤกษ์จะหดตัวและขยายตัวอีกครั้ง และกลืนกินดาวเคราะห์ดวงนี้เป็นเวลาหลายพันปี หากดาวเคราะห์สามารถอยู่รอดได้ด้วยการเล่นเหมือนหนูแมวตัวผู้ มันก็อาจโผล่ออกมาจากชั้นบรรยากาศในขณะที่ดาวฤกษ์หดตัวเป็นครั้งสุดท้าย “ดังนั้นจึงมีโอกาสในตอนท้ายที่จะหลบหนี” เคนกล่าว

ประการหนึ่ง Kane รู้สึกสบายใจกับโอกาสของโลกนี้และความหมายที่อาจมีความหมายต่อโลกของเราเอง “ฉันสงสัยว่าโลกจะเคลื่อนออกไปด้านนอก และมันจะรอด” เขากล่าว

เกรท

หากดาวเคราะห์สามารถหลุดพ้นจากการกลืนกินได้ โอกาสที่จะมีชีวิตยืนยาวขึ้นก็มีแนวโน้มที่ดี เมื่อดาวฤกษ์เช่นดวงอาทิตย์ของเราขยายตัวเป็นดาวยักษ์แดงและหลุดลอกชั้นนอกของมันออกไป ในที่สุดสิ่งเดียวที่เหลืออยู่ก็คือซากดาวฤกษ์ร้อนจัดสีขาวหนาแน่นที่เรียกว่าดาวแคระขาว วัตถุเหล่านี้มีมวลเท่ากับครึ่งหนึ่งของดาวฤกษ์ดั้งเดิมและอัดแน่นอยู่ในพื้นที่ที่มีขนาดเท่าโลก พวกเขาควรจะเผาไหม้ต่อไปเป็นเวลาหลายล้านล้านปี

ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่า ดาวเคราะห์นอกระบบจำนวนหนึ่ง ที่โคจรรอบดาวแคระขาว กล่าว แมรี แอนน์ ลิมบาคนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบจากมหาวิทยาลัยมิชิแกน ดาวเคราะห์เหล่านี้รอดพ้นจากช่วงดาวยักษ์แดงของพวกมันได้ แม้ว่าจะไม่ชัดเจนว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร โลกบางดวงซึ่งมีแนวโน้มจะเป็นดาวก๊าซยักษ์อาจอยู่ห่างจากดาวฤกษ์ของมันเกินกว่าจะกลืนลงไปได้ ในขณะที่โลกอื่นๆ อาจถูกผลักออกไปเมื่อดาวฤกษ์พองและพองตัว (นักดาราศาสตร์ยังได้เห็นหลักฐานว่ามีดาวเคราะห์บางดวงอยู่ด้วย ไม่โชคดี ในรูปแบบของ ดาวแคระขาวที่ปนเปื้อนซึ่งมีองค์ประกอบมากมายที่เกี่ยวข้องกับดาวเคราะห์ เช่น แมกนีเซียมและเหล็ก) การสังเกตการณ์ที่กำลังดำเนินอยู่โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) คาดว่าจะทำให้ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะอีกหลายสิบดวงโคจรรอบดาวแคระขาว

ลิมบาค ซึ่งเป็นผู้นำการสำรวจดาวแคระขาวของ JWST แม้จะดูผิดปกติ แต่ระบบดาวเคราะห์เหล่านี้ก็ยังคงสามารถเอื้ออาศัยได้ “มีสถานที่รอบๆ ดาวแคระขาวที่คุณสามารถรับน้ำของเหลวได้” บนพื้นผิวดาวเคราะห์ เธอกล่าว แต่ “มันเป็นสภาพแวดล้อมที่ท้าทายมาก”

การสังเกตการณ์ระบบสุริยะที่พัฒนาแล้วมากขึ้น และแบบจำลองอื่นๆ เช่นของ Kane สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกมากขึ้นเกี่ยวกับชะตากรรมของเราเอง สำหรับตอนนี้ การตายของโลกของเรานั้นเป็นเพียงการทอยลูกเต๋าที่ห่างไกลจากความแน่นอน มนุษย์อาจหายไปจากพื้นผิวโลกมานานแล้ว แต่ใครก็ตามที่มองมาในทิศทางของเราในอีก 5 พันล้านปีต่อจากนี้ อาจเห็นว่าดาวเคราะห์ของเราขับไล่ลมหายใจที่กำลังจะตายของดวงอาทิตย์ออกไป หรือบางทีอาจหายไปในแสงแฟลชสั้นๆ

ควอนตั้ม กำลังดำเนินการสำรวจชุดต่างๆ เพื่อให้บริการผู้ชมของเราได้ดียิ่งขึ้น เอาของเรา แบบสำรวจผู้อ่านฟิสิกส์ และคุณจะถูกป้อนเพื่อรับรางวัลฟรี ควอนตั้ม สินค้า.