واندرز فارسی | جهان عجایب

یکی از سوالاتی که تقریبا همیشه در سخنرانی های نجوم مطرح می شود این است که خورشید چه زمانی منفجر می شود؟ البته نمی توان پاسخ دقیقی به آن داد. اما اینکه در نهایت چه اتفاقی برای ستاره ما و منظومه شمسی خواهد افتاد را می توان پیش بینی کرد. ستارگان مانند مردم متولد می شوند، زندگی می کنند و می میرند. و اگر آنها تقریباً به همین ترتیب متولد شوند ، مسیر زندگی آنها به روشهای کاملاً متفاوتی می گذرد و می میرند.

گهواره فضا

بسیاری از نظریه‌های اخترفیزیک مدرن بر این باورند که ستاره‌ها از ابرهای گازی و غباری متولد می‌شوند. چنین ابری که «گهواره ستاره‌ای» نامیده می‌شود، بسیار بزرگ، ده‌ها هزار برابر بزرگ‌تر از منظومه شمسی ما، و بسیار عظیم، میلیون‌ها جرم خورشیدی است.

"گهواره ستاره ای" می تواند به آرامی برای میلیاردها سال به دور کهکشان بچرخد تا زمانی که حادثه ای لازم برای شروع "فعالیت عمومی" رخ دهد. این می تواند یک برخورد با یک "گهواره" دیگر، عبور از بازوی متراکم یک کهکشان مارپیچی، یا یک موج ضربه ای از یک انفجار ابرنواختری در نزدیکی باشد. و سپس در "گهواره ستاره" یک فروپاشی گرانشی رخ می دهد، یعنی یک انقباض سریع. این ابر گاز-غبار به توده‌هایی تقسیم می‌شود که برخی از آنها ساختار ابری خود را حفظ می‌کنند، اما برخی، «کوچک‌ترین» با وزن کمتر از 100 خورشید، می‌توانند ستاره تشکیل دهند. گاز در توده های کوچک با انقباض گرم می شود و به یک پیش ستاره کروی متراکم تبدیل می شود که حول محور خود می چرخد. این یک روند خیره کننده زیبا است.

بعد از این چه خواهد شد؟

اینکه یک پیش ستاره به ستاره تبدیل می شود یا خیر، بستگی به این دارد که دمای هسته آن چقدر بالا می رود. اگر دما به حدود ده میلیون درجه برسد، همجوشی گرمای هسته ای در هسته آغاز می شود (تبدیل هیدروژن به هلیوم). تعادل هیدرواستاتیک در داخل ستاره تازه متولد شده برقرار می شود و فشرده سازی بیشتر متوقف می شود. ستاره ثابت می شود و شروع به درخشش می کند. با گذشت زمان، سیارات می توانند در اطراف ستاره تشکیل شوند و حیات در سیارات به وجود می آید.

اما گاهی اوقات کاملاً متفاوت اتفاق می افتد. گاهی اوقات ستاره های به اصطلاح "مرده" ظاهر می شوند. اگر دمای هسته از همجوشی گرما هسته‌ای کمتر شود، ستاره به یک کوتوله قهوه‌ای تبدیل می‌شود و خیلی سریع، طی ده‌ها میلیون سال می‌میرد. بدون اینکه فرصتی برای شعله ور شدن داشته باشد خاموش می شود. خوشبختانه خورشید ما به گروه اول تعلق دارد و قرار است عمر ستاره ای طولانی (هر چند نه بی نهایت طولانی) داشته باشد. حتی انفجارهای کوچک، طبق استانداردهای کیهانی، می تواند باعث طوفان های مغناطیسی روی زمین و حتی از کار انداختن تجهیزات شود.

مهندسی عمیق تر

اخترفیزیکدانان عمر خورشید را پنج میلیارد سال تخمین می زنند. به قیاس با زندگی انسان، خورشید قبلاً دوره جوانی را ترک کرده است، اما هنوز تا پیری بسیار فاصله دارد. خورشید چراغ ما است و کم کم کار می کند و هیدروژن را به هلیوم تبدیل می کند و به همین دلیل فضای جهان و من و شما را روشن و گرم می کند. باید گفت که در جهان "سلسله مراتب ستاره ای" خورشید از نظر جرم، درخشندگی و موقعیت مکانی بسیار متوسط است. 

(به هر حال، در مورد مناطق داخلی: این یک قیاس نسبتاً دقیق است، زیرا منظومه شمسی بین دو بازوی مارپیچی کهکشان راه شیری در فاصله بسیار قابل توجهی از مرکز آن - 32660 سال نوری قرار دارد.) "سلسله مراتب ستاره ای" برای اخترفیزیکدانان نمودار هرتسسپرونگ-راسل است که وابستگی درخشندگی (درخشندگی) یک ستاره را به رنگ و دمای سطح آن مشخص می کند. بر اساس آن، خورشید تقریباً در وسط «دنباله اصلی» قرار دارد که بیشتر ستارگانی که می شناسیم روی آن قرار دارند. یک چراغ معمولی از کلاس طیفی G، نه کاملاً کوتوله، اما به هیچ وجه غول پیکر نیست.

لکه های روی صورت نور

پنج میلیارد سال همجوشی حرارتی منجر به این واقعیت شده است که تقریباً 40٪ از هیدروژن موجود در داخل خورشید قبلاً به هلیوم تبدیل شده است. سطح خورشید به آرامی اما مطمئناً در حال خنک شدن است (در حال حاضر دمای سطح حدود شش هزار درجه است که هزار بار کمتر از دمای هسته آن و هزار بار بیشتر از دمای گرمترین نقاط زمین است). همانطور که پوست صورت انسان با افزایش سن پوشیده از چین و چروک می شود، "چهره" خورشید نیز پوشیده از لک می شود. ماهیت لکه ها به طور کامل درک نشده است، فرض بر این است که این مناطق با دمای نسبتاً پایین در فتوسفر خورشیدی و میدان های مغناطیسی خود هستند.

وقتی تمام هیدروژن درون آن سوخته شود، برای خورشید و بر این اساس، برای منظومه شمسی چه اتفاقی خواهد افتاد؟ آیا در سرمای سیاه کیهانی روزهای خود را به پایان خواهد رساند یا برعکس، در درخشش درخشان ترین شعله غیرقابل تصور؟ و مهمتر از همه برای ما که اکنون زندگی می کنیم، چه زمانی ممکن است این اتفاق بیفتد؟

سن و مرگ

بیایید به خواننده اطمینان دهیم طبق تمام تئوری های جدی اخترفیزیک، این خیلی خیلی زود اتفاق می افتد. در صدها میلیون و شاید میلیاردها سالی که ما را از این لحظه غم انگیز جدا می کند، بدون شک بشریت راهی برای فرار خواهد یافت. بنابراین، تمام سؤالات فوق در مورد سرنوشت آینده خورشید برای ما صرفاً نظری است، اگرچه جالب توجه است. بیایید محبوب ترین سناریوهای "روز قیامت" را در بین اخترفیزیکدانان در نظر بگیریم. در یک میلیارد یا دو سال، خورشید شروع به "پیری" می کند. "سوخت" اصلی گرما هسته ای یعنی هیدروژن، کمتر و کمتر در هسته باقی می ماند و خورشید، به دلیل نقض تعادل هیدرواستاتیک، ابتدا در اندازه افزایش می یابد. از یک ستاره زرد معمولی، به یک غول قرمز به اندازه مدار عطارد تبدیل می شود.

آنچه در انتظار سیاره است

سیارات نزدیک به خورشید زهره، زمین، مریخ به کره های سنگی بی آب و بی جان تبدیل می شوند. زبانه های تاج خورشیدی به طور مداوم سطح زمین خالی را می لیسند و پلاسمای آن سرعت چرخش آن را کاهش می دهد و مدار دایره ای را به یک مارپیچ تبدیل می کند.

شاید زمین در نهایت بر روی خورشید سقوط کند، شاید نه، زیرا غول های قرمز برای مدت بسیار کوتاهی، فقط حدود 100-200 میلیون سال زندگی می کنند. در این زمان است که آخرین اتم‌های هیدروژن به هلیوم تبدیل می‌شوند، چرخه گرما هسته‌ای به پایان می‌رسد، خورشید متورم و قرمز شده به سرعت منفجر می‌شود و به سمت داخل سقوط می‌کند. فروپاشی گرانشی بسیار سریع اتفاق می افتد و در کمتر از چند ماه، طبق محاسبه زمان ما، خورشید به کوچکی، به اندازه زمین، اما به دلیل انقباض سریع یک کوتوله سفید، بسیار درخشان خواهد شد. و پس از صد میلیون سال، کوتوله سفید خنک می شود و به یک کوتوله سیاه تبدیل می شود، یک جرم فضایی فوق متراکم و در نهایت "مرده"، تنها با جرم و گرانش آن شبیه ستاره تابشی سابق.

یک سناریوی دیگر

با این حال، همه چیز می تواند به روش دیگری اتفاق بیفتد. همانطور که گاهی اوقات یک فرد قبل از پایان مدت در اثر بیماری یا تصادف می میرد، بنابراین خورشید ما ممکن است تا حد سنی که برای او اندازه گیری شده است زندگی نکند. چنین حادثه غم انگیزی برای یک ستاره می تواند به یک ابرنواختر تبدیل شود. خورشید به دلیل اندازه نسبتا کوچکش، احتمال زیادی ندارد که به ابرنواختر تبدیل شود، اما ناممکن هم نیست. واقعیت این است که علاوه بر تبدیل هیدروژن به هلیوم، واکنش‌های گرما هسته‌ای دیگری نیز می‌تواند در درون یک ستاره رخ دهد. وقتی (و اگر!) جرم انباشته شده هسته هلیوم خیلی بزرگ شود، هسته نمی تواند وزن خود را تحمل کند و شروع به کوچک شدن می کند، افزایش دما می تواند باعث تبدیل هلیوم به کربن، کربن به اکسیژن، اکسیژن به سیلیکون شود. و در نهایت سیلیکون تبدیل به آهن … به طور طبیعی، مقدار باورنکردنی و عظیمی از انرژی آزاد می شود.

مانند یک تومور سرطانی، یک هسته آهنی جدید ظاهر می شود و در داخل ستاره رشد می کند. تا زمانی که گرانش فزاینده ساختار اتم‌های تشکیل‌دهنده‌اش را از بین ببرد، رشد خواهد کرد. لایه‌های الکترونی اتم‌ها بر روی هسته‌های آن‌ها فرو می‌ریزند و آنها را از پروتون به نوترون تبدیل می‌کنند. اندازه هسته خود ستاره به میزان میلیون ها کاهش می یابد، بین آن و پوسته های بیرونی ستاره یک لایه خلاء ظاهر می شود که این بیرونی ترین پوسته ها در آن فرو می روند و تا دمای بسیار زیادی گرم می شوند. اما جایی برای سقوط وجود نخواهد داشت، زیرا هسته نوترون لایه های بیرونی را منعکس می کند، مانند راکت یک تنیس باز با تجربه، و سپس پوسته های منعکس شده منفجر می شوند و ستاره به یک ابرنواختر تبدیل می شود.

اگر این اتفاق برای خورشید ما بیفتد، پس از آن برای چندین ماه در هر ثانیه همانقدر انرژی تابشی به فضای اطراف ساطع می کند که قبلاً در 10 هزار سال گذشته بود. و موجودات هوشمندی که در فاصله ای امن از منظومه شمسی، در جایی در سحابی آندرومدا قرار دارند، یک جرم ستاره ای جدید و درخشان را که آسمان شب آنها را تزئین کرده است، با علاقه تماشا خواهند کرد. 

محلول شدن

اخیراً دانشمندان چندین فرضیه اصلی دیگر درباره چگونگی نابودی ستاره ما مطرح کرده اند. آنها استدلال می کنند که هیچ انفجار ابرنواختری یا "سرد شدن طبیعی" خورشید وجود نخواهد داشت. با گذشت زمان در نهایت به ابری درخشان از مه سیاره ای تبدیل می شود که برای چندین هزار سال خنک می شود و با گذشت زمان به سادگی در فضای بیرونی حل می شود. سیارات منظومه شمسی که بدون ستاره باقی می مانند، غیرقابل سکونت خواهند شد. 

فقط پژواک های کوچک

به هر حال، حتی در حال حاضر، زمانی که آخرالزمان هنوز بسیار دور است، خورشید کاملاً آرام گاهی اوقات تأثیر بسیار منفی بر تمام زندگی روی زمین می گذارد. بنابراین، محققان نروژی که تحقیقات خود را حدود ده سال پیش آغاز کردند، داده‌های کتاب‌های محلی در منطقه تروندهایم را در دوره 1750 تا 1900 پردازش کردند. محققان داده‌های مربوط به امید به زندگی مردم را با مراحل فعالیت خورشیدی مقایسه کرده‌اند به نتایج واقعاً هیجان انگیزی رسید. افرادی که در اوج فعالیت خورشیدی متولد شده اند، به طور متوسط (به استثنای حوادث و بیماری ها) 5 تا 2 سال کمتر از کسانی که در سال های کم فعالیت خورشید متولد شده اند، زندگی می کنند. افزایش مرگ و میر نوزادان نیز در طول فصل حداکثر خورشیدی مشاهده شد. علاوه بر این، در این سال ها میزان زاد و ولد کاهش یافت و دختران بیشتری به دنیا آمدند که بعداً معلوم شد نابارور هستند.

افسوس، جو قادر به جذب کامل تشعشع در دوره های اوج فعالیت نیست. این است که کاهش امید به زندگی افراد متولد شده در حداکثر فعالیت خورشیدی را تعیین می کند. مدت چرخه خورشیدی 9-14 سال است. در طول اوج فعالیت، طوفان ها بر سطح ستاره خشمگین می شوند، جهش های پلاسمای غول پیکر رخ می دهد و ستاره شناسان نقاط تاریک و شعله ها را مشاهده می کنند. حداکثر فعالیت خورشیدی 1859 قوی ترین در تاریخ مشاهدات در نظر گرفته می شود. آسمان برای چندین هفته شعله ور شد و شفق های شمالی حتی در جایی که قبلاً هرگز دیده نشده بودند، دیده می شد. ناگفته نماند که طبق تحقیقات دانشمندان نروژی در سال 1859 بود که بیشترین تعداد افرادی که عمر بسیار کوتاهی داشتند و همچنین زنان نابارور در منطقه تروندهایم متولد شدند.