همیشه این پرسش مطرح است که سرنوشت زمین چه خواهد بود وقتی خورشید در آینده به یک غول سرخ متورم تبدیل شود. در وهله اول، خورشیدِ در حال انبساط سیارههای درونی را به خاکستر تبدیل خواهد کرد و تقریباً بهطور قطع به پایان زندگی روی زمین منجر میشود. در عوض، شرایط در مریخ ممکن است مطبوعتر شده و امکان زیستپذیری در آن افزایش یابد. افزون بر این، این وضعیت میتواند برای سیارهٔ مشتری و قمرهای آن نیز سودمند باشد، چرا که «منطقهٔ زیستپذیر» منظومه شمسی به سمت بیرون حرکت خواهد کرد و شامل سیستم مشتری خواهد شد؛ این جابجایی موجب دگرگونیهایی در این جهانها خواهد شد.
برای مثال، اروپا را در نظر بگیرید. اکنون دنیایی یخی است و برای مدتها همینگونه باقی خواهد ماند. اما هنگامی که خورشید حدود ۱۲ میلیارد سال دیگر وارد مرحلهٔ غول سرخ شود، پژوهشگران برآورد میکنند که اروپا ممکن است جوّی نازک از بخار آب ایجاد کرده و برای مدتی آن را حفظ کند. اینکه آیا چنین شرایطی برای پشتیبانی از حیات کافی است یا نه، هنوز مشخص نیست. با این حال، گرم شدن نسبی اروپا در محدودهٔ منطقهٔ زیستپذیر، نشان میدهد که امکان ظهور حیات – حتی اگر کوتاهمدت باشد – در نقاط بیشتری از منظومه شمسی وجود دارد.
چرا مطالعه این پدیده اهمیت دارد؟
با تشکر از ناسا.
مطالعهٔ تأثیر مرحلهٔ غول سرخ خورشید بر دنیاهایی مانند اروپا، به ستارهشناسان و دانشمندان سیارهای این فرصت را میدهد تا رفتار مناطق زیستپذیر و همچنین سیارات و قمرهایی که پس از مرگ ستارهشان باقی میمانند را بررسی کنند. جالب اینکه، بیش از ۹۰ درصد سیارات فراخورشیدی شناختهشده به دور ستارگانی میچرخند که نهایتاً به کوتولههای سفید تبدیل خواهند شد؛ همان سرنوشتی که خورشید ما نیز در پیش دارد. درک تکامل این دنیاها در مراحل غول سرخ و کوتوله سفید از اهمیت بالایی برخوردار است و دیدگاه مهمی در مورد آینده منظومه شمسی خودمان فراهم میکند.
مرگ یک ستاره چگونه رقم میخورد؟
بهطور کلی، داستان تکامل یک ستاره مانند خورشید با افزایش سن پیچیده میشود. در حال حاضر، خورشید در مرحلهٔ توالی اصلی قرار دارد؛ یعنی در حال سوزاندن هیدروژن. این وضعیت برای حدود پنج میلیارد سال دیگر ادامه خواهد یافت. سرانجام، سوخت هیدروژنی هسته پایان مییابد و خورشید شروع به همجوشی عناصر سنگینتری مانند هلیوم میکند. این فرآیند باعث انبساط لایههای بیرونی خورشید شده و آن را به یک غول سرخ تبدیل میکند.
در این مرحلهٔ «تورم»، سیارات نزدیک مانند عطارد و ناهید در شعلههای خورشید ناپدید خواهند شد. هنوز مشخص نیست دقیقاً چه بر سر زمین خواهد آمد، اما بعید است که سیاره ما همچنان قابلسکونت باقی بماند. سیارات دورتر، مانند مریخ و فراتر از آن، کمتر تحت تأثیر مستقیم قرار میگیرند و هر کدام سرنوشتی متفاوت خواهند داشت. در نهایت، لایههای بیرونی خورشید به فضا پراکنده میشوند و هستهٔ آن به شکل یک کوتوله سفید منقبض میشود.
با تشکر از ناسا/ESA/STScI.
ستارگان بزرگتر و پرجرمتر معمولاً با انفجارهایی عظیم مانند ابرنواختر میمیرند و بقایای آنها به ستاره نوترونی یا سیاهچاله تبدیل میشود. در چنین انفجارهایی، معمولاً سیارات اطراف نابود میشوند.
بر همین اساس، مطالعهٔ سیستمهای سیارهای در کنار ستارههایشان – بهویژه ستارگان شبیه خورشید – اهمیت فراوان دارد. سیستمهای سیارهایِ کوتولههای سفید، جامعهٔ جالبی از جهانهای بالقوه زیستپذیر را تشکیل میدهند که توسط تلسکوپهای فضایی فعلی و آینده قابل مطالعه هستند. جالبتر اینکه برخی از این کوتولههای سفید، مواد آبدار اطراف خود دارند. خوشبختانه، این ستارگان بسیار آهسته محو میشوند و آیندهای پایدار و طولانی (هماندازه با عمر جهان) دارند. بنابراین، سیارات باقیماندهٔ آنها هدفهای مناسبی برای مطالعه هستند.
مشتری و اروپا چه سرنوشتی خواهند داشت؟
ستارهشناسان میخواهند عوامل مختلفی را بررسی کنند که بر توانایی یک سیاره برای بقا در مرحلهٔ غول سرخ ستارهاش تأثیر میگذارند؛ از جمله تغییرات نوسانی در ستاره مادر، تغییرات مداری سیارات، و اثر بادهای ستارهای در حال تحول. اینها مجموعهای پیچیده از عوامل را تشکیل میدهند.
یک مقالهٔ جدید، دو سناریو را بررسی کرده است:
- نخست، زمانیکه سیستم خورشیدی حدود ۱۲ میلیارد سال دیگر وارد منطقهٔ زیستپذیر مرحلهٔ غول سرخ شود، در فاصلهای حدود ۲ واحد نجومی از خورشید.
- دوم، حدود ۱۲.۵ میلیارد سال بعد که مشتری تنها در فاصلهٔ ۰.۸ واحد نجومی از خورشید در حال انبساط قرار گیرد.
در این مدلها بررسی میشود که چه بر سر مشتری و اروپا خواهد آمد.
همانطور که میدانیم، اروپا جهانی یخی با اقیانوسی مایع در زیر سطح است. از آنجا که احتمالاً همچنان بهصورت جزرومدی به مشتری قفل خواهد ماند، این رابطه گرانشی نیز بر رفتار آن تأثیر خواهد گذاشت. با شروع تأثیرات جو خورشیدی در حال انبساط، ابرهای بالایی مشتری به احتمال زیاد به ابرهای آبیرنگ و درخشان تبدیل خواهند شد که این تغییر در بازتاب نور (آلبدو) بر اروپا نیز تأثیرگذار خواهد بود.
همچنین ممکن است مشتری «پف کند» (متورم شود) که میتواند تهدیدی برای قمرهای درونیاش باشد، ولی گرانش شدید مشتری احتمالاً مانع این رخداد خواهد شد و قمرها در مدار امن باقی خواهند ماند.
در نتیجهٔ روشنایی بیشتر مشتری، انبساط جو خورشید و بادهای شدید ستارهای، سطح یخی اروپا دچار تصعید میشود؛ یعنی مستقیماً از یخ به بخار تبدیل میشود؛ مانند یخ خشک در برابر نور آفتاب. بخشی از این بخار به فضا میگریزد، اما مقداری از آن ممکن است برای چند صد هزار سال به اروپا چسبیده باقی بماند. حتی اگر اکنون حیات در آن وجود نداشته باشد، ممکن است در این بازهٔ زمانی، اروپا بهطور موقت زیستپذیر شود. پرسش کلیدی اینجاست که آیا این مدت برای ظهور و شکوفایی حیات کافی خواهد بود یا نه.
پیامدها برای سیارات و قمرهای فراخورشیدی
اگر این، سرنوشت احتمالی اروپا باشد، آنگاه منطقی است که تصور کنیم سیارات و قمرهای فراخورشیدیِ وابسته به ستارگان خورشیدمانند نیز بتوانند مسیر تکاملی مشابهی را هنگام مرگ ستارهشان طی کنند. کاوش در دنیاهایی که هماکنون تحت تأثیر ستارگان غولسرخ یا کوتولهسفید قرار گرفتهاند، میتواند نشانههایی از آینده منظومه شمسی طی ۱۰ تا ۱۲ میلیارد سال دیگر ارائه دهد.
رصدخانههای فعلی، در کنار مأموریتهای آینده مانند تلسکوپ فضایی رومن، میتوانند فرصتهای جدیدی برای مطالعه این جهانهای فراخورشیدی فراهم کنند. این مشاهدات ممکن است مسیرهایی برای پاسخ به این پرسش نیز فراهم آورند: آیا حیات میتواند در چنین دنیاهایی، حتی با وجود مرگ ستاره مادر، ادامه یابد یا خیر؟
