زمین ممکن است از مرگ خورشید جان سالم به در ببرد.

چالش تازه‌ای برای نظریه چند دهه‌ای درباره سرنوشت زمین مطرح شده و این احتمال را به وجود آورده که شاید زمین بتواند از مرگ خورشید جان سالم به در ببرد.

برای نسل‌های متوالی، دانشمندان تصور می‌کردند از سرنوشت نهایی زمین آگاهی کامل دارند. بر اساس این دیدگاه، حدود پنج میلیارد سال دیگر، خورشید پس از آنکه سوخت هیدروژنی موجود در هسته خود را مصرف کند، به یک ستاره غول‌پیکر سرخ تبدیل می‌شود و آن‌قدر منبسط خواهد شد که سیاره‌های بخش درونی منظومه شمسی را در بر می‌گیرد. بیشتر پژوهش‌های پیشین نیز پیش‌بینی کرده‌اند که زمین یکی از قربانیان این رویداد خواهد بود.

اما یک پژوهش جدید نشان می‌دهد که این داستان ممکن است به این سادگی نباشد. پژوهشگران با استفاده از مدل‌های پیشرفته‌تر برای بررسی نیروهای کشندی ستاره‌ای و همچنین برآوردهای تازه از میزان جرمی که خورشید در دوران پیری از دست می‌دهد، به این نتیجه رسیده‌اند که احتمال دارد زمین به جای بلعیده شدن، از مرحله انبساط نهایی خورشید عبور کند و زنده بماند.

نویسندگان مطالعه توضیح داده‌اند که بر پایه مدل‌های به‌روزشده درباره اتلاف انرژی کشندی، زمین می‌تواند از مراحل غول سرخ و شاخه مجانبی غول‌ستاره در تکامل خورشید جان سالم به در ببرد.

با این حال، رسیدن به چنین نتیجه‌ای مستلزم بازنگری در یکی از نامطمئن‌ترین بخش‌های مربوط به آینده خورشید بود.

چرا پیش‌بینی سرنوشت زمین دشوار است

این پرسش که آیا زمین در نهایت توسط خورشید در حال مرگ بلعیده می‌شود یا با دور شدن از آن می‌تواند نجات یابد، سال‌ها بدون پاسخ قطعی باقی مانده است، زیرا در دوران پیری خورشید دو نیروی قدرتمند در برابر یکدیگر قرار می‌گیرند.

از یک سو، انبساط خورشید سبب شکل‌گیری برهم‌کنش‌های کشندی می‌شود که می‌توانند سیاره‌ها را به سمت داخل و نزدیک‌تر به ستاره بکشند. از سوی دیگر، خورشید از طریق بادهای ستاره‌ای جرم زیادی از دست می‌دهد و در نتیجه نیروی گرانشی آن کاهش پیدا می‌کند و مدار سیاره‌ها به‌تدریج به سمت بیرون گسترش می‌یابد.

تشخیص اینکه کدام‌یک از این دو اثر دست بالا را دارد، همواره دشوار بوده، زیرا هر دو فرایند به فیزیکی پیچیده وابسته‌اند که مدل‌سازی دقیق آن‌ها چالش‌برانگیز است. نویسندگان مقاله تأکید کرده‌اند که سرنوشت پیش‌بینی‌شده زمین به‌شدت به مدل کشندی مورد استفاده و میزان جرمی که برای خورشید در نظر گرفته می‌شود وابسته است.

برای بررسی این مسئله، پژوهشگران تکامل آینده منظومه شمسی را با بهره‌گیری از مدل‌های مدرن تکامل ستاره‌ای شبیه‌سازی کردند.

تمرکز این گروه بر دورانی بود که خورشید از مرحله پایدار کنونی خود خارج می‌شود و وارد دو مرحله اصلی انبساطی می‌گردد. نخست، مرحله غول سرخ فرا می‌رسد؛ دوره‌ای که پس از پایان یافتن هیدروژن در هسته خورشید، این ستاره به‌طور چشمگیری بزرگ‌تر می‌شود.

سپس خورشید پس از مصرف سوخت هلیومی خود وارد مرحله شاخه مجانبی غول‌‌ستاره خواهد شد؛ مرحله‌ای که در آن اندازه ستاره حتی از قبل نیز بزرگ‌تر می‌شود و حجم عظیمی از مواد خود را به فضای اطراف پرتاب می‌کند.

در این زمان، دو نیروی رقیب سرنوشت سیاره‌ها را رقم می‌زنند. با گسترش ابعاد خورشید، برهم‌کنش‌های کشندی میان ستاره و سیاره‌های مدار آن پدید می‌آید. این نیروها همانند ترمزی عمل می‌کنند که به‌تدریج انرژی مداری سیاره‌ها را می‌گیرد و آن‌ها را به خورشید نزدیک‌تر می‌کند.

بیشتر مطالعات گذشته نتیجه گرفته بودند که این فرایند سرانجام زمین را به درون خورشید خواهد کشاند. اما در همین حال، خورشید سالخورده از طریق بادهای ستاره‌ای مقدار بسیار زیادی از جرم خود را از دست می‌دهد. با کاهش جرم، نیروی گرانشی خورشید ضعیف‌تر می‌شود و در نتیجه مدار سیاره‌ها به سمت فواصل دورتر گسترش پیدا می‌کند.

بنابراین، پیش‌بینی آینده زمین در نهایت به این موضوع بستگی دارد که کدام نیرو قدرتمندتر است؛ کشش رو به داخل ناشی از نیروهای کشندی یا رانش رو به بیرون که بر اثر کاهش جرم خورشید ایجاد می‌شود.

نگاهی تازه به سال‌های پایانی خورشید

پژوهشگران این مسئله را با استفاده از مدل‌های پیچیده‌تری از نیروهای کشندی که طی پانزده سال اخیر توسعه یافته‌اند، دوباره بررسی کردند. محاسبات جدید نشان می‌دهد که ستارگان غول‌پیکر انرژی کشندی را با کارایی کمتری نسبت به آنچه قبلاً تصور می‌شد از بین می‌برند.

به بیان ساده‌تر، خورشید آینده احتمالاً توان کمتری برای کشیدن زمین به سمت خود خواهد داشت. گروه پژوهشی همچنین میزان جرمی را که خورشید در مراحل نهایی تکاملش از دست می‌دهد مورد ارزیابی قرار داد. برای دقیق‌تر کردن این برآوردها، آن‌ها مشاهدات مربوط به L2 Puppis را بررسی کردند؛ ستاره‌ای سالخورده در نزدیکی ما که اغلب نمونه‌ای از آینده احتمالی خورشید توصیف می‌شود.

پژوهشگران با تحلیل این ستاره مشابه خورشید، محدودیت‌ها و برآوردهای جدیدی درباره سرعت از دست دادن جرم در ستارگانی شبیه خورشید در واپسین مراحل زندگی آن‌ها به دست آوردند.

زمانی که فیزیک اصلاح‌شده نیروهای کشندی با برآوردهای مدرن از کاهش جرم خورشید ترکیب شد، نتیجه به شکل محسوسی تغییر کرد. شبیه‌سازی‌ها نشان داد که مدار زمین می‌تواند به اندازه‌ای گسترش یابد که در هر دو مرحله غول سرخ و شاخه مجانبی غول‌‌ستاره بیرون از بیشینه اندازه خورشید باقی بماند.

در این سناریوها مریخ نیز از نابودی نجات پیدا می‌کند، اما خورشید متورم‌شده همواره عطارد و زهره را می‌بلعد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که نیروهای کشندی ضعیف‌تر از انتظار، همراه با از دست رفتن مقدار قابل توجهی از جرم خورشید، ممکن است فرصتی برای فرار زمین از سرنوشت آتشینی که بسیاری از مطالعات پیشین پیش‌بینی کرده بودند فراهم کند.

البته این به معنای آن نیست که حیات نیز در آن دوران روی زمین ادامه خواهد یافت. تابش بسیار شدید خورشید در آن زمان به احتمال زیاد شرایط این سیاره را برای زندگی کاملاً نامناسب خواهد کرد.

معنای پنهان این نتایج

این مطالعه نشان می‌دهد که پیشرفت در درک فیزیک ستارگان می‌تواند پیش‌بینی‌های مربوط به سرنوشت کل سامانه‌های سیاره‌ای را دگرگون کند.

در حالی که اخترشناسان در سال‌های اخیر شواهدی از بلعیده شدن سیاره‌های نزدیک توسط ستارگان پیر پیدا کرده‌اند، این پژوهش تازه نشان می‌دهد که سرنوشت زمین ممکن است به آن اندازه که تصور می‌شد قطعی نباشد.

به جای آنکه زمین ناگزیر به سقوط در خورشید باشد، این امکان وجود دارد که در صورت از دست رفتن جرم کافی توسط خورشید در مراحل پایانی عمرش، سیاره ما از نابودی بگریزد.

با وجود این، پژوهشگران هشدار می‌دهند که نتیجه نهایی همچنان با عدم قطعیت همراه است. یافته‌های آن‌ها به میزان زیادی به مقدار جرمی بستگی دارد که خورشید در مرحله شاخه مجانبی غول‌‌ستاره از دست می‌دهد؛ کمیتی که پیش‌بینی دقیق آن همچنان بسیار دشوار است.

نویسندگان مطالعه تأکید کرده‌اند که در حال حاضر بقای زمین و بخش درونی منظومه شمسی به‌طور قطعی مشخص نیست و به نحوه مدل‌سازی اتلاف انرژی کشندی و میزان کاهش جرم ستاره وابستگی اساسی دارد.

رصدهای آینده از ستارگان تکامل‌یافته‌ای مانند L2 Puppis و همچنین مدل‌های دقیق‌تر نیروهای کشندی می‌توانند این عدم قطعیت را کاهش دهند. در حال حاضر، این پژوهش تضمین نمی‌کند که زمین حتماً از مرگ خورشید جان سالم به در خواهد برد. بلکه نشان می‌دهد یکی از شناخته‌شده‌ترین پیش‌بینی‌های علم نجوم ممکن است نیازمند بازنگری جدی باشد.

نتایج این پژوهش در نشریه علمی Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.