كيف ومتى سيموت النظام الشمسي

2024 مؤلف: Malcolm Clapton | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 03:46

لا يزال لدينا المزيد من الوقت ، حوالي 5-7 مليار سنة.

في السابق ، كان قمران يدوران حول الأرض ، ثم اندمجا معًا. تيتان ، القمر الصناعي لكوكب زحل ، هو نظير مثالي لكوكبنا ، وقد يكون له حياة. والكويكبات الموجودة بين كوكب المشتري وبلوتو ، لسبب ما ، تسمى "القنطور". يمكنك التعرف على هذه الحقائق وغيرها عن الفضاء من كتاب "عندما كان للأرض قمرين. الكواكب آكلي لحوم البشر ، عمالقة الجليد ، مذنبات الطين وغيرها من النجوم المضيئة في سماء الليل "، الذي نشرته مؤخرًا دار النشر" ألبينا غير الخيالية ".

مبتكر رحلة رائعة في تاريخ النظام الشمسي هو إريك أسفوج ، عالم الكواكب وعالم الفلك الأمريكي. لا يعمل المؤلف في مختبر دراسة الكواكب والقمر في توكسون فحسب ، بل يشارك أيضًا بنشاط في بعثات ناسا. على سبيل المثال ، مهمة جاليليو التي درست كوكب المشتري وأقماره. تنشر Lifehacker مقتطفًا من الفصل الأول من عمل العالم.

مثل محرك الاحتراق الداخلي الذي يشتعل أحيانًا مرة أخرى عند بدء البرودة ، تعرضت الشمس الفتية لنداءات غير منتظمة من النشاط العالي خلال الملايين القليلة الأولى من السنين. النجوم التي تمر عبر هذه المرحلة التنموية تسمى نجوم T Tauri بعد نجم نشط مدروس جيدًا في الكوكبة المقابلة. بعد أن اجتازت مرحلة آلام الولادة ، تخضع النجوم في النهاية لقاعدة أن الأثقل والألمع منها تصبح زرقاء وضخمة وساخنة للغاية ، بينما تصبح أصغرها حمراء وباردة وباهتة.

إذا قمت برسم جميع النجوم المعروفة على رسم بياني ، مع وجود نجوم زرقاء على اليسار ، ونجوم حمراء على اليمين ، ونجوم خافتة في الأسفل ، ونجوم ساطعة في الأعلى ، فسيصطفون بشكل عام على طول خط يتجه من أعلى اليسار الزاوية اليمنى السفلية. هذا الخط يسمى التسلسل الرئيسي ، والشمس الصفراء في منتصفه مباشرة. أيضًا ، يحتوي التسلسل الرئيسي على العديد من الاستثناءات ، بالإضافة إلى الفروع ، حيث توجد النجوم الشابة التي لم تتطور بعد إلى التسلسل الرئيسي والنجوم القديمة التي تركتها بالفعل.

الشمس ، نجم عادي جدًا ، تبعث حرارتها وضوءها بكثافة ثابتة تقريبًا لمدة 4.5 مليار سنة. إنها ليست صغيرة مثل الأقزام الحمراء ، التي تحترق اقتصاديًا للغاية. لكنها ليست كبيرة لدرجة أن تحترق خلال 10 ملايين سنة ، كما يحدث مع العمالقة الزرقاء التي تتحول إلى مستعر أعظم.

شمسنا نجمة جيدة ، ولا يزال لدينا وقودًا كافيًا في خزاننا.

لمعانه يزداد تدريجياً ، حيث ارتفع بحوالي الربع منذ بدايته ، مما أدى إلى تحويله قليلاً على طول التسلسل الرئيسي ، لكنك لن تقدم أي ادعاءات أخرى له. بالطبع ، من وقت لآخر ، نواجه قذف الكتلة الإكليلية ، عندما تنفث الشمس فقاعة مغناطيسية كهربائية وتغمر كوكبنا بتيارات من الإشعاع ، ومن المفارقات ، اليوم ، أن شبكتنا الاصطناعية هي الأكثر عرضة لتأثير القذف الكتلي الإكليلي ، لأن يمكن للنبض الكهرومغناطيسي المرتبط بهذا الحدث أن يعطل تشغيل أقسام كبيرة من شبكة الطاقة لفترة تتراوح من عدة أسابيع إلى سنتين. في عام 1859 ، تسبب أكبر طرد إكليلي في التاريخ الحديث في حدوث شرارات في مكاتب التلغراف والشفق القطبي الرائع. في عام 2013 ، قدرت شركة التأمين في لندن Lloyd's أن الأضرار الناجمة عن مثل هذا الانبعاث الإكليلي في الولايات المتحدة الحديثة ستتراوح من 0.6 إلى 2.6 تريليون دولار. … ولكن بالمقارنة مع ما يحدث في أنظمة الكواكب الأخرى ، فإن هذا النشاط غير ضار تمامًا.

لكن هذا لن يكون الحال دائما. في حوالي 5-7 مليار سنة ، سيبدأ "شفق الآلهة" بالنسبة لنا ، الاضطراب الأخير ، الذي ستترك خلاله الكواكب مداراتها.بعد مغادرة التسلسل الرئيسي ، ستصبح الشمس عملاقًا أحمر ، وفي غضون بضعة ملايين من السنين ستبتلع عطارد والزهرة وربما الأرض. ثم ينكمش ، ويلقي نصف كتلته في الفضاء. سيتمكن علماء الفلك من النجوم المجاورة من أن يرصدوا في سمائهم قذيفة "جديدة" متوسعة من الغاز الفوار والتي ستختفي في غضون بضعة آلاف من السنين.

لن تحتفظ الشمس بعد الآن بسحابة أورت الخارجية ، التي سوف تتجول أجسامها عبر الفضاء بين النجوم كأشباح كونية. ما تبقى من النجم سوف ينكمش حتى يصبح قزمًا أبيض ، جسم كثيف للغاية يضيء بضوء أبيض من طاقة جاذبيته - بالكاد على قيد الحياة ولكنه ساطع ، بحجم الأرض ، لكنه أثقل بمليار مرة. نعتقد أن هذا هو مصير نظامنا الشمسي ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن الشمس نجم عادي ، ونرى العديد من الأمثلة على مثل هذه النجوم في مراحل مختلفة من التطور ، وجزئيًا لأن فهمنا النظري لمثل هذه العمليات قد قفز إلى الأمام و يتوافق جيدًا مع نتائج الملاحظات.

بعد انتهاء تمدد العملاق الأحمر وتصبح الشمس قزمًا أبيض ، ستبدأ الكواكب والكويكبات وغيرها من بقايا النظام الشمسي الداخلي في السقوط عليها في دوامة - أولاً بسبب التباطؤ في الغاز ، ثم بسبب تأثير قوى المد والجزر - حتى البقايا فائقة الكثافة لن تقوم النجوم بتفجير الكواكب واحدة تلو الأخرى. في النهاية ، سيكون هناك قرص من المواد الشبيهة بالأرض ، يتكون أساسًا من عباءة الأرض والزهرة الممزقة ، والتي ستنزل على النجم المدمر.

هذا ليس مجرد خيال: يرى علماء الفلك هذه الصورة في المؤشرات الطيفية للعديد من "الأقزام البيضاء الملوثة" المجاورة ، حيث توجد العناصر المكونة للصخور - المغنيسيوم والحديد والسيليكون والأكسجين - في الغلاف الجوي للنجم بكميات تقابل تكوين المعادن من فئة السيليكات ، مثل الزبرجد الزيتوني. هذا هو التذكير الأخير بالكواكب الشبيهة بالأرض في الماضي.

***

الكواكب التي تتكون حول نجوم أكبر بكثير من الشمس سيكون لها مصير أقل إثارة للاهتمام. النجوم الضخمة تحترق عند درجات حرارة تصل إلى مئات الملايين من الدرجات ، وتستهلك الهيدروجين والهيليوم والكربون والنيتروجين والأكسجين والسيليكون في اندماج عنيف. تصبح نواتج هذه التفاعلات عناصر ثقيلة بشكل متزايد حتى يصل النجم إلى حالة حرجة وينفجر مثل المستعر الأعظم ، منتشرًا دواخله حول عدة سنوات ضوئية في القطر وفي نفس الوقت تشكل جميع العناصر الثقيلة تقريبًا. تتحول مسألة مستقبل نظام الكواكب ، الذي كان من الممكن أن تتشكل حوله ، إلى مسألة بلاغية.

الآن كل العيون مثبتة على منكب الجوزاء ، وهو نجم لامع يشكل الكتف الأيسر لكوكبة الجبار. تبعد 600 سنة ضوئية عن الأرض ، مما يعني أنها ليست بعيدة جدًا ، ولكن لحسن الحظ ، ليست من بين أقرب جيراننا. تبلغ كتلة منكب الجوزاء ثمانية أضعاف كتلة الشمس ، ووفقًا للنماذج التطورية ، يبلغ عمرها حوالي 10 ملايين سنة.

في غضون أسبوعين ، سيكون انفجار هذا النجم مشابهًا في السطوع لإشراق القمر ، وبعد ذلك سيبدأ في التلاشي ؛ إذا لم يثير هذا إعجابك ، فضع في اعتبارك أنه من مسافة وحدة فلكية واحدة ، يبدو الأمر أشبه بمشاهدة انفجار قنبلة هيدروجينية في ساحة قريبة. على مدار الوقت الجيولوجي ، انفجرت المستعرات الأعظمية بالقرب من الأرض ، مما أدى إلى إشعاع كوكبنا وأحيانًا يؤدي إلى انقراض جماعي عليه ، ولكن لن ينفجر أي من النجوم الأقرب إلينا الآن.

تتراوح "منطقة الإصابة" لهذا النوع من المستعرات الأعظمية من 25 إلى 50 سنة ضوئية ، لذلك لا يشكل منكب الجوزاء أي تهديد لنا.

نظرًا لأنه قريب نسبيًا وله حجم هائل ، فإن هذا النجم هو الأول الذي تمكنا من رؤيته بالتفصيل من خلال التلسكوب.على الرغم من ضعف جودة الصور ، إلا أنها تُظهر أن منكب الجوزاء عبارة عن شكل كروي غير منتظم بشكل غريب ، يشبه البالون المنكمش جزئيًا ، مما يجعل ثورة واحدة على محوره خلال 30 عامًا. نرى عمودًا ضخمًا أو تشوهًا بواسطة Pierre Kervella et al. ، "البيئة المحيطة القريبة من Betelgeuse V. سرعة الدوران وخصائص الغلاف الجزيئي من ALMA ،" علم الفلك والفيزياء الفلكية 609 (2018) ، ربما بسبب عدم التوازن الحراري العالمي. يبدو أنها مستعدة حقًا للانفجار في أي لحظة. ولكن ، في الحقيقة ، لكي يحصل أي منا على فرصة لرؤية ضوء هذا الحدث ، كان على Betelgeuse أن يطير إلى أشلاء في أيام كبلر وشكسبير.

عندما ينفجر نجم ضخم ، تنفجر أبواب مطبخه الكيميائي عن مفصلاته. ينتشر الرماد من موقد حراري نووي في جميع الاتجاهات ، بحيث ينتشر الهيليوم والكربون والنيتروجين والأكسجين والسيليكون والمغنيسيوم والحديد والنيكل ومنتجات الاندماج الأخرى بسرعة مئات الكيلومترات في الثانية. أثناء الحركة ، تصل هذه النوى الذرية ، التي تصل كتلتها القصوى إلى 60 وحدة ذرية ، إلى قصف هائل بواسطة تيار من النيوترونات عالية الطاقة (جزيئات تساوي كتلة البروتونات ، ولكن بدون شحنة كهربائية) المنبثقة من النواة النجمية المنهارة.

من وقت لآخر ، يصطدم نيوترون بنواة ذرة ، ويلتصق بها ؛ نتيجة لكل هذا ، يصاحب انفجار المستعر الأعظم تخليق سريع لعناصر أكثر تعقيدًا تعتبر ضرورية لوجود الحياة ، بالإضافة إلى العديد من العناصر المشعة. بعض هذه النظائر لها نصف عمر ثواني فقط ، والبعض الآخر ، مثل ⁶⁰الحديد و ²⁶Al ، الاضمحلال في حوالي مليون سنة استغرق تشكيل سديمنا الكوكبي الأولي ، والثالث ، على سبيل المثال ²³⁸ما زال هناك طريق طويل لنقطعه: فهي توفر التدفئة الجيولوجية لمليارات السنين ، ويتوافق الرقم المرتفع مع العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات في النواة - وهذا ما يسمى الكتلة الذرية.

هذا ما يحدث عندما ينفجر منكب الجوزاء. في غضون ثانية ، سيتقلص قلبه إلى حجم نجم نيوتروني - وهو جسم كثيف جدًا بحيث تزن ملعقة صغيرة من مادته مليار طن - وربما يتحول إلى ثقب أسود. في نفس اللحظة ، منكب الجوزاء سوف ينفجر حوالي 10⁵⁷ النيوترينوات ، التي تحمل الطاقة بسرعة كبيرة بحيث تمزق موجة الصدمة النجم بعيدًا.

سيكون مثل انفجار قنبلة ذرية ، لكنه أقوى تريليونات المرات.

بالنسبة للمراقبين من الأرض ، سيزداد سطوع منكب الجوزاء على مدار عدة أيام حتى يغمر النجم الجزء الخاص به من السماء بالضوء. خلال الأسبوعين المقبلين ، سوف يتلاشى ، ثم يزحف إلى السديم المتوهج لسحابة غاز ، مشعًا بواسطة وحش مضغوط في مركزه.

تبدو المستعرات الأعظمية باهتة مقارنة بالانفجارات الكبيرة ، التي تحدث عندما يقع نجمان نيوترونيان في فخ الجاذبية المتبادلة ويتصادمان. … هذان الجسمان كثيفان بشكل لا يمكن تصوره - لكل منهما كتلة الشمس ، معبأة في حجم كويكب يبلغ طوله 10 كيلومترات - لذا فإن اندماجهما يتسبب في موجات جاذبية وتموجات في بنية المكان والزمان.

تم تسجيل موجات الجاذبية التي تم توقعها منذ فترة طويلة لأول مرة في عام 2015 باستخدام أداة تبلغ قيمتها مليار دولار تسمى LIGO. تم تسجيل أول موجة جاذبية بواسطة مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية (LIGO) في سبتمبر 2015. اندماج اثنين من الثقوب السوداء على مسافة 1.3 مليار سنة ضوئية من الأرض. (مرصد موجات الجاذبية بالليزر ، "مرصد موجات الجاذبية بالليزر التداخلية"). لاحقًا ، في عام 2017 ، وصلت موجة الجاذبية بفارق 1.7 ثانية مع اندفاع من إشعاع غاما سجله جهاز مختلف تمامًا - مثل الصاعقة وميض البرق.

إنه لأمر مدهش أن الموجات الثقالية والكهرومغناطيسية (أي الفوتونات) قد سافرت عبر المكان والزمان لمليارات السنين ، ويبدو أنها مستقلة تمامًا عن بعضها البعض (الجاذبية والضوء شيئان مختلفان) ، ولكن مع ذلك وصلتا إلى نفس الوقت. ربما تكون هذه ظاهرة تافهة أو يمكن التنبؤ بها ، لكن بالنسبة لي شخصيًا ، فإن التزامن الجاذبية والضوء هذا ملأ وحدة الكون بمعنى عميق. انفجار كيلونوفا قبل مليار سنة ، قبل مليار سنة ضوئية ، يبدو وكأنه صوت جرس بعيد ، يجعلك صوته تشعر وكأنه لم يسبق له مثيل مع أولئك الذين قد يكونون موجودين في مكان ما في أعماق الفضاء. إنه يشبه النظر إلى القمر والتفكير في أحبائك وتذكر أنهم يرونه أيضًا.

إذا كنت تريد أن تعرف كيف نشأ الكون ، وأين توجد الحياة الأخرى ولماذا الكواكب مختلفة تمامًا ، فهذا الكتاب مناسب لك بالتأكيد. يتحدث إريك أسفوج بالتفصيل عن ماضي ومستقبل النظام الشمسي والكون بشكل عام.

تمنح Alpina Non-Fiction قراء Lifehacker خصمًا بنسبة 15٪ على النسخة الورقية من عندما كان للأرض قمرين باستخدام الرمز الترويجي TWOMOONS.