دانستنی/

چگونه از پخته شدن زمین در برابر خورشید فوق سوزان جلوگیری کنیم؟

خورشید طی چندصد میلیون سال آینده به قدری داغ و درخشان می‌شود که عملا حیات روی زمین ممکن نخواهد بود. اما چگونه می‌توان سکونت‌پذیری زمین را افزایش داد؟

کد خبر: ۲۹۵۳۷۶

۱۷ ارديبهشت ۱۴۰۳ / ۰۲:۳۹

به گزارش روزپلاس، روزی خورشید وارد مرحله‌ای خواهد شد که دیگر حیات روی زمین ممکن نخواهد بود و سیاره ما صرفا به توده‌ای از آهن و نیکل تبدیل می‌شود. خبر خوب این است که اگر تمام تلاشمان را به‌کار ببریم، حتی پس از داغ شدن بیش از حد خورشید می‌توانیم سکونت‌پذیری خانه خود را حفظ کنیم.

کابوس بیدارکننده

خورشید به‌‌تدریج در طول زمان به شکل بی‌رحمانه‌ای درخشان‌تر، داغ‌تر و بزرگ‌تر خواهد شد. میلیاردها سال پیش وقتی مجموعه‌ای از مولکول‌ها به رقص با یکدیگر پرداختند و به موجوداتی زنده تبدیل شدند، خورشید ۲۰ درصد کم‌نورتر از امروز بود. در آن زمان، حتی دایناسورها با ستاره‌ای ضعیف‌تر و کوچک‌تر روبه‌رو بودند.

امروزه خورشید در نیمه راه عمر هیدروژنی خود قرار دارد و هنوز ۴ میلیارد سال با وارد شدن به فاز مرگ فاصله دارد. با این‌حال طی چند صد میلیون سال آینده، دما و درخششی که امروز حیات‌بخش سیاره خاکی‌مان است به نابودی آن خواهد انجامید. چند صد میلیون سال در مقیاس کیهانی مانند چشم‌برهم زدن است.

خورشید روز به روز بزرگ‌تر و پرنورتر می‌شود.

خورشید بر اساس ویژگی‌های بنیادی فیزیکی خود، بذرهای نابودی‌اش را می‌کارد. در شرایط فعلی ستاره‌ی ما در هر ثانیه، ۶۰۰ میلیون تن هیدروژن مصرف می‌کند؛ به‌طوری‌که اتم‌ها در یک دوزخ هسته‌ای با دمای بیش از ۱۵ میلیون درجه‌ی سانتی‌گراد به یکدیگر کوبیده می‌شوند. از این ۶۰۰ میلیون تن، ۴ میلیون تن هیدروژن به انرژی تبدیل می‌شود که برای روشن کردن کل منظومه شمسی کافی است.

واکنش همجوشی کاملا تمیز نیست و فرآورده‌ی حاصل از آن هلیوم است. هلیوم جایی برای رفتن ندارد، زیرا چرخه‌های همرفتی عمیقی که به صورت پیوسته مواد داخل خورشید را زیر رو رو می‌کنند، به هسته که محل شکل‌گیری هلیوم است، نمی‌رسند؛ بنابراین هلیوم همان‌جا به شکلی بی‌استفاده، بی‌حرکت و راکد باقی می‌ماند.

خورشید در هر ثانیه ۶۰۰ میلیون تن هیدروژن مصرف می‌کند

در عصر حاضر، خورشید در هسته‌ی خود به دما و فشار بالا برای همجوشی هلیومی نرسیده است؛ بنابراین هلیوم همان‌جا می‌ماند و جرم کلی هسته را بدون اینکه چیز دیگری برای همجوشی به آن بدهد، افزایش می‌دهد. خوشبختانه خورشید می‌تواند این فرآیند را از طریق موازنه‌ی هیدرواستاتیک جبران کند.

خورشید در تعادل پیوسته در لبه‌ی یک چاقوی هسته‌ای قرار دارد. در یک سمت انرژی حاصل از فرآیند همجوشی آزاد می‌شود که اگر بدون کنترل رها شود می‌تواند خطر انفجار یا حداقل انبساط خورشید را به دنبال داشته باشد. در مقابل این نیرو، وزن گرانشی خورشید قرار دارد که نیرویی به سمت داخل را وارد می‌کند. اگر این نیرو آزاد شود، گرانش خورشید باعث فروپاشی و تبدیل آن به سیاه‌چاله‌ای در ابعاد یک شهر متوسط خواهد شد.

بنابراین وقتی نیروی توقف‌ناپذیر با فشاری غیرقابل مقاومت روبه‌رو شود، چه اتفاقی رخ خواهد داد؟ تعادلی خوشایند به وجود می‌آید و خورشید می‌تواند به مدت میلیاردها سال به حیاتش ادامه دهد. اگر به هر دلیل دمای دوزخ هسته‌ای درونی به صورت تصادفی افزایش پیدا کند، دیگر نقاط ستاره هم داغ شده و لایه‌های بیرونی آن متورم می‌شوند. به این ترتیب فشار گرانش کاهش می‌یابد و واکنش‌های هسته‌ای کند می‌شوند. اگر خورشید به‌صورت تصادفی منقبض شود، مواد بیشتری خود را وارد هسته می‌کنند و در آنجا در رقص هسته‌ای حضور می‌یابند. انرژی آزادشده درنتیجه‌ی این اتفاق به تورم دوباره‌ی ستاره تا نسبت‌های عادی منجر می‌شود.

خورشید پیش از مرگش زمین را نابود خواهد کرد.

از سویی هلیوم که فرآورده‌ای هسته‌ای است، جایگزین هیدروژن شده و تعادل را برهم می‌زند. خورشید در این حالت چاره‌ای جز کشش درونی ندارد، چرا که گرانش تسلیم‌ناپذیر است. در این حال واکنش‌های هسته‌ای شدت می‌گیرند و دما را افزایش می‌دهند که در نهایت این فرآیند باعث درخشش و انبساط سطح خورشید می‌شود.

به آرامی با ادامه‌ی انباشته‌شدن هلیوم در هسته‌ی خورشید یا هر ستاره‌‌ای با جرم مشابه، خورشید بزرگ‌تر شده و در واکنش به این فرآیند درخشان‌تر می‌شود. به سختی می‌توان پیش‌بینی کرد که دقیقا چه زمانی این درخشش برای زمین فاجعه‌بار شود، این مسئله به شدت به رابطه‌ی بین پرتوها، جو و اقیانوس ربط دارد؛ اما تخمین کلی این است که ما تقریبا ۵۰۰ میلیون سال تا غیرممکن شدن حیات روی زمین زمان داریم.

خورشید سوزان دمای سطح زمین را افزایش خواهد داد. در دماهای بالاتر اقیانوس‌ها تبخیر می‌شود. از آنجا که بخار آب یک گاز گلخانه‌ای مهم به شمار می‌رود، ماندن بخش زیادی از آن در جو زمین به دماهای سطحی بیشتر می‌انجامد. دماهای بیشتر به تبخیر هرچه بیشتر اقیانوس‌ها می‌انجامند و زمینه را برای چرخه‌ی گلخانه‌ای فراهم می‌کنند. در نهایت شاهد گریز بخش زیادی از ‌آب‌های زمین به داخل جو خواهیم بود.

بدون وجود آب برای روغن‌کاری فعالیت تکتونیکی، صفحات تکتونیکی متوقف می‌شوند. بدون فعالیت تکتونیکی برای بیرون‌کشیدن کربن از جو زمین، تراکم هوای سیاره به‌شدت افزایش می‌یابد. درنتیجه طی چند صد میلیون سال به زهره، سیاره دوقلوی زمین تبدیل می‌شویم که همین سرنوشت را میلیاردها سال پیش تجربه کرد؛ دو دنیای مرده در دستان ستاره‌ی والد خود.

با جابه‌جایی مدار زمین می‌توان آن را از شر خورشید نجات داد.

تغییر موقعیت سیاره

کمربند حیات به منطقه‌ای در اطراف یک ستاره گفته می‌شود که در آن دما برای جریان آب مایع روی سطح یک سیاره مناسب باشد. در نزدیکی ستاره دما بسیار بالا است و مانع از هر گونه پیچیدگی جوی می‌شود، به‌طوری‌که آب فقط در حالت بخار موجود است. خارج از این محدوده نیز دما بسیار پائین است.

زمین در حال حاضر تقریبا در وسط کمربند حیات خورشید قرار دارد، زهره در لبه‌ی داخلی و مریخ تقریبا خارج از این محدوده قرار گرفته‌اند. با بالا رفتن سن خورشید و افزایش درخشندگی‌اش، کمربند حیات هم به نقاط دوردست‌تری از منظومه شمسی خواهد رسید؛ بنابراین اگر می‌خواهیم زمین از این فرآیند جان سالم به در ببرد، باید آن را جابه‌جا کنیم.

جابه‌جایی یک سیاره کار ساده‌ای نخواهد بود؛ اما خوشبختانه با مقیاس‌های زمانی نجومی وسیعی روبه‌رو هستیم و لازم نیست زمین را همین امروز جابه‌جا کنیم. در واقع صدها میلیون سال برای برنامه‌ریزی این جابه‌جایی زمان داریم. برای این کار می‌توانیم از نیروی پایدار یکسانی استفاده کنیم که سیاره‌ها را در مدار خورشید حفظ می‌کند و آن نیرو چیزی نیست جز گرانش.

اولین کاری که باید انجام دهیم، یافتن یک منبع انرژی است. بالا بردن مدار زمین مستلزم مقدار زیادی انرژی است و این انرژی را باید از جایی تأمین کرد. خوشبختانه می‌توانیم از سیاره مشتری استفاده کنیم. از آنجا که این جهان گازی ۳۱۸ برابر سنگین‌تر از زمین است، حرکت ساده‌ی آن در آسمان مقدار شگفت‌انگیزی انرژی جنبشی فراهم می‌کند و می‌توان مقدار کمی از آن را قرض گرفت.

تقریبا ۵۰۰ میلیون سال تا نابودی زمین توسط خورشید فاصله داریم

از طریق برهم‌کنش‌های مداری می‌توان انرژی مشتری را به زمین منتقل کرد. برای درک بهتر این مسئله، فرض کنید درون سکویی چرخ‌دار روی خط آهن ایستاده‌اید و قطاری به سمت شما حرکت می‌کند. نمی‌توانید از سر راه قطار کنار بروید (زیرا در این صورت این تشبیه سرگرم‌کننده نیست)؛ بنابراین تنها شانس شما برای زنده ماندن این است که حداقل به اندازه‌ی قطار سریع حرکت کنید. البته اگر خیلی ساده اجازه دهید قطار با شمار برخورد کند، آن وقت سرعت شما با سرعت قطار تطبیق می‌یابد اما نه به شیوه‌ای که انتظارش را دارید.

در عوض می‌توانید دست در جیب خود کرده و یک توپ گوشتی جهشی را بیرون بیاورید. فرض کنید، این توپ مقاوم و نابودنشدنی است. توپ را به سمت قطار پرتاب می‌کنید. توپ به قطار برخورد کرده و بازمی‌گردد. سپس آن را می‌گیرید و کمی به سمت جلو حرکت می‌کنید. فقط با کمی تمرین و از طریق حفظ ساده‌ی تکانه متوجه می‌شوید که می‌توانید اندکی از انرژی قطار را بدزدید و آن را به خودتان و سکوی چرخ‌دار بدهید. قطار به‌سختی این برخوردها را متوجه می‌شود، اما شما آن را درک می‌کنید. اگر نیروی کافی را به دست بیاورید می‌توانید در مسیر حرکت کنید بدون اینکه با فاجعه روبه‌رو شوید.

حالا به نمونه‌ی زمین و مشتری بازگردیم. تشبیه فوق برای جلوگیری از برخورد مشتری با سیاره‌مان مناسب است، با این تفاوت که به‌جای توپ‌های جهشی از سیارک‌ها استفاده می‌کنیم. می‌توانیم سیارک‌ها را روی مدارهای طولانی اطراف مشتری بفرستیم. در این سناریو، برهم‌کنش گرانشی سیاره مشتری و سیارک به افزایش سرعت سیارک و در مقابل، کاهش اندک سرعت حرکت مشتری غول‌پیکر منجر می‌شود. سپس می‌توانیم سیارک را به زمین برگردانیم آن را در جهت مخالف بچرخانیم و با آهسته ساختن حرکت آن به نیروی موردنظر برسیم.

اجرای فرآیند فوق به‌اندازه‌ی یک بار تأثیر چندانی ندارد؛ بنابراین باید آن را تا صدها میلیون سال تکرار کنیم تا زمین بتواند به مدارهای بالاتر برسد و به‌این‌ترتیب از خشم خورشید فرار کند. اگر نوادگان ما بتوانند این فرآیند را کنترل کنند می‌توانند زمین را به نوار امنی از منطقه‌ی سکونت‌پذیر منتقل کنند.

خورشید از طریق بادهای خورشیدی یا جریان ذرات جرم خود را از دست می‌دهد.

کپی لینک

تنظیم ستاره‌ای

اگر به تغییر آرایش سیاره‌ها علاقه‌ای ندارید، اما از توانایی پروژه‌های ابرمهندسی برخوردار هستید، راه‌حل دیگری برایتان داریم. مسئله‌ی اصلی خورشید این است که هلیوم محصول طبیعی فرآیند همجوشی ستاره‌مان است. نسبت همجوشی هیدروژنی بر اساس جرم کلی خورشید تعریف می‌شود؛ هرچقدر ستاره‌ای بزرگ‌تر باشد، سریع‌تر می‌سوزد و به همین ترتیب ستاره‌های کوچک‌تر با سرعت آهسته‌تری می‌سوزند؛ بنابراین اگر بخواهیم مقدار تولید هلیوم را محدود کنیم، باید واکنش‌های همجوشی را آهسته کنیم. ساده‌ترین راه این است که جرم کلی خورشید را کاهش دهیم.

خوشبختانه خورشید به صورت طبیعی جرم خود را کاهش می‌دهد، اما سرعت کافی را ندارد. سطح خورشید به‌صورت پیوسته جریانی بی‌پایان از ذرات باردار کوچک را منتشر می‌کند که به آن باد خورشیدی می‌گوییم. از نظر آمار در مقیاس انسانی، مقدار جرمی که خورشید از طریق باد خورشیدی از دست می‌دهد برابر است با ۱ تا ۲ میلیون تن در ثانیه که سرعتی فوق‌العاده بالا است؛ اما باید اندکی این سرعت را افزایش داد.

خورشید در هر ثانیه یک تا دو میلیون تن از جرم خود را از طریق باد خورشیدی از دست می‌دهد

یک روش برای افزایش سرعت اتلاف جرمی خورشید، داغ کردن سطح آن از طریق لیزر یا پرتوهایی خاص، میدان‌های مغناطیسی قوی یا هر مکانیزمی است که نوادگان ما انتخاب کنند. داغ کردن سطح خورشید به افزایش تولید بادهای خورشیدی منجر می‌شود و به‌این‌ترتیب سرعت اتلاف جرم خورشید افزایش می‌یابد؛ اما ذرات پرانرژی که با سرعت زیادی منتشر می‌شوند برای سکونت‌پذیری زمین مناسب نیستند، بنابراین باید آن‌ها را به نقطه‌ای امن منتقل کرد.

یک روش برای کنترل بادهای خورشیدی، ساخت مجموعه‌ای از ایستگاه‌های شتاب‌دهنده‌ی ذرات در مدار اطراف استوای خورشید است. این ایستگاه‌ها به صورت پیوسته ذرات باردار را مبادله می‌کنند و یک حلقه‌ی جریان را به شکل کمربند خورشیدی می‌سازند. این حلقه‌ی جریان باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی چنبره‌ای (به شکل دونات) می‌شود که می‌تواند باد خورشیدی را به جریان‌های خروجی قطبی در راستای محور چرخش خورشید تبدیل کند و به شکل ایمنی ذرات مضر را از سیاره‌مان دور سازد.

از میدان مغناطیسی چنبره‌ای می‌توان برای فشرده‌سازی ستاره استفاده کرد. بر اساس این روش، در ابتدا ایستگاه‌ها خاموش می‌شوند و به این ترتیب ذرات به درون خورشید سقوط می‌کنند. سپس با روشن کردن ایستگاه‌ها، میدان مغناطیسی دچار وقفه شده و روند سقوط وارونه می‌شود. میدان مغناطیسی احاطه‌شده روی استوای خورشید فشرده می‌شود و ذرات را وادار می‌کند که از قطب‌های خورشید دفع شوند.

اگر نوادگان ما پیشرفته باشند می‌توانند باد خورشیدی گریزان را بگیرند و از آن برای اهداف دیگر مثل سیستم‌های رآکتور همجوشی برای تقویت یک تأسیسات کامل استفاده کنند و اگر خلاق باشند می‌توانند جریان خروجی باد خورشیدی را به یک جهت هدایت کنند و از آن به عنوان موشک تقویتی خورشیدی برای هدایت منظومه شمسی به نقاط جدیدی در راه شیری یا حتی خارج از کهکشان استفاده کنند.

البته تکنیک جابه‌جایی ستاره باعث کاهش درخشش خورشید می‌شود؛ چرا که با وجود جرم کمتر، واکنش‌های همجوشی در فضای آرام‌تری جریان می‌یابند که قدرت و ابعاد ستاره‌ی ما را کاهش می‌دهند. به این ترتیب کمربند حیات به بخش داخلی‌تری سوق پیدا می‌کند. شاید در ابتدا متوجه این مسئله نشویم، زیرا کارهایی که انجام می‌دهیم در تقابل با تمایل طبیعی کمربند حیات برای حرکت به بیرون قرار دارند؛ اما در نهایت و پس از آنکه خورشید ۱۰ تا ۲۰ درصد از جرم خود را از دست داد، مجبور می‌شویم زمین را به بخش داخلی کمربند حیات منتقل کنیم تا به این ترتیب آن را در نقطه‌ی مطلوب نگه‌داریم.

در نهایت ستاره‌ای کوچک‌تر با عمر طولانی برایمان باقی می‌ماند. کوچک‌ترین کوتوله‌های سرخ با جرم اندکی بیشتر از یک دهم خورشید می‌توانند تا تریلیون‌ها سال به حیاتشان ادامه دهند؛ اما در عین حال ماهیت آشفته‌تری دارد، زیرا با توجه به جرم کمشان در معرض انفجارهای ستاره‌ای قرار دارند که به صورت دوره‌ای باعث دو برابر شدن درخشش آن‌ها می‌شود. اگر نوادگان ما بخواهند برای افزایش طول عمر خورشید در این راه قدم بگذارند، قطعا باید از این انفجارها جلوگیری کنند.

به‌طورکلی و صرف‌نظر از همه چیز، اگر بشریت بتواند میلیاردها سال دوام بیاورد، احتمالا به موجودی میان‌سیاره‌ای یا میان‌ستاره‌ای تبدیل خواهد شد. در این شرایط دیگر نیازی به نجات زمین نخواهد بود. شاید نوادگان دوردست ما بتوانند به نشانه‌ی احترام، زمینی را که از آن برخاستند، حفظ کنند. شاید هم این کار ضروری باشد، زیرا هیچ دنیای دیگری مانند زمین برای زندگی مناسب نیست. در نهایت شاید، پروژه‌ای هنری باشد، فرصتی برای خلق زیبایی و شگفتی در مقیاس میان‌سیاره‌ای، پیش از آنکه آتش‌های همجوشی هسته‌ای خورشید خاموش شوند و ستاره‌مان نفس آخرش را بکشد. فصل آخر داستانی که میلیاردها سال حیات منظومه‌ی شمسی را به پایان می‌رساند.