الشمس لطالما كانت مركز أنظمتنا الكونية. ولكن مع ظهور علم الفلك الحديث ، أصبح البشر مدركين لحقيقة أن الشمس هي مجرد واحدة من النجوم التي لا تعد ولا تحصى في كوننا. من حيث الجوهر ، إنه مثال طبيعي تمامًا لنجم التسلسل الرئيسي من النوع G (G2V ، المعروف أيضًا باسم 'القزم الأصفر'). ومثل كل النجوم ، لها عمر يتميز بالتشكيل والتسلسل الرئيسي والموت النهائي.
بدأ هذا العمر الافتراضي منذ حوالي 4.6 مليار سنة ، وسيستمر حوالي 4.5 - 5.5 مليار سنة أخرى ، عندما يستنفد مخزونه من الهيدروجين والهيليوم ، وينهار ليصبح قزمًا أبيض. لكن هذه مجرد نسخة مختصرة من عمر الشمس. كالعادة ، الله (أو الشيطان ، حسب من تسأل) موجود في التفاصيل!
لكسرها ، تكون الشمس في منتصف الطريق تقريبًا خلال الجزء الأكثر استقرارًا في حياتها. على مدار الأربعة مليارات سنة الماضية ، التي وُلد خلالها كوكب الأرض والنظام الشمسي بأكمله ، ظل دون تغيير نسبيًا. سيبقى هذا هو الحال لمدة أربعة مليارات سنة أخرى ، وعند هذه النقطة ، ستكون قد استنفدت إمداداتها من وقود الهيدروجين. عندما يحدث ذلك ، ستحدث بعض الأشياء المتطرفة!
ولادة الشمس:
وفق نظرية سديم بدأت الشمس وجميع كواكب نظامنا الشمسي كسحابة عملاقة من الغاز الجزيئي والغبار. ثم ، منذ حوالي 4.57 مليار سنة ، حدث شيء تسبب في انهيار السحابة. قد يكون هذا نتيجة مرور نجم ، أو موجات صدمة من مستعر أعظم ، لكن النتيجة النهائية كانت انهيار الجاذبية في مركز السحابة.
مفهوم الفنان عن نجم محاط بسحابة جزيئية ليشكل قرصًا دائريًا يسمى 'قرص كوكبي أولي'. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
من هذا الانهيار ، بدأت جيوب من الغبار والغاز تتجمع في مناطق أكثر كثافة. نظرًا لأن المناطق الأكثر كثافة تسحب المزيد والمزيد من المادة ، فقد تسبب الحفاظ على الزخم في بدء دورانها ، بينما تسبب الضغط المتزايد في تسخينها. انتهى المطاف بمعظم المادة على شكل كرة في المركز بينما سوت باقي المادة لتصبح قرصًا يدور حولها.
ستشكل الكرة في المركز الشمس في النهاية ، بينما سيشكل قرص المادة الكواكب. أمضت الشمس حوالي 100000 عام كنجم أولي منهار قبل أن أشعلت درجات الحرارة والضغوط في الداخل اندماجًا في صميمه. بدأت الشمس كـ a نجمة T Tauri - نجم نشط للغاية أطلق رياحًا شمسية شديدة. وبعد بضعة ملايين من السنين ، استقرت في شكلها الحالي. بدأت دورة حياة الشمس.
التسلسل الرئيسي:
الشمس ، مثل معظم النجوم في الكون ، في مرحلة التسلسل الرئيسية من حياتها ، حيث تدمج تفاعلات الاندماج النووي في جوهرها الهيدروجين في الهيليوم. كل ثانية ، يتم تحويل 600 مليون طن من المادة إلى نيوترينوات وإشعاع شمسي وما يقرب من 4 × 1027واط من الطاقة. بالنسبة للشمس ، بدأت هذه العملية منذ 4.57 مليار سنة ، وهي تولد الطاقة بهذه الطريقة منذ ذلك الحين.
ومع ذلك ، لا يمكن أن تستمر هذه العملية إلى الأبد نظرًا لوجود كمية محدودة من الهيدروجين في لب الشمس. حتى الآن ، حولت الشمس ما يقدر بنحو 100 ضعف كتلة الأرض إلى الهيليوم والطاقة الشمسية. مع تحويل المزيد من الهيدروجين إلى هيليوم ، يستمر اللب في الانكماش ، مما يسمح للطبقات الخارجية للشمس بالاقتراب من المركز وتجربة قوة جاذبية أقوى.
الشمس التي التقطتها مركبة الفضاء الخاصة بمرصد ديناميكيات الطاقة الشمسية التابعة لوكالة ناسا.
هذا يضع مزيدًا من الضغط على اللب ، والذي يقاومه زيادة ناتجة في معدل حدوث الاندماج. يعني هذا أساسًا أنه مع استمرار الشمس في إنفاق الهيدروجين في قلبها ، تتسارع عملية الاندماج ويزداد ناتج الشمس. في الوقت الحاضر ، يؤدي هذا إلى زيادة اللمعان بنسبة 1٪ كل 100 مليون سنة ، وزيادة بنسبة 30٪ على مدار 4.5 مليار سنة الماضية.
بعد 1.1 مليار سنة من الآن ، ستكون الشمس أكثر سطوعًا بنسبة 10٪ مما هي عليه اليوم ، وهذه الزيادة في اللمعان ستعني أيضًا زيادة في الطاقة الحرارية ، والتي سيمتصها الغلاف الجوي للأرض. سيؤدي هذا إلى إحداث دفيئة رطبة هنا على الأرض مشابه للاحترار الجامح الذي حوّل كوكب الزهرة إلى بيئة جهنميّة نراها هناك اليوم.
بعد 3.5 مليار سنة من الآن ، ستكون الشمس أكثر إشراقًا بنسبة 40٪ مما هي عليه الآن. ستؤدي هذه الزيادة إلى غليان المحيطات ، وذوبان القمم الجليدية بشكل دائم ، وفقدان كل بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي في الفضاء. في ظل هذه الظروف ، لن تتمكن الحياة كما نعرفها من البقاء في أي مكان على السطح. باختصار ، سيصبح كوكب الأرض كوكب الزهرة حارًا وجافًا آخر.
استنفاد الهيدروجين الأساسي:
كل الأشياء يجب أن تنتهي. هذا صحيح بالنسبة لنا ، وهذا صحيح بالنسبة للأرض ، وهذا صحيح بالنسبة للشمس. لن يحدث ذلك في أي وقت قريب ، ولكن في يوم من الأيام في المستقبل البعيد ، سوف ينفد وقود الهيدروجين من الشمس وتتراجع ببطء نحو الموت. سيبدأ هذا في حوالي 5.4 مليار سنة ، وعندها ستخرج الشمس من التسلسل الرئيسي لعمرها.
مع استنفاد الهيدروجين في اللب ، فإن رماد الهليوم الخامل الذي تراكم هناك سيصبح غير مستقر وينهار تحت ثقله. سيؤدي هذا إلى تسخين اللب وزيادة كثافته ، مما يتسبب في نمو حجم الشمس ودخولها العملاق الأحمر مرحلة تطورها. يُحسب أن الشمس المتوسعة ستنمو بشكل كبير بما يكفي لتشمل مدار مدار الزئبق و كوكب الزهرة و وربما الأرض . حتى لو نجت الأرض ، فإن الحرارة الشديدة من الشمس الحمراء ستحرق كوكبنا وتجعل من المستحيل تمامًا بقاء الحياة.
المرحلة النهائية والموت:
بمجرد أن تصل إلى العملاق الأحمر فرع (RGB) ، سيكون أمام الشمس ما يقرب من 120 مليون سنة من الحياة النشطة. لكن الكثير سيحدث في هذا الوقت. أولاً ، اللب (المليء بالهيليوم المتحلل) ، سوف يشتعل بعنف في وميض الهيليوم - حيث يتم تحويل ما يقرب من 6٪ من اللب و 40٪ من كتلة الشمس إلى كربون في غضون دقائق.
ستتقلص الشمس بعد ذلك إلى حوالي 10 أضعاف حجمها الحالي و 50 ضعف لمعانها ، مع درجة حرارة أقل قليلاً من اليوم. على مدار المائة مليون عام القادمة ، ستستمر في حرق الهيليوم في نواتها حتى يتم استنفادها. من خلال هذه النقطة ، سيكون في نطاقه فرع عملاق مقارب (AGB) ، حيث ستتوسع مرة أخرى (أسرع بكثير هذه المرة) وتصبح أكثر إضاءة.
على مدار العشرين مليون سنة القادمة ، ستصبح الشمس غير مستقرة وتبدأ في فقدان الكتلة من خلال سلسلة من النبضات الحرارية. سيحدث هذا كل 100000 عام أو نحو ذلك ، وسيزداد حجمه في كل مرة ويزيد سطوع الشمس إلى 5000 مرة من سطوعها الحالي ونصف قطرها إلى أكثر من 1 وحدة فلكية.
في هذه المرحلة ، سيشمل توسع الشمس الأرض ، أو يتركها غير صالحة للحياة تمامًا. من المحتمل أن تتغير الكواكب في النظام الشمسي الخارجي بشكل كبير ، حيث يتم امتصاص المزيد من الطاقة من الشمس ، مما يتسبب في تسامي جليدها المائي - وربما تشكل غلافًا جويًا كثيفًا ومحيطات سطحية. بعد 500000 سنة أو نحو ذلك ، سيبقى نصف كتلة الشمس الحالية فقط وسيبدأ غلافها الخارجي في تكوين سديم كوكبي.
سيكون تطور ما بعد AGB أسرع ، حيث تتأين الكتلة المقذوفة لتشكل سديمًا كوكبيًا ويصل اللب المكشوف إلى 30.000 كلفن ، وستكون درجة الحرارة الأساسية النهائية العارية أكثر من 100000 كلفن ، وبعد ذلك ستبرد البقايا نحو سديم كوكبي. قزم ابيض . سوف يتشتت السديم الكوكبي في غضون 10000 عام ، لكن القزم الأبيض سيبقى على قيد الحياة لتريليونات السنين قبل أن يتلاشى إلى اللون الأسود.
المصير النهائي لشمسنا:
عندما يفكر الناس في احتضار النجوم ، فإن ما يتبادر إلى الذهن عادةً هو المستعرات الأعظمية الضخمة وتكوين الثقوب السوداء. ومع ذلك ، لن يكون هذا هو الحال مع شمسنا ، نظرًا لحقيقة بسيطة أنها ليست ضخمة بما يكفي. على الرغم من أنها قد تبدو ضخمة بالنسبة لنا ، إلا أن الشمس عبارة عن نجم منخفض الكتلة نسبيًا مقارنة ببعض النجوم الهائلة ذات الكتلة العالية الموجودة في الكون.
على هذا النحو ، عندما تنفد شمسنا من وقود الهيدروجين ، فإنها ستتوسع لتصبح عملاقًا أحمر ، وتنتفخ طبقاتها الخارجية ، ثم تستقر كنجم قزم أبيض مضغوط ، ثم تبرد ببطء لتريليونات السنين. ومع ذلك ، إذا كانت كتلة الشمس حوالي 10 أضعاف كتلتها الحالية ، فإن المرحلة الأخيرة من عمرها ستكون أكثر (مهم) بشكل ملحوظ.
عندما نفد وقود الهيدروجين في صميم هذه الشمس فائقة الكتلة ، فإنها ستتحول إلى تحويل ذرات الهيليوم ، ثم ذرات الكربون (تمامًا مثل ذراتنا). ستستمر هذه العملية ، حيث تستهلك الشمس وقودًا أثقل وأثقل في طبقات متحدة المركز. ستستغرق كل طبقة وقتًا أقل من السابقة ، وصولاً إلى النيكل - والذي قد يستغرق يومًا واحدًا فقط ليحترق.
ثم يبدأ الحديد بالتراكم في قلب النجم. نظرًا لأن الحديد لا يعطي أي طاقة عندما يخضع للاندماج النووي ، فلن يكون للنجم المزيد من الضغط الخارجي في قلبه لمنعه من الانهيار إلى الداخل. عندما يتم تجميع الحديد في اللب حوالي 1.38 ضعف كتلة الشمس ، فإنه سينفجر داخليًا بشكل كارثي ، ويطلق كمية هائلة من الطاقة.
في غضون ثماني دقائق ، مقدار الوقت المستغرق الضوء ينتقل من الشمس إلى الأرض ، كمية غير مفهومة من الطاقة ستكتسح الأرض وتدمر كل شيء في النظام الشمسي. قد تكون الطاقة المنبعثة من هذا كافية لتتفوق لفترة وجيزة على المجرة ، والسديم الجديد (مثل سديم السلطعون ) سيكون مرئيًا من أنظمة النجوم القريبة ، ويتوسع إلى الخارج لآلاف السنين.
كل ما تبقى من الشمس سيكون نجمًا نيوترونيًا سريع الدوران ، أو ربما ثقبًا أسود نجميًا. لكن بالطبع ، هذا ليس مصير شمسنا. بالنظر إلى كتلته ، سينهار في النهاية إلى نجم أبيض حتى يحترق نفسه. وبالطبع ، لن يحدث هذا لمدة 6 مليارات سنة أخرى أو نحو ذلك. عند هذه النقطة ، ستكون البشرية إما ميتة منذ زمن طويل أو قد تمضي قدمًا. في غضون ذلك ، لدينا الكثير من الأيام المشمسة لنتطلع إليها!
لقد كتبنا العديد من المقالات الشيقة في الشمس هنا في Universe Today. هنا ما هو لون الشمس؟ و أي نوع من النجوم هي الشمس؟ و كيف تنتج الشمس الطاقة؟ ، و هل يمكننا تعديل الشمس؟
لدى Astronomy Cast أيضًا بعض الحلقات الشيقة حول هذا الموضوع. تحقق منها- الحلقة 30: الشمس والبقع والجميع و الحلقة 108 و الحلقة 238 .
لمزيد من المعلومات ، تحقق من دليل النظام الشمسي التابع لوكالة ناسا .