Od počátku lidských dějin lidé chápali, že Slunce je ústřední součástí života, jak jej známe. Důkazem toho je důležitost pro nespočet mytologických a kosmologických systémů po celém světě. Ale jak jsme tomu rozuměli, zjistili jsme, že Slunce tu bylo dlouho před námi a bude tu dlouho poté, co odejdeme. Naše Slunce, které vzniklo zhruba před 4,6 miliardami let, začalo svůj život zhruba 40 milionů let před zformováním naší Země.
Od té doby se Slunce nachází v tom, co je známé jako jeho hlavní sekvence, kde jaderná fúze v jeho jádru způsobuje, že vyzařuje energii a světlo, což nás udržuje zde na Zemi živené. To potrvá dalších 4,5 – 5,5 miliardy let, v tomto okamžiku vyčerpá své zásoby vodíku a helia a projde několika vážnými změnami. Za předpokladu, že lidstvo je stále naživu a volá Zemi v tuto chvíli jako domov, možná budeme chtít zvážit, jak se dostat z cesty!
Zrození našeho Slunce:
Převládající teorie o tom, jak vzniklo naše Slunce a sluneční soustava, je známá jako Nebulární teorie , který uvádí, že Slunce a všechny planety začaly před miliardami let jako obří mrak molekulárního plynu a prachu. Poté, přibližně před 4,57 miliardami let, tento mrak zažil gravitační kolaps ve svém středu, kde cokoli od procházející hvězdy po rázovou vlnu způsobenou supernovou spustilo proces, který vedl ke zrození našeho Slunce.
V podstatě k tomu došlo poté, co se kapsy prachu a plynu začaly shromažďovat do hustších oblastí. Jak tyto oblasti přitahovaly více a více hmoty, zachování hybnosti způsobilo, že se začaly otáčet, zatímco rostoucí tlak způsobil, že se zahřívaly. Většina materiálu skončila v kouli uprostřed, zatímco zbytek hmoty byl srovnán do velkého disku, který kolem ní kroužil.
Mladé hvězdy mají kolem sebe disk plynu a prachu nazývaný protoplanetární disk. Z tohoto disku se tvoří planety a přítomnost vodního ledu v disku ovlivňuje, kde se tvoří různé typy planet. Poděkování: NASA/JPL-Caltech
Koule ve středu by nakonec vytvořila Slunce, zatímco disk materiálu by vytvořil planety. Slunce poté strávilo dalších 100 000 let jako kolabující protohvězda, než teplota a tlaky ve vnitřku zažehly fúzi v jeho jádru. Slunce začalo jako a Hvězda T Tauri – divoce aktivní hvězda, která vyvrhla intenzivní sluneční vítr. A jen o pár milionů let později se usadil do své současné podoby.
Hlavní sekvence:
Posledních 4,57 miliardy let (dej nebo vezmi den nebo dva) bylo Slunce v hlavní sekvenci svého života. To je charakterizováno procesem, kdy se vodíkové palivo pod obrovským tlakem a teplotami v jádru přeměňuje na helium. Kromě toho, že tento proces mění vlastnosti své základní hmoty, produkuje také obrovské množství energie. Celkově vzato, každou sekundu se 600 milionů tun hmoty přemění na neutrina, sluneční záření a zhruba 4 x 1027Watty energie.
Tento proces přirozeně nemůže trvat věčně, protože je závislý na přítomnosti hmoty, která se pravidelně spotřebovává. Jak čas plyne a více vodíku se přeměňuje na helium, jádro se bude nadále zmenšovat, což umožní vnějším vrstvám Slunce přiblížit se ke středu a zažít silnější gravitační sílu.
To způsobí větší tlak na jádro, kterému je odoláváno výsledným zvýšením rychlosti, při které dochází k fúzi. V podstatě to znamená, že jak Slunce pokračuje ve výdeji vodíku ve svém jádru, proces fúze se zrychluje a výkon Slunce se zvyšuje. V současnosti to vede k 1% nárůstu svítivosti každých 100 milionů let a 30% nárůstu v průběhu posledních 4,5 miliardy let.
Životní cyklus hvězdy podobné Slunci, od jejího zrození na levé straně snímku po její vývoj v červeného obra vpravo po miliardách let. Kredit: ESO/M. Kornmesser
Přibližně za 1,1 miliardy let bude Slunce o 10 % jasnější než dnes. Toto zvýšení svítivosti bude také znamenat zvýšení tepelné energie, kterou zemská atmosféra pohltí. To spustí skleníkový efekt, který je podobný tomu, co proměnilo Venuši v hrozný skleník, kterým je dnes.
Za 3,5 miliardy let bude Slunce o 40 % jasnější, než je právě teď, což způsobí varu oceánů, trvalé tání ledových čepic a ztrátu veškeré vodní páry v atmosféře do vesmíru. Za těchto podmínek nebude život, jak jej známe, schopen přežít kdekoli na povrchu a planeta Země se plně promění v jiný horký, suchý svět, stejně jako Venuše.
Fáze červeného obra:
Za 5,4 miliardy let od nynějška Slunce vstoupí do toho, čemu se říká Červený obr fázi jeho vývoje. To začne, jakmile je všechen vodík vyčerpán v jádře a inertní héliový popel, který se tam nahromadil, se stane nestabilním a zhroutí se pod svou vlastní vahou. To způsobí, že se jádro zahřeje a bude hustší, což způsobí, že Slunce naroste.
Odhaduje se, že rozpínající se Slunce bude dostatečně velké, aby pokrylo oběžnou dráhu Rtuť , Venuše a možná i Zemi. I kdyby Země přežila být spotřebována, její nová blízkost k intenzivnímu žáru tohoto rudého slunce by spálila naši planetu a zcela znemožnila přežití života. Astronomové si však všimli, že jak se Slunce rozpíná, pravděpodobně se změní i oběžná dráha planety.
Když Slunce dosáhne tohoto pozdního stadia svého hvězdného vývoje, ztratí ohromné množství hmoty prostřednictvím silných hvězdných větrů. V podstatě, jak roste, ztrácí hmotu, což způsobuje, že se planety spirálovitě pohybují směrem ven. Otázkou tedy je, zda rozpínající se Slunce předběhne planety, které se spirálovitě pohybují směrem ven, nebo mu Země (a možná i Venuše) unikne?
K.-P Schroder a Robert Cannon Smith jsou dva výzkumníci, kteří se zabývali právě touto otázkou. Ve výzkumném článku s názvem „ Vzdálená budoucnost Slunce a Země přepracována “, který se objevil vMěsíční oznámení Královské astronomické společnostiprovedli výpočty s nejaktuálnějšími modely hvězdného vývoje.
Podle Schrodera a Smithe, až se ze Slunce za 7,59 miliardy let stane červený obr, začne rychle ztrácet hmotu. V době, kdy dosáhne svého největšího poloměru, 256násobku své současné velikosti, bude mít pouze 67 % své současné hmotnosti. Když se Slunce začne rozpínat, stane se tak rychle a proletí vnitřní sluneční soustavou za pouhých 5 milionů let.
Poté vstoupí do své relativně krátké (130 milionů let) fáze spalování helia, v tomto okamžiku se rozšíří za oběžnou dráhu Merkuru a poté Venuše. Než se přiblíží k Zemi, ztratí 4,9 x 10dvacettun hmotnosti každý rok (8 % hmotnosti Země).
Ale přežije Země?:
Nyní se to stává tak trochu situací „dobré/špatné zprávy“. Špatnou zprávou podle Schrodera a Smithe je, že Země NEPŘEŽIJE expanzi Slunce. I když by se Země mohla rozšířit na oběžnou dráhu o 50 % vzdálenější, než kde je dnes (1,5 AU), nedostane příležitost. Rozpínající se Slunce pohltí Zemi těsně předtím, než dosáhne špičky fáze rudého obra, a Slunce by mělo ještě dalších 0,25 AU a 500 000 let do růstu.
Umělecký dojem hvězdy rudého obra. Kredit: NASA/ Walt Feimer
Jakmile se Země dostane do atmosféry Slunce, srazí se s částicemi plynu. Jeho oběžná dráha se rozpadne a bude se spirálovitě pohybovat dovnitř. Pokud by Země byla právě teď jen o něco dále od Slunce, na 1,15 AU, byla by schopna přežít fázi expanze. Kdybychom mohlitamnaši planetu do této vzdálenosti, také bychom podnikali. Takové řeči jsou však v tuto chvíli zcela spekulativní a v oblasti sci-fi.
A teď k dobrým zprávám. Dlouho předtím, než naše Slunce vstoupí do fáze Červeného obra obyvatelná zóna (jak to známe) bude pryč. Astronomové odhadují, že se tato zóna rozšíří za oběžnou dráhu Země asi za miliardu let. Zahřívající se Slunce odpaří pozemské oceány a sluneční záření pak odfoukne vodík z vody. Země už nikdy nebude mít oceány a nakonec se roztaví.
Ano, to je dobrá zpráva… tak nějak. Ale pozitivní na tom je, že můžeme s jistotou říci, že lidstvo bude nuceno opustit hnízdo dlouho předtím, než ho pohltí Slunce. A vzhledem k tomu, že máme co do činění s časovými osami, které jsou daleko za vším, s čím se můžeme skutečně vypořádat, nemůžeme si být ani jisti, že si nás nějaká jiná katastrofická událost nevyžádá dříve nebo že se nepohneme daleko za naši současnou evoluční fáze.
Zajímavým vedlejším přínosem bude, jak měnící se hranice obyvatelné zóny našeho Slunce změní i sluneční soustavu. Zatímco Země s pouhými 1,5 AU již nebude v obyvatelné zóně Slunce, velká část vnější sluneční soustavy bude. Tato nová obyvatelná zóna se rozšíří z 49,4 AU na 71,4 AU – hluboko do Cooperův pás – což znamená, že dříve ledové světy roztajou a za oběžnou dráhou bude přítomna kapalná voda Pluto .
Možná Eris bude náš nový domovský svět, trpasličí planeta Pluto bude novou Venuší a Haumeau , rád bych a zbytek bude vnější „sluneční soustava“. Ale co je na tom všem možná nejvíce fascinující, je to, jak jsou lidé dokonce v pokušení ptát se na prvním místě „bude to tady ještě v budoucnu“, zvláště když ta budoucnost bude za miliardy let.
Náměty toho, co nás předcházelo, a co zde bude, až budeme pryč, nás stále fascinují. A když se zabýváme věcmi, jako je naše Slunce, Země a známý vesmír, stává se to přímo nezbytným. Naše dosavadní existence byla ve srovnání s vesmírem jen zábleskem a jak dlouho vydržíme, zůstává otevřenou otázkou.
Napsali jsme mnoho zajímavých článků slunce zde na Universe Today. Zde je Jakou barvu má slunce? , Jaký druh hvězdy je Slunce? , Jak Slunce vyrábí energii? , a Mohli bychom Terraformovat Slunce?
Astronomy Cast má také několik zajímavých epizod na toto téma. Zkontroluj je- Epizoda 30: Slunce, skvrny a vše , 108. díl: The Life of the Sun , Epizoda 238: Sluneční aktivita .
Pro více informací se podívejte Průvodce sluneční soustavou NASA .