Làm thế nào và khi nào hệ mặt trời sẽ chết

2024 Tác giả: Malcolm Clapton | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 04:15

Chúng ta vẫn còn một khoảng thời gian nữa, khoảng 5-7 tỷ năm.

Trước đây, hai mặt trăng quay xung quanh Trái đất, sau đó chúng hợp nhất với nhau. Titan, vệ tinh của sao Thổ, là một chất tương tự lý tưởng của hành tinh chúng ta, nó cũng có thể có sự sống. Và các tiểu hành tinh nằm giữa Sao Mộc và Sao Diêm Vương, vì một lý do nào đó, được gọi là "nhân mã". Bạn có thể tìm hiểu về những điều này và các sự kiện khác về không gian từ cuốn sách “Khi Trái đất có hai Mặt trăng. Hành tinh ăn thịt người, người khổng lồ băng, sao chổi bùn và các vật sáng khác của bầu trời đêm”, được xuất bản gần đây bởi nhà xuất bản“Alpina non-hư cấu”.

Người tạo ra chuyến du ngoạn hấp dẫn vào lịch sử của hệ mặt trời là Eric Asfog, nhà khoa học hành tinh và thiên văn học người Mỹ. Tác giả không chỉ làm việc tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hành tinh và Mặt trăng ở Tucson, mà còn tích cực tham gia vào các chuyến thám hiểm của NASA. Ví dụ, sứ mệnh Galileo, nghiên cứu Sao Mộc và các mặt trăng của nó. Lifehacker xuất bản một đoạn trích từ chương đầu tiên của công trình của nhà khoa học.

Giống như một động cơ đốt trong đôi khi bùng phát trở lại khi bắt đầu lạnh, Mặt trời trẻ đã trải qua những đợt bùng nổ hoạt động cao bất thường trong vài triệu năm đầu tiên. Các ngôi sao đi qua giai đoạn phát triển này được gọi là sao T Tauri theo tên một ngôi sao đang hoạt động được nghiên cứu kỹ lưỡng trong chòm sao tương ứng. Sau khi trải qua giai đoạn sinh nở, các ngôi sao cuối cùng tuân theo quy luật rằng ngôi sao nặng nhất và sáng nhất trong số chúng trở nên xanh lam, khổng lồ và rất nóng, trong khi những ngôi sao nhỏ nhất trở nên đỏ, mát và xỉn.

Nếu bạn vẽ tất cả các ngôi sao đã biết trên biểu đồ, với các ngôi sao màu xanh ở bên trái, các ngôi sao màu đỏ ở bên phải, những ngôi sao mờ ở dưới cùng và những ngôi sao sáng ở trên cùng, chúng thường sẽ xếp thành hàng dọc từ trên cùng bên trái góc đến góc dưới cùng bên phải. Dòng này được gọi là dãy chính, và Mặt trời màu vàng nằm ngay giữa nó. Ngoài ra, chuỗi chính có nhiều ngoại lệ, cũng như các nhánh phụ, nơi các ngôi sao trẻ chưa phát triển thành chuỗi chính và các ngôi sao già đã rời khỏi nó, cư trú.

Mặt trời, một ngôi sao rất bình thường, phát ra nhiệt và ánh sáng của nó với cường độ gần như không đổi trong 4,5 tỷ năm. Nó không nhỏ như sao lùn đỏ, đốt cháy cực kỳ tiết kiệm. Nhưng không lớn đến mức cháy hết trong 10 triệu năm nữa, như xảy ra với những người khổng lồ xanh chuyển thành siêu tân tinh.

Mặt trời của chúng ta là một ngôi sao tốt, và chúng ta vẫn có đủ nhiên liệu trong bình.

Độ sáng của nó đang dần tăng lên, đã tăng khoảng một phần tư kể từ khi ra đời, điều này khiến nó hơi dịch chuyển dọc theo chuỗi chính, nhưng bạn sẽ không đưa ra bất kỳ tuyên bố nào khác về nó. Tất nhiên, thỉnh thoảng chúng ta gặp phải những vụ phóng khối lượng đăng quang, khi Mặt trời phun ra một bong bóng từ trường và tắm rửa hành tinh của chúng ta bằng những luồng bức xạ. xung điện từ liên quan đến sự kiện này có thể làm gián đoạn hoạt động của các phần lớn của lưới điện trong thời gian từ vài tuần đến hai năm. Vào năm 1859, vụ phóng quang hoa lớn nhất trong lịch sử hiện đại đã gây ra tia lửa điện trong các văn phòng điện báo và các borealis tráng lệ. Vào năm 2013, công ty bảo hiểm Lloyd's ở London ước tính rằng thiệt hại do sự phát thải khí hậu như vậy ở Hoa Kỳ hiện đại sẽ từ 0,6 đến 2,6 nghìn tỷ đô la. … Nhưng so với những gì xảy ra ở các hệ hành tinh khác, hoạt động này hoàn toàn vô hại.

Nhưng điều này sẽ không phải luôn luôn như vậy. Trong khoảng 5-7 tỷ năm nữa, "hoàng hôn của các vị thần" sẽ bắt đầu đối với chúng ta, giai đoạn hỗn loạn cuối cùng, trong đó các hành tinh sẽ rời khỏi quỹ đạo của chúng. Sau khi rời khỏi dãy chính, Mặt trời sẽ trở thành một sao khổng lồ đỏ và trong vài triệu năm nữa sẽ nhấn chìm sao Thủy, sao Kim và có thể cả Trái đất. Sau đó, nó sẽ co lại, ném một nửa khối lượng của nó vào không gian. Các nhà thiên văn học từ các ngôi sao lân cận sẽ có thể quan sát trên bầu trời của chúng một lớp vỏ khí lấp lánh "mới", đang giãn nở và sẽ biến mất trong vài nghìn năm nữa.

Mặt trời sẽ không còn giữ đám mây Oort bên ngoài nữa, mà các cơ thể của chúng sẽ đi lang thang trong không gian giữa các vì sao như những bóng ma vũ trụ. Những gì còn lại của ngôi sao sẽ co lại cho đến khi nó trở thành sao lùn trắng, một thiên thể cực kỳ dày đặc tỏa ánh sáng trắng từ năng lượng hấp dẫn của nó - hầu như không còn sống nhưng sáng, kích thước bằng Trái đất, nhưng nặng hơn một tỷ lần. Chúng tôi tin rằng đây là số phận của hệ mặt trời của chúng ta, một phần vì Mặt trời là một ngôi sao bình thường, và chúng ta thấy nhiều ví dụ về những ngôi sao như vậy ở các giai đoạn tiến hóa khác nhau, và một phần vì hiểu biết lý thuyết của chúng ta về các quá trình như vậy đã phát triển vượt bậc và phù hợp tốt với kết quả quan sát.

Sau khi quá trình giãn nở của sao khổng lồ đỏ kết thúc và Mặt trời trở thành sao lùn trắng, các hành tinh, tiểu hành tinh và những tàn tích khác của hệ Mặt trời bên trong sẽ bắt đầu rơi vào nó theo hình xoắn ốc - trước tiên là do sự giảm tốc trong khí, và sau đó là do tác động của lực thủy triều - cho đến khi tàn dư siêu dày đặc thì các ngôi sao sẽ không thổi bay các hành tinh thành từng mảnh một. Cuối cùng, sẽ có một đĩa vật chất giống trái đất, chủ yếu bao gồm các lớp phủ bị xé ra của Trái đất và sao Kim, sẽ xoắn xuống ngôi sao bị phá hủy.

Đây không chỉ là một điều tưởng tượng: các nhà thiên văn học nhìn thấy bức ảnh này trong các chỉ số quang phổ của một số "sao lùn trắng bị ô nhiễm" lân cận, nơi các nguyên tố hình thành đá - magiê, sắt, silic, oxy - hiện diện trong bầu khí quyển của ngôi sao với số lượng tương ứng với thành phần khoáng chất từ lớp silicat, chẳng hạn như olivin. Đây là lời nhắc nhở cuối cùng về các hành tinh giống Trái đất trong quá khứ.

***

Các hành tinh hình thành xung quanh các ngôi sao lớn hơn nhiều so với Mặt trời sẽ có số phận kém thú vị hơn. Các ngôi sao khổng lồ cháy ở nhiệt độ hàng trăm triệu độ, tiêu thụ hydro, heli, carbon, nitơ, oxy và silicon trong phản ứng tổng hợp dữ dội. Sản phẩm của các phản ứng này ngày càng trở thành các nguyên tố nặng cho đến khi ngôi sao đạt đến trạng thái tới hạn và bùng nổ như một siêu tân tinh, tán xạ bên trong của nó có đường kính vài năm ánh sáng và đồng thời hình thành hầu hết các nguyên tố nặng. Câu hỏi về tương lai của hệ hành tinh, lẽ ra có thể hình thành xung quanh nó, trở thành một câu hỏi hùng biện.

Giờ đây, mọi con mắt đều đổ dồn vào Betelgeuse, một ngôi sao sáng tạo nên vai trái của chòm sao Orion. Nó cách Trái đất 600 năm ánh sáng, có nghĩa là nó không quá xa, nhưng may mắn thay, nó không nằm trong số những người hàng xóm gần nhất của chúng ta. Khối lượng của Betelgeuse gấp 8 lần Mặt trời, và theo các mô hình tiến hóa, nó có tuổi đời khoảng 10 triệu năm.

Trong vòng một vài tuần, vụ nổ của ngôi sao này sẽ có độ sáng tương đương với độ chói của Mặt trăng, và sau đó nó sẽ bắt đầu mờ đi; nếu điều này không gây ấn tượng với bạn, thì hãy nhớ rằng từ khoảng cách 1 đơn vị thiên văn, nó giống như xem một quả bom khinh khí phát nổ ở một sân gần đó. Theo thời gian địa chất, các siêu tân tinh đã phát nổ gần Trái đất hơn nhiều, chiếu xạ hành tinh của chúng ta và đôi khi dẫn đến sự tuyệt chủng hàng loạt trên đó, nhưng không có ngôi sao nào gần chúng ta nhất sẽ phát nổ.

"Vùng tấn công" của loại siêu tân tinh này là từ 25 đến 50 năm ánh sáng, vì vậy Betelgeuse không gây ra mối đe dọa nào cho chúng ta.

Vì nó tương đối gần và có kích thước khổng lồ, ngôi sao này là ngôi sao đầu tiên chúng ta có thể nhìn thấy chi tiết qua kính thiên văn. Mặc dù chất lượng hình ảnh kém, chúng cho thấy Betelgeuse là một hình cầu bất thường kỳ lạ, giống như một quả bóng bị xì hơi một phần, tạo ra một cuộc cách mạng trên trục của nó trong 30 năm. Chúng tôi thấy một chùm lớn hoặc sự biến dạng của Pierre Kervella và cộng sự, “Môi trường gần sao của Betelgeuse V. Vận tốc quay và các thuộc tính phong bì phân tử từ ALMA,” Astronomy & Astrophysics 609 (2018), có thể gây ra bởi sự mất cân bằng nhiệt toàn cầu. Có vẻ như cô ấy thực sự sẵn sàng bùng nổ bất cứ lúc nào. Nhưng, trên thực tế, để bất kỳ ai trong chúng ta có cơ hội nhìn thấy ánh sáng của sự kiện này, Betelgeuse đã phải bay thành từng mảnh vào thời của Kepler và Shakespeare.

Khi một ngôi sao lớn phát nổ, các cánh cửa của nhà bếp hóa chất của nó bị thổi bay khỏi bản lề của chúng. Tro từ lò sưởi nhiệt hạch phân tán theo mọi hướng, do đó heli, carbon, nitơ, oxy, silicon, magie, sắt, niken và các sản phẩm nhiệt hạch khác lan truyền với tốc độ hàng trăm km / giây. Trong quá trình chuyển động, những hạt nhân nguyên tử này, đạt khối lượng tối đa là 60 đơn vị nguyên tử, bị bắn phá ồ ạt bởi một luồng neutron năng lượng cao (các hạt có khối lượng bằng proton, nhưng không mang điện tích) phát ra từ lõi sao đang sụp đổ..

Theo thời gian, một neutron, va chạm với hạt nhân của một nguyên tử, tự gắn vào nó; kết quả của tất cả những điều này, một vụ nổ siêu tân tinh đi kèm với sự tổng hợp nhanh chóng của các nguyên tố phức tạp hơn được coi là cần thiết cho sự tồn tại của sự sống, cũng như nhiều nguyên tố phóng xạ. Một số đồng vị trong số này có chu kỳ bán rã chỉ vài giây, những đồng vị khác, chẳng hạn như ⁶⁰Fe và ²⁶Al, phân rã trong khoảng một triệu năm mà nó đã hình thành nên tinh vân tiền hành tinh của chúng ta, và tinh vân thứ ba, nói ²³⁸U, còn một chặng đường dài phía trước: chúng cung cấp năng lượng đốt nóng địa chất trong hàng tỷ năm. Chỉ số trên tương ứng với tổng số proton và neutron trong hạt nhân - đây được gọi là khối lượng nguyên tử.

Đây là những gì sẽ xảy ra khi Betelgeuse phát nổ. Trong một giây, lõi của nó sẽ co lại bằng kích thước của một ngôi sao neutron - một vật thể dày đặc đến mức một muỗng cà phê chất của nó nặng một tỷ tấn - và có thể trở thành một lỗ đen. Cùng lúc đó, Betelgeuse sẽ phun ra khoảng 10⁵⁷ neutrino, mang năng lượng nhanh đến mức sóng xung kích sẽ xé nát ngôi sao.

Nó sẽ giống như vụ nổ của một quả bom nguyên tử, nhưng mạnh hơn hàng nghìn tỷ lần.

Đối với những người quan sát từ Trái đất, Betelgeuse sẽ tăng độ sáng trong vài ngày cho đến khi ngôi sao tràn ngập ánh sáng trên bầu trời. Trong vài tuần tới, nó sẽ mờ dần và sau đó chui vào tinh vân phát sáng của một đám mây khí, được chiếu xạ bởi một con quái vật nhỏ gọn ở trung tâm của nó.

Các siêu tân tinh nhợt nhạt hơn so với các vụ nổ nặng, xảy ra khi hai ngôi sao neutron rơi vào bẫy hút lẫn nhau và xoắn vào một vụ va chạm Có lẽ nhờ kilonov mà các nguyên tố nặng hơn như vàng và molypden xuất hiện trong không gian. … Hai thiên thể này đã dày đặc đến mức khó tin - mỗi thiên thể có khối lượng bằng Mặt trời, được đóng gói trong thể tích của một tiểu hành tinh dài 10 km - vì vậy sự hợp nhất của chúng gây ra sóng hấp dẫn, gợn sóng trong cấu trúc của không gian và thời gian.

Sóng hấp dẫn được dự đoán từ lâu được ghi lại lần đầu tiên vào năm 2015 với một công cụ trị giá hàng tỷ đô la có tên LIGO Sóng hấp dẫn đầu tiên được ghi lại bởi Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế Laser (LIGO) vào tháng 9 năm 2015, sự hợp nhất của hai lỗ đen ở khoảng cách 1,3 cách Trái đất tỷ năm ánh sáng. (Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế bằng laser, "Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser"). Sau đó, vào năm 2017, sóng hấp dẫn đến với sự chênh lệch 1,7 giây với một vụ nổ bức xạ gamma được ghi lại bởi một thiết bị hoàn toàn khác - giống như một tiếng sét và một tia chớp.

Điều đáng kinh ngạc là sóng hấp dẫn và sóng điện từ (tức là các photon) đã di chuyển trong không gian và thời gian trong hàng tỷ năm, và dường như chúng hoàn toàn độc lập với nhau (trọng lực và ánh sáng là những thứ khác nhau), nhưng vẫn đến cùng thời gian. Có lẽ đây là một hiện tượng tầm thường hoặc có thể đoán trước được, nhưng đối với cá nhân tôi, sự đồng bộ của lực hấp dẫn và ánh sáng này đã lấp đầy sự thống nhất của Vũ trụ với một ý nghĩa sâu sắc. Vụ nổ của một kilonova tỷ năm trước, một tỷ năm ánh sáng, có vẻ giống như một âm thanh xa xôi của tiếng chuông, âm thanh của nó khiến bạn cảm thấy như chưa từng có mối liên hệ nào với những người có thể tồn tại ở đâu đó trong không gian sâu thẳm. Nó giống như nhìn vào mặt trăng, nghĩ về những người thân yêu của bạn và nhớ rằng họ cũng nhìn thấy nó.

Nếu bạn muốn biết Vũ trụ có nguồn gốc như thế nào, nơi nào khác có thể tồn tại sự sống và tại sao các hành tinh lại khác nhau như vậy, thì cuốn sách này chắc chắn là dành cho bạn. Eric Asfog nói chi tiết về quá khứ và tương lai của hệ mặt trời và vũ trụ nói chung.

Alpina Non-Fiction đang giảm giá 15% cho độc giả của Lifehacker đối với phiên bản giấy của When the Earth Had Two Moons bằng cách sử dụng mã khuyến mãi TWOMOONS.