كيف نمنع الأرض من أن تحترق بفعل الشمس الأكثر سخونة

أراهن أننا، كجنس بشري، مغرمون تمامًا بكوكبنا الأصلي (على الرغم من انبعاثاتنا الكربونية غير المبررة). لكن الحقيقة المحزنة هي أن الأرض محكوم عليها بالفناء. في أحد الأيام، ستدخل الشمس مرحلة ستجعل الحياة مستحيلة على سطح الأرض وستؤدي في النهاية إلى تحويل الكوكب إلى قطعة حزينة وحيدة من الحديد والنيكل.

والخبر السار هو أننا إذا فكرنا في الأمر حقًا – ولا تقلقوا، سيكون لدينا مئات الملايين من السنين للتخطيط – يمكننا الحفاظ على كوكبنا موطنًا للمضياف، حتى بعد فترة طويلة من جنون شمسنا.

كابوس اليقظة

تصبح الشمس ببطء ولكن بلا هوادة أكثر سطوعًا وسخونة وأكبر بمرور الوقت. منذ مليارات السنين، عندما بدأت مجموعات من الجزيئات ترقص معًا وتطلق على نفسها اسم الحياة، كانت الشمس باهتة بنسبة 20٪ تقريبًا عما هي عليه اليوم. حتى الديناصورات عرفت وجود نجم أصغر خافتًا. وبينما تكون الشمس في منتصف الطريق فقط خلال مرحلة حرق الهيدروجين الرئيسية في حياتها، مع 4 مليارات سنة من التغيير قبل أن تبدأ في احتضارها، فإن المزيج الخاص من درجة الحرارة والسطوع الذي يجعل الحياة ممكنة في عالمنا الصغير هذا سوف يتآكل في بضع مئات الملايين من السنين فقط. غمضة عين، من الناحية الفلكية.

تزرع الشمس بذور زوالها من خلال الفيزياء الأساسية لوجودها. وفي الوقت الحالي، يمضغ نجمنا حوالي 600 مليون طن من الهيدروجين كل ثانية، فتصطدم هذه الذرات ببعضها البعض في جحيم نووي تصل درجة حرارته إلى أكثر من 27 مليون درجة فهرنهايت. ومن هذه الـ 600 مليون طن، يتم تحويل 4 ملايين منها إلى طاقة تكفي لإضاءة النظام الشمسي بأكمله.

ومع ذلك، فإن تفاعل الاندماج هذا ليس نظيفًا تمامًا. ويبقى هناك منتج ثانوي، وهو الرماد الناتج عن الحرائق النووية: الهيليوم. ليس لهذا الهيليوم مكان يذهب إليه، لأن دورات الحمل الحراري العميقة التي تحرك المادة باستمرار داخل الشمس لا تصل إلى النواة حيث يتشكل الهيليوم. ولذلك يبقى الهيليوم هناك، خاملًا، بلا حياة، عديم الفائدة، يعيق الآلة.

في عمرها الحالي، لا تتمتع الشمس بدرجات حرارة وضغوط عالية بما يكفي في قلبها لإذابة الهيليوم. لذا فإن الهيليوم يعيق الطريق، مما يزيد من الكتلة الإجمالية للنواة دون إعطائها أي شيء آخر للاندماج به. ولحسن الحظ، فإن الشمس قادرة بسهولة على تعويض ذلك، ويتم تحقيق هذا التعويض من خلال القليل من الفيزياء المعروفة باسم التوازن الهيدروستاتيكي.

الشمس موجودة في توازن دائم، وتعيش على حافة السكين النووي. فمن ناحية، توجد الطاقات الصادرة عن عملية الاندماج والتي، إذا تركت دون رادع، يمكن أن تهدد بتفجير الشمس – أو على الأقل توسيعها. ويواجه هذا الأمر وزن الجاذبية الهائل للنجم نفسه، والذي يضغط إلى الداخل بكل القوة التي يمكن أن يحشدها 1027 طنًا من الهيدروجين والهيليوم. إذا تركت هذه القوة دون رادع، فإن جاذبية الشمس ستسحق نجمنا إلى ثقب أسود لا يزيد حجمه عن مدينة متوسطة الحجم.

فماذا يحدث إذن عندما تواجه القوة التي لا يمكن إيقافها ضغوطًا لا تقاوم؟ توازن رشيق ونجم يمكن أن يعيش لمليارات السنين. إذا ارتفعت درجة حرارة الجحيم النووي بشكل عشوائي، لسبب ما، فإن ذلك سيؤدي إلى تسخين بقية النجم وتضخيم طبقاته الخارجية، وبالتالي تخفيف ضغط الجاذبية وإبطاء التفاعلات النووية. وإذا انكمشت الشمس بشكل عشوائي، فإن المزيد من المادة سوف تغوص في القلب، حيث ستشارك في الرقص النووي المسكر، وسيتآمر إطلاق الطاقة الناتج عن ذلك على تضخيم النجم وإعادته إلى أبعاده الطبيعية.

لكن وجود رماد الهليوم والنفايات النووية يعطل هذا التوازن عن طريق إزاحة الهيدروجين الذي قد يندمج لولا ذلك. لا يمكن للشمس إلا أن تنغلق على نفسها: فالجاذبية لا هوادة فيها وغير مبالية. وعندما يحدث ذلك، فإنه يجبر التفاعلات النووية لقلب الشمس على زيادة ضراوتها، مما يؤدي إلى رفع درجة حرارتها، وهذا بدوره يجبر سطح الشمس على الانتفاخ والسطوع.

ببطء، ببطء، ببطء، مع استمرار الهيليوم في التراكم في قلب الشمس (أو أي نجم آخر له كتلة مماثلة)، فإنه يتوسع ويضيء استجابةً لذلك. من الصعب التنبؤ بالضبط متى سيؤدي هذا السطوع إلى كارثة على كوكبنا، فهو يعتمد على التفاعل المعقد بين الإشعاع والغلاف الجوي والمحيطات. لكن التقدير العام هو أن أمامنا حوالي 500 مليون سنة قبل أن تصبح الحياة مستحيلة عمليا.