Słońce umrze, to pewne. Czy jakaś planeta to przetrwa?
Nie sposób zapomnieć, jak wielki wpływ ma Słońce na życie na naszej planecie. Jest głównym źródłem światła i ciepła, zapewniającym nam wystarczającą ilość energii, aby utrzymać delikatną równowagę klimatyczną, dzięki której żyjemy. Nie jest to przypadek – życie na Ziemi ewoluowało pod wpływem Słońca i z czasem dostosowało się do wszelkich zmian.
Jednak dostosowywanie się do kaprysów gwiazdy nie jest łatwym zadaniem. Słońce może wydawać się niezmienne z dnia na dzień, jeśli jednak spojrzymy na miliony, a nawet miliardy lat, sytuacja zaczyna wyglądać inaczej – i to diametralnie. Niekoniecznie dobrze.
Na przykład w swoim termonuklearnym jądrze Słońce w każdej sekundzie przemienia około 700 mln ton wodoru w 695 mln ton helu. Brakujące 5 mln ton zamienia się w energię (zgodnie ze znanym każdemu równaniem E = mc2). Okazuje się, że energia ta wystarcza do podtrzymywania świecenia gwiazdy. Jeśli lubicie oszałamiające liczby: Słońce wytwarza 4×1026 watów mocy – 400 bilionów bilionów watów. Innymi słowy, energia wyemitowana przez naszą gwiazdę w ciągu jednej sekundy zaspokoiłaby całkowite zapotrzebowanie ludzkości przez 650 tys. lat.
Wystarcza ona również do ogrzania naszej planety do obecnej komfortowej temperatury. Faktycznie, stosując niektóre z podstawowych zasad fizyki, można obliczyć, jaka powinna być temperatura Ziemi z uwzględnieniem tempa emisji energii przez Słońce. Energia słoneczna rozchodzi się w przestrzeni kosmicznej we wszystkich kierunkach od Słońca, a niewielka jej część (około połowa jednej miliardowej) jest przechwytywana przez Ziemię, ogrzewając naszą planetę. Ustalenie, jak intensywne jest to ogrzewanie, jest nieco skomplikowane i zależy od faktycznego strumienia promieniowania słonecznego, odległości Ziemi od Słońca, jej współczynnika odbicia i innych czynników. Obecnie, gdy przeprowadzamy te obliczenia, średnia temperatura Ziemi wynosi około –15°C, czyli mniej niż temperatura krzepnięcia wody.
Rzeczywiste pomiary temperatury Ziemi dają jednak średnią znacznie wyższą – około 15°C. Różnica wynika z faktu, że gazy cieplarniane w powietrzu zasadniczo zatrzymują ciepło ze Słońca, ogrzewając Ziemię powyżej obliczonej temperatury. Ogrzewanie to powodują głównie naturalne gazy cieplarniane, lecz my sami co roku dodajemy do atmosfery około 40 mld ton dwutlenku węgla, co znacznie zwiększa efekt ocieplenia. Należy zauważyć, że wzrost ten nastąpił mniej więcej w ciągu ostatniego stulecia, czyli w okresie zbyt krótkim, aby mogły zajść jakiekolwiek zmiany w Słońcu; obecne zmiany klimatu na Ziemi są wyłącznie naszym dziełem.
Niemniej produkcja energii przez Słońce zmienia się w sposób zauważalny – ale dopiero na przestrzeni setek milionów lat. Hel wytworzony w jądrze jest obojętny chemicznie; można go traktować jako popiół powstały w wyniku syntezy termojądrowej. Osadza się on w centrum Słońca, gromadząc się w tempie 695 mln ton na sekundę! W miarę wzrostu masy jest on również ściskany przez ogromny ciężar warstw Słońca znajdujących się nad nim i ulega kompresji. Podstawowym prawem fizyki jest to, że sprężanie gazu powoduje jego ogrzewanie, więc nawet jeśli tempo syntezy termojądrowej jest zasadniczo takie samo, jądro Słońca nadal powoli się nagrzewa – co oznacza, że samo Słońce staje się coraz jaśniejsze.
Jeśli przesuniemy zegar o jeden lub dwa eony do przodu, zobaczymy katastrofę. W miarę jak Słońce będzie stawało się coraz jaśniejsze, temperatura Ziemi wzrośnie tak bardzo, że planeta utraci całą parę wodną zawartą w atmosferze, a ostatecznie także całą wodę powierzchniową. Oceany wyparują. To globalne wyschnięcie dość radykalnie położy kres wszelkiemu życiu na Ziemi. Jednak, jeśli to może być pocieszeniem, nie nastąpi to wcześniej niż przed upływem 3 mld lat.
Reakcje zachodzące potem w jądrze Słońca staną się bardzo skomplikowane, lecz najpoważniejszym skutkiem będzie olbrzymi wzrost energii wytwarzanej przez naszą gwiazdę. Cała ta energia zostanie wyrzucona do zewnętrznych warstw Słońca. Podgrzewanie gazu powoduje jego rozszerzanie się, zatem Słońce powiększy się do ogromnych rozmiarów – jego średnica będzie od 100 do 150 razy większa niż obecnie. Jednocześnie temperatura jego powierzchni spadnie, sprawiając, że stanie się ono bardziej czerwone, nawet jeśli będzie wypromieniowywać 2400 razy więcej energii niż teraz. Ta zmiana przekształci Słońce w czerwonego olbrzyma.
Słońce stanie się tak wielkie, że pochłonie Merkurego i Wenus. Być może Ziemia uniknie tego losu; astronomowie wciąż spierają się, czy rozszerzające się Słońce dosięgnie Ziemi. Na razie nie wygląda to dobrze.
Nawet jeśli Ziemia przetrwa, nie czeka ją nic przyjemnego. Temperatura naszej planety wyniesie około 1300°C, co wystarczy, aby stopić ołów. W ciągu dnia skały na powierzchni stopią się, a Ziemia stanie się globem pokrytym lawą. Co więcej, gdy temperatura osiągnie tak wysoki poziom, nasza planeta straci atmosferę, która ulotni się w przestrzeń kosmiczną. Czy istnieje sposób, aby Ziemia uniknęła tej zagłady? Jak poradzą sobie inne planety?
Odpowiadając szczerze na oba pytania w kolejności, w jakiej zostały zadane, powiem – raczej nie i niezbyt dobrze. Nastąpi nieznaczna ulga, ponieważ wraz z rozszerzaniem się Słońca wiatr słoneczny stanie się znacznie silniejszy – tak bardzo, że Słońce straci znaczną część swojej masy. Oznacza to, że grawitacja naszej gwiazdy osłabnie, a planety zaczną migrować na zewnątrz, oddalając się od centralnego wielkiego pieca Układu Słonecznego.
Ale to nie wszystko. Jowisz, którego temperatura wynosi obecnie mroźne –110°C, nagrzeje się do ponad 300°C. Jego lodowe księżyce stopią się i zaczną wyparowywać. Nie znajdziemy tam schronienia.
Jeśli chcemy znaleźć choćby minimalnie łagodniejszy klimat w odległej przyszłości Układu Słonecznego, być może będziemy musieli zwrócić uwagę na Plutona, który do tego czasu będzie oddalony od Słońca około 50 razy bardziej niż obecnie Ziemia. Temperatura na jego powierzchni wyniesie około –10°C. Nadal jest to dość zimno, ale pamiętajmy o efekcie cieplarnianym – na Plutonie znajduje się dużo zamrożonego metanu i dwutlenku węgla, zatem lód ten mógłby wyparować i zapewnić wystarczającą retencję ciepła, aby ten mały świat stał się przynajmniej w pewnym stopniu nadający się do zamieszkania, jeśli nie wręcz komfortowy.
Co dalej? Sytuacja się jeszcze pogorszy, jeśli można to sobie wyobrazić. Słońce odrzuci swoje zewnętrzne warstwy, a jądro zostanie wystawione na działanie próżni kosmicznej, przekształcając się w coś, co astronomowie nazywają białym karłem. Niezwykle gorące jądro będzie miało rozmiar zbliżony do Ziemi, tak niewielki, że dostarczy planetom bardzo mało ciepła. Jeszcze bardziej się one ochłodzą, ostatecznie znacznie poniżej temperatury krzepnięcia jakiegokolwiek pierwiastka lub związku przydatnego biologicznie.
Jeśli potrzebujemy odrobiny pocieszenia, to może być nią fakt, że to wszystko nie wydarzy się przed upływem wielu miliardów lat. Kto wie, jak będzie wyglądała ludzkość do tego czasu i czy w ogóle będzie istnieć? Jeśli tak, to cóż, cały czas rodzą się nowe gwiazdy, które również będą miały planety. Pakowanie się i przeprowadzka nigdy nie są przyjemne, ale jeśli czyjś dom się pali, to nie ma wielkiego wyboru. Być może uda nam się znaleźć inne Ziemie, na których będziemy mogli osiedlić się na kilka eonów, zanim cały proces rozpocznie się od nowa.