Sedan människans historia började har människor förstått att solen är en central del av livet som vi känner till. Det är viktigt att otaliga mytologiska och kosmologiska system över hela världen är ett bevis på detta. Men när vår förståelse av det mognade, fick vi veta att solen var här långt före oss, och kommer att vara här långt efter att vi är borta. Efter att ha bildat ungefär 4,6 guldår för år sedan började vår sol sitt liv ungefär 40 miljoner år innan vår jord hade bildats.
Sedan dess har solen varit i det som kallas dess huvudsekvens, där kärnfusion i sin kärna får den att avge energi och ljus och hålla oss här på jorden näring. Detta kommer att pågå i ytterligare 4,5 - 5,5 miljarder år, då den kommer att tappa ut leveransen av väte och helium och genomgå några allvarliga förändringar. Antagande att mänskligheten fortfarande lever och kallar Jorden hem vid denna tidpunkt, vi kanske vill överväga att komma ur vägen!
Födelsen av vår sol:
Den dominerande teorin om hur vårt sol- och solsystem bildades är känt som Nebular Theory, som säger att solen och alla planeter började för miljarder år sedan som ett gigantiskt moln av molekylär gas och damm. Sedan, för cirka 4,57 miljarder år sedan, upplevde detta moln gravitationskollaps i centrum, där allt från en förbipasserande stjärna till en chockvåg orsakad av en supernova utlöste processen som ledde till vår solfödelse.
I princip skedde detta efter att fickor med damm och gas började samlas in i tätare regioner. När dessa regioner drog sig in mer och mer materia, orsakade bevarande av momentum dem att börja rotera, medan ökande tryck fick dem att värma upp. Det mesta av materialet hamnade i en boll i mitten medan resten av saken plattades ut till en stor skiva som kretsade runt den.
Bollen i mitten skulle så småningom bilda solen, medan skivan med material skulle bilda planeterna. Solen tillbringade sedan de närmaste 100 000 åren som en kollapsande protostar innan temperatur och tryck i det inre antändes fusion i dess kärna. Solen började som en T Tauri-stjärna - en vild aktiv stjärna som sprängde ut en intensiv solvind. Och bara några miljoner år senare slog det sig ner i sin nuvarande form.
Huvudsekvens:
Under de senaste 4,57 miljarder åren (ge eller ta en dag eller två) har solen varit i sitt livssekvens. Detta kännetecknas av processen där vätebränsle, under enormt tryck och temperaturer i dess kärna, omvandlas till helium. Förutom att ändra egenskaperna hos dess beståndsdelar producerar denna process också en enorm mängd energi. I alla fall omvandlas 600 miljoner ton materia varje sekund till neutrino, solstrålning och ungefär 4 x 1027 Watt av energi.
Naturligtvis kan denna process inte pågå för alltid eftersom den är beroende av närvaron av materia som konsumeras regelbundet. Allteftersom tiden går och mer väte omvandlas till helium, kommer kärnan att fortsätta att krympa, vilket gör att de yttre lagren av solen rör sig närmare mitten och upplever en starkare gravitationskraft.
Detta kommer att sätta mer tryck på kärnan, vilket motverkas av en resulterande ökning av hastigheten vid vilken fusion sker. I grund och botten betyder detta att när solen fortsätter att spendera väte i sin kärna, snabbas fusionsprocessen upp och solens produktion ökar. För närvarande leder detta till en ökning av ljusstyrkan med 1% vart 100 miljoner år och en ökning med 30% under de senaste 4,5 miljarder åren.
Cirka 1,1 miljarder år från och med nu kommer solen att vara 10% ljusare än den är idag. Denna ökning av ljusstyrkan kommer också att innebära en ökning av värmeenergi, en som jordens atmosfär kommer att absorbera. Detta kommer att utlösa en språng växthuseffekt som liknar det som förvandlade Venus till det fruktansvärda växthuset det är i dag.
På 3,5 miljarder år kommer solen att vara 40% ljusare än den är just nu, vilket kommer att göra att haven kokar, iskapslarna smälter permanent och all vattenånga i atmosfären går förlorad till rymden. Under dessa förhållanden kommer livet som vi känner det inte att kunna överleva någonstans på ytan, och planeten Jorden kommer att förvandlas till en annan het, torr värld, precis som Venus.
Red Giant Phase:
Om 5,4 miljarder år från och med nu kommer solen att gå in i den så kallade Red Giant-fasen för dess utveckling. Detta börjar när allt väte är uttömt i kärnan och den inerta heliumaska som har byggts upp där blir instabil och kollapsar under sin egen vikt. Detta kommer att få kärnan att värmas upp och bli tätare, vilket gör att solen växer i storlek.
Det beräknas att den expanderande solen kommer att växa tillräckligt stor för att omfatta bana för Merkurius, Venus och kanske till och med Jorden. Även om jorden skulle överleva som konsumeras skulle dess nya närhet till den röda solens intensiva värme bränna vår planet och göra det helt omöjligt för livet att överleva. Astronomer har emellertid noterat att när solen expanderar, kan planetens omlopp sannolikt också förändras.
När solen når det sena stadiet i sin stellarutveckling kommer den att förlora en enorm mängd massa genom kraftfulla stjärnvindar. I grund och botten, när den växer, förlorar den massan, vilket gör att planeterna spiral utåt. Så frågan är, kommer den expanderande solen att överta planeterna som spiraliseras utåt, eller kommer jorden (och kanske till och med Venus) att undvika dess grepp?
K.-P Schroder och Robert Cannon Smith är två forskare som har tagit upp denna fråga. I ett forskningsdokument "Solens och jordens avlägsna framtid återupplivade”Som dök upp i Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society, de körde beräkningarna med de senaste modellerna av stellar evolution.
Enligt Schroder och Smith, när solen blir en röd jättestjärna på 7,59 miljarder år, kommer den att börja förlora massan snabbt. När den når sin största radie, 256 gånger sin nuvarande storlek, kommer den att vara nere till endast 67% av sin nuvarande massa. När solen börjar expandera kommer den att göra det snabbt och svepa genom det inre solsystemet på bara 5 miljoner år.
Den kommer sedan in i sin relativt korta (130 miljoner år) heliumförbränningsfas, vid vilken tidpunkt den kommer att expandera förbi Mercury-bana och sedan Venus. När den närmar sig jorden kommer den att förlora 4,9 x 1020 ton massa varje år (8% jordens massa).
Men kommer jorden att överleva ?:
Nu är det här saker och ting blir lite av "goda nyheter / dåliga nyheter" -situationer. De dåliga nyheterna, enligt Schroder och Smith, är att jorden INTE kommer att överleva solens expansion. Även om jorden skulle kunna expandera till en bana som är 50% mer avlägsen än där den är idag (1,5 AU), får den inte chansen. Den expanderande solen kommer att uppsluka jorden strax innan den når spetsen på den röda jättefasen, och solen skulle fortfarande ha ytterligare 0,25 AU och 500 000 år att växa.
Väl inne i solens atmosfär kommer jorden att kollidera med gaspartiklar. Dess omloppsbana kommer att förfalla och den kommer att spiral inåt. Om jorden bara var lite längre från solen just nu, vid 1.15 AU, skulle den kunna överleva expansionsfasen. Om vi kunde skjuta på vår planet ut på det här avståndet, vi skulle också ha affärer. Men sådant samtal är helt spekulativt och inom området science fiction just nu.
Och nu för de goda nyheterna. Långt innan vår sol går in i den röda jättefasen kommer dess bebörliga zon (som vi känner till det) att försvinna. Astronomer uppskattar att denna zon kommer att expandera förbi jordens omloppsbana på ungefär en miljard år. Den uppvärmande solen kommer att förångas från jordens hav, och sedan kommer solstrålning att spränga väte från vattnet. Jorden kommer aldrig att ha hav igen, och den kommer så småningom att smälta.
Ja, det är de goda nyheterna ... slags. Men nackdelen med detta är att vi med förtroende kan säga att mänskligheten kommer att tvingas lämna boet långt innan det är uppslukat av solen. Och med tanke på det faktum att vi har att göra med tidslinjer som är långt bortom allt vi verkligen kan hantera, kan vi inte ens vara säkra på att någon annan kataklysmisk händelse inte kommer att kräva oss förr eller att vi inte har flyttat långt förbi vår nuvarande utvecklingsfasen.
En intressant sidofördel kommer att vara hur de ändrade gränserna för vår sol bebyggda zon också kommer att förändra solsystemet. Även om jorden, på bara 1,5 AU, inte längre kommer att ligga inom solens bebörliga zon, kommer mycket av det yttre solsystemet att vara. Denna nya bebyggda zon kommer att sträcka sig från 49,4 AU till 71,4 AU - långt in i Kuiper Belt - vilket innebär att de tidigare iskalla världarna kommer att smälta och flytande vatten kommer att finnas utanför Plutos bana.
Kanske kommer Eris att bli vår nya hemvärld, dvärgplaneten Pluto kommer att vara den nya Venus och Haumeau, Makemake, och resten kommer att vara det yttre ”solsystemet”. Men det som kanske är mest fascinerande med allt detta är hur människor till och med frestas att fråga "kommer det fortfarande att vara här i framtiden" i första hand, särskilt när den framtiden är miljarder år från och med nu.
På något sätt fortsätter ämnena till det som kom framför oss och vad som kommer att vara här när vi är borta att fascinera oss. Och när vi hanterar saker som vår sol, jorden och det kända universum, blir det helt nödvändigt. Vår existens hittills har varit en blixt i pannan jämfört med kosmos, och hur länge vi kommer att tåla förblir en öppen fråga.
Vi har skrivit många intressanta artiklar om solen här på Space Magazine. Här är vilken färg är solen ?, Vilken typ av stjärna är solen ?, Hur producerar solen energi ?, och kan vi terrraforma solen?
Astronomy Cast har också några intressanta avsnitt om ämnet. Kolla in dem - Avsnitt 30: Solen, fläckar och allt, avsnitt 108: Solens liv, avsnitt 238: Solaktivitet.
Mer information finns i NASA: s solsystemguide.
