كيف نحافظ على الأرض من أن تحترق بأشعة الشمس الحارقة

أود أن أخمن أننا ككائنات بشرية نحب كوكبنا (على الرغم من انبعاثاتنا الكربونية غير السارة). لكن الحقيقة القبيحة هي أن الأرض محكوم عليها بالفناء. في أحد الأيام، ستدخل الشمس مرحلة ستجعل الحياة مستحيلة على سطح الأرض وستحول الكوكب في النهاية إلى قطعة حزينة وحيدة من الحديد والنيكل.

والخبر السار هو أننا إذا ركزنا اهتمامنا على ذلك – لا تقلقوا، لدينا مئات الملايين من السنين للتخطيط – يمكننا أن نبقي وطننا مضيافًا حتى بعد غروب الشمس.

حلم اليقظة

تصبح الشمس ببطء ولكن لا محالة أكثر سطوعًا وسخونة وأكبر بمرور الوقت. منذ مليارات السنين، عندما بدأت مجموعات الجزيئات بالرقص معًا لأول مرة، كانت الشمس باهتة بنسبة 20% تقريبًا عما هي عليه اليوم. حتى الديناصورات عرفت النجم الصغير الخافت. الشمس في منتصف الطريق خلال مرحلة حرق الهيدروجين الرئيسية في حياتها، أي 4 مليارات سنة وتغير قبل أن تبدأ في موتها، وهو المزيج الغريب من درجة الحرارة والسطوع الذي يجعل الحياة ممكنة في هذا العالم الصغير. سوف ينقرض كوكبنا خلال بضع مئات الملايين من السنين. غمضة عين من الناحية الفلكية.

تزرع الشمس بذور تدميرها من خلال الفيزياء الأساسية لوجودها. خلال هذا الوقت، يمضغ نجمنا 600 مليون طن متري من الهيدروجين كل ثانية، ويضرب تلك الذرات معًا في جحيم نووي تصل حرارته إلى 27 مليون درجة فهرنهايت. ومن بين تلك الـ 600 مليون طن متري، يتم تحويل 4 ملايين منها إلى طاقة، وهو ما يكفي لإضاءة النظام الشمسي بأكمله.

ومع ذلك، فإن تفاعل الاندماج هذا ليس نظيفًا تمامًا. هناك منتج ثانوي متبقي، الرماد الناتج عن الحرائق النووية: الهيليوم. ليس لهذا الهيليوم مكان يذهب إليه لأن دورات الحمل الحراري العميقة التي تستمر في ضغط المواد إلى الشمس لا تصل أبدًا إلى المركز الذي يتشكل فيه الهيليوم. لذلك يبقى الهيليوم هناك، خاملًا، بلا حياة، وعديم الفائدة – مما يؤدي إلى انسداد المحرك.

في عمرها الحالي، لا تتمتع الشمس بدرجات حرارة وضغوط عالية بما يكفي في قلبها لدمج الهيليوم. لذلك، فإن الهيليوم يعيق الطريق ويزيد من الكتلة الإجمالية للنواة دون إعطاء أي شيء آخر ليرتبط به. ولحسن الحظ، يمكن للشمس أن تعوض ذلك بسهولة، ويأتي هذا التعويض من خلال جزء من الفيزياء يسمى التوازن الهيدروستاتيكي.

الشمس في حالة توازن دائم، وتعيش على حافة السكين النووية. فمن ناحية، هناك الطاقات التي تطلقها عملية الاندماج، والتي إذا تركت دون رادع، فإنها تهدد بالانفجار أو على الأقل تتسبب في تمدد الشمس. يجب ضغط 1027 طنًا من الهيدروجين والهيليوم إلى الداخل بكل القوة التي يمكن حشدها، لمواجهة جاذبية النجم الهائلة. إذا لم يتم التحكم في هذه القوة، فإن جاذبية الشمس ستسحق نجمنا إلى ثقب أسود أكبر من مدينة متوسطة الحجم.

ماذا يحدث عندما تلتقي قوة لا يمكن إيقافها بقوة لا تقاوم؟ توازن جميل ونجم يمكن أن يعيش لمليارات السنين. إذا ارتفعت درجة حرارة الجحيم النووي تقريبًا، لسبب ما، فسوف يؤدي ذلك إلى تسخين بقية النجم، مما يؤدي إلى رفع طبقاته الخارجية، وتخفيف ضغط الجاذبية وإبطاء التفاعلات النووية. وإذا تقلصت الشمس تقريبًا، فإن المزيد من المواد ستدفع نفسها إلى القلب، حيث ستشارك في الرقصة النووية الرئيسية، وسيتآمر إطلاق الطاقة الناتج على تضخيم النجم وإعادته إلى معدله الطبيعي.

لكن وجود رماد الهيليوم يخل بهذا التوازن عن طريق إزاحة ذلك الحطام النووي، أو الهيدروجين المنصهر. لا يمكن للشمس إلا أن تسحب نفسها إلى الداخل، فالجاذبية لا هوادة فيها وغير مهتمة. وفي الوقت نفسه، فإنه يؤدي إلى تكثيف التفاعلات النووية في قلب الشمس، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارتها، مما يؤدي إلى انتفاخ سطح الشمس وتألقه.

ببطء، ببطء، ببطء، مع استمرار الهيليوم في التشكل في قلب الشمس (أو أي نجم آخر له كتلة مماثلة)، فإنه يتوسع ويصبح أكثر سطوعًا في المقابل. من الصعب التنبؤ بالضبط متى سيُحدث هذا التوهج دمارًا على كوكبنا، فالأمر يعتمد على التفاعل المعقد بين الإشعاع والغلاف الجوي والمحيطات. لكن التقدير الشائع هو أن هناك حوالي 500 مليون سنة قبل أن تصبح الحياة مستحيلة.