Gdy słońce stanie się czerwonym olbrzymem

W kolejnych etapach życia naszej gwiazdy, planety wewnętrzne ulegną zniszczeniu, życie stanie się jednak możliwe na innych planetach. Prognozowanie ewolucji gwiazd jest jedną z istotnych kwestii pod kątem przyszłości życia w naszym Układzie Słonecznym.

Co stanie się z naszym Układem Słonecznym, gdy słońce zacznie wchodzić w ostatni etap swojego życia? Czy będziemy musieli znaleźć inną planetę dla dalszej egzystencji ludzkości?

Słońce stając się czerwonym olbrzymem pochłonie w pierwszej kolejności Merkurego. Jednakże zbliżając się do końca swojego życia straci ogromne ilości masy za sprawą potężnych gwiezdnych wiatrów. Powiększając swoją objętość będzie jednocześnie tracić masę, przez co jego przyciągnie grawitacyjne również będzie słabnąć. Kolejne planety układu będą więc coraz słabiej z nim związane.

Pytanie – czy powiększające się słońce będzie w stanie utrzymać planety na orbitach, czy uciekną one w przestrzeń?

Dwaj naukowcy K.P. Schroder i Robert Cannon Smith próbują dowiedzieć na te i inne pytania. Według ich wyliczeń Słońce stanie się czerwonym olbrzymem, za jakieś 7.59 miliarda lat. Będzie szybko tracić masę, do czasu, gdy osiągnie maksymalny promień, 256 razy większy od obecnego rozmiaru. Będzie miało wtedy tylko 67% aktualnej masy.

Puchnące od gazów słońce, w stosunkowo szybkim czasie, zaledwie 5 milionów lat, pochłonie wewnętrzną część Układu Słonecznego. Następnie wejdzie w etap wypalania helu (trwający jakieś 130 milionów lat).

Powiększając się dosięgnie orbity Merkurego, następnie Wenus, z czasem zbliżając się w stronę Ziemi.

W tym czasie w równie ekspresowym tempie będzie tracić swoją masę – średnio równowartość 8% masy Ziemi rocznie. Do tego czasu jednak „strefa zamieszkiwalna” wokół Słońca już dawno przestanie istnieć. Energia cieplna ze Słońca spowoduje wyparowanie oceanów, następnie promieniowanie słoneczne „wypłuka” cały wodór z wody. Ziemia nigdy nie będzie miała już oceanów, a w końcu stanie się ponownie płynną masą.

Zniszczenie dotychczasowych stref możliwych do zamieszkania i zwiększenie objętości gwiazdy oznacza, że możliwości życia pojawią się na dalszych planetach Układu Słonecznego.

Strefa będzie stopniowo „przemieszczać się” wraz ze zwiększaniem się objętości czerwonego olbrzyma. Według różnych wersji przesuwać się będzie od poziomu 10 jednostek astronomicznych (AU) aż do 71.4 AU (jednostka astronomiczna jest używana do określenia odległości w Układzie Słonecznym, wynosi w przybliżeniu tyle ile obecna odległość Ziemi od Słońca).

W różnych etapach umierania Słońca, praktycznie wszystkie obiekty znajdujące się w zewnętrznej części Układ Słonecznego będą kiedyś teoretycznie możliwe do zamieszkania: Saturn, Uran, Neptun i Pluton podobnie jak ich lodowe księżyce i obiekty w Pasie Kuipera. Nie wszystkie te światy będą miały jednak równe szanse na podtrzymanie życia.

Perspektywa życia na gazowych olbrzymach nie zmieni się znacznie podczas transformacji naszej matczynej gwiazdy – nie jest możliwe, żeby w ogóle się tam pojawiło.

Najprawdopodobniej największą szansę na rozwinięcie życia mają księżyc Saturna Tryton oraz Plutona Charon, jak również lodowe obiekty w Pasie Kuipera.

Są bowiem bogate w chemiczne związki organiczne. Ciepło ze znajdującego się wtedy znacznie już bliżej Słońca pozwoli natomiast ich lodowym pokrywom zamienić się w oceany wody.

Jednak aktywność Słońca to nie wszystko, o tym czy możliwe jest pojawienie się życia decydują również inne czynniki charakteryzujące poszczególne planety, m. in. ich aktywność geologiczna, zdolność do odbijana promieni przez powierzchnie (tzw. albedo) oraz grubość i skład atmosfery. Nawet jeśli planeta posiada wszystkie elementy, które dają możliwość zamieszkania, nie musi wcale pojawić się tam życie.

„Tak naprawdę nie wiemy, co jest potrzebne, aby pojawiło się życie” mówi Don Brownlee, astronom z University of Washington w Seattle i współautor książki „The Life and Death of Planet Earth”.

Naukowiec mówi, że jeśli wszytko czego potrzeba to ciepła i mokra powierzchnia planety oraz materiał organiczny, to Pluton, Tryton oraz obiekty pasa Kuipera mogłyby rozwinąć życie.

Istotna jest również orbita po jakiej obiekty będą wędrować wokół czerwonego olbrzyma. Przykładowo przewidywania dla Trytona mówią o możliwych dwóch scenariuszach – albo będzie krążyć, stając się bogatym w wodne związki organiczne ciałem albo na skutek zaburzenia swojej orbity wcześniej rozbije się wpadając na Neptuna.

Jednak idylliczne warunki nie będą trwać wiecznie. Słońce osiągnie swoją maksymalną jasność tylko na jakiś czas – powierzchnia i atmosfera Plutona zostaną „ulepszone” na bardzo krótko. Jeśli miałoby pojawić się tam życie, musiałoby rozwinąć się więc bardzo szybko.

Po zakończeniu etapu czerwonego olbrzyma słońce będzie słabnąć, kurcząc się do rozmiarów Ziemi i finalnie stając się białym karłem. Odległe planety, które krótki czas będą pławić w świetle słońca, znowu zostaną zamrożone.