Dugoročni astrofizički procesi

Fred Adams

---

2.1 Uvod: fizička eshatologija

---

2.2 Sudbina Zemlje

Jedno pitanje od neposredne važnosti jeste sudbina Zemljine biosfere i, na još dužim vremenskim skalama, sudbina same planete. Kako Sunce stari, tako sagoreva vodonik u helijum. U poređenju s vodonikom, helijum ima manji delimični pritisak na datoj temperaturi, tako da samo zvezdano jezgro mora biti sve toplije tokom evolucije Sunca. Usled toga, Suncu je, kao i ostalim zvezdama, suđeno da bude sve sjajnije. Kada Sunce postane previše sjajno, pokrenuće nepovratan efekat staklene bašte u Zemljinoj atmosferi (Kasting et al., 1988). Ovaj efekat grubo nalikuje efektu globalnog otopljavanja uzrokovanog „gasovima staklene bašte“ (poglavlje 13), a s tom opasnošću naša planeta suočiće se u bliskoj budućnosti; ipak, ovaj kasniji efekat staklene bašte biće mnogo drastičniji. Sudeći po sadašnjim procenama, naša biosfera biće suštinski sterilna za oko 3,5 milijardi godina, pa taj budući rok označava kraj života na Zemlji. Kraj složenog života može doći ranije, za oko 0,9–1,5 milijardi godina, kao posledica nepovratnog efekta staklene bašte (e.g., Caldeira i Kasting, 1992).

Odlomak iz knjige "Rizici globalnih katastrofa" Više o ovoj knjizi i kako da je naručite

Biosfera predstavlja relativno mali površinski sloj, pa će sama planeta srazmerno lako podneti ovaj period razaranja. Nešto kasnije tokom Sunčeve evolucije, kada bude staro 11–12 milijardi godina, ono će potrošiti zalihe vodonika u oblasti jezgra i moraće da prilagodi sopstvenu strukturu (Rybicki i Denis, 2001; Sackmann et al., 1993). Dok to bude činilo, spoljna površina zvezde malo će se ohladiti, boja će joj se promeniti u blistavocrvenu a prečnik će se povećavati. Sunce kao crveni džin potom izrasta dovoljno da obuhvati prečnik orbite Merkura, i ta njemu najbliža planeta nestaće bez traga. Sunce će i dalje rasti, dosegnuće do orbite Venere, gutajući i s drugu planetu. Kako se Sunce u fazi crvenog džina širi, ono gubi na masi pa se preživele planete mnogo labavije drže u svojim orbitama. Zemlja isklizava na orbitu šireg prečnika i naizgled izbegava uništenje. Međutim, zbog gubitka mase Sunca pojavljuje se fluid kroz koji se Zemlja mora probijati tokom svog godišnjeg kruženja. Prema tekućim proračunima, sile trenja koje deluju na Zemlju tokom njene interakcije sa solarnim fluidom izazvaće dovoljno orbitalno propadanje koje će Zemlju povući ka Suncu. Tako će i Zemlja ispariti i nestati, a ono što ostane od nje biće mali dodatak količini teških elemenata Sunčeve fotosfere. Ova tačka u budućnosti, udaljena otprilike 7 milijardi godina od današnjice, označava kraj naše planete.

Imajući u vidu da je biosferi ostalo najviše 3,5 milijardi godina, a Zemlji samo 7 milijardi godina, zanimljivo je pitanje kakva bi se „spasavanja planete“ mogla odigrati na uporednim vremenskim skalama. Iako izgledi nisu dobri, Zemlja ima izvesne šanse da bude spasena rasejanjem Sunčevog sistema prilikom prolaska drugog zvezdanog sistema (ti zvezdani sistemi većinom su binarne zvezde). Ovakve vrste rasipajućih interakcija predstavljaju interesantan problem u dinamici zvezdanih sistema, koji se ispituju pomoću numeričkih eksperimenata. Mora se izvesti veliki broj ovakvih eksperimenata zato što su sistemi haotični, te stoga pokazuju tananu zavisnost od početnih uslova, i zato što je raspoloživi prostor parametara veoma širok. Uprkos tome, posle približno pola miliona simulacija rasejanja odgovor se može naći: izgledi da Zemlja bude izbačena iz Sunčevog sistema pre nego što je obuhvati Sunce crveni džin iznose svega nekoliko delova u 10⁵ (Laughlin i Adams, 2000).

Iako bi Zemljino izgnanstvo moglo da spase planetu od nestanka u plazmi, biosfera bi ipak bila uništena. Okeani bi se zaledili za nekoliko miliona godina, a jedini preostali džepovi tekuće vode nalazili bi se duboko ispod površine. Zemlja sadrži sopstveni energetski izvor – energiju proizvedenu radioaktivnim raspadom nestabilnih jezgara. Ova energija je oko 10.000 puta manja od one koju Zemlja preuzima od današnjeg Sunca, tako da malo utiče na trenutne događaje u površinskoj biosferi. Ako bi Zemlja bila izbačena iz Sunčevog sistema, onda bi jedino preostao taj interni izvor energije. Ta energija bila bi dovoljna da se unutrašnjost planete održi dovoljno toplom kako bi voda postojala u tečnom stanju, ali samo na dubinama od 14 kilometara ispod površine. Ovo otkriće zauzvrat ima implikacije na savremenu astronomiju: vodena okruženja najčešće se mogu nalaziti duboko unutar smrznutih planeta, to jest onih koje ispod smrznute vode na površinama kriju okeane tečne vode. Takve planete bi mogle biti mnogo češća pojava od onih koje imaju vodu na površini, kao što je Zemlja, zato što se mogu naći u mnogo širem rasponu orbita oko svojih centralnih zvezda (Laughlin i Adams, 2000).

Osim što bi spasile Zemlju izbacujući je iz Sunčevog sistema, prolazeće binarne zvezde takođe bi mogle zarobiti Zemlju i tako uzrokovati da orbitira oko nove zvezde. Pošto je masa većine zvezda manja od Sunčeve, one duže žive i trpe manje ekstremne faze crvenog džina. (Zapravo, najmanje zvezde s masom manjom od četvrtine Sunčeve mase nikada neće postati crveni džinovi – Laughlin et al., 1997.) Zato bi uhvaćena Zemlja imala veće izglede za dugoročni opstanak. Izgledi za ovaj tip planetarnog spasavanja uz očuvanje biosfere izuzetno su mali – samo oko jedan prema tri miliona (Laughlin i Adams, 2000), i približno su jednaki izgledima za osvajanje državne lutrije.

Celovitosti radi, pomenimo i da bi, osim čisto prirodnih procesa iznetih ovde, i ljudska ili druga sračunata intervencija potencijalno mogla promeniti kurs Zemljine orbite, pod uslovom da ima dovoljno vremena i drugih sredstava. Na primer, neko bi mogao usmeriti asteroid u odgovarajuću orbitu tako da gravitaciono rasejanje efektivno prenese energiju u Zemljinu orbitu, dopuštajući joj da se udalji dok se Sunčeva svetlost sve više pojačava (Korycansky et al., 2001). U ovom scenariju bira se orbita asteroida na kojoj će naići i na Jupiter i Saturn, kako bi obnovila energiju i ugaoni momenat koje će preneti na Zemlju. Mogući su i mnogi drugačiji scenariji, ali ostatak ovog poglavlja biće usmeren ka fizičkim pojavama koji ne uključuju sračunate akcije inteligentnih bića.

---

2.1 Uvod: fizička eshatologija * U nastavku:  Sudar sa Andromedom

---