پایانی تاریک و سرد: سرنوشت سامانه خورشیدی به چه شکلی رقم خواهد خورد؟

پایانی تاریک و سرد: سرنوشت سامانه خورشیدی به چه شکلی رقم خواهد خورد؟

عالمی که ما در آن زندگی می‌کنیم، حدوداً ۱۳.۸ میلیارد سال سن دارد و ما حاصل تکامل این جهان بی‌نهایت هستیم. داستان تکامل عالم، بسیار طولانی است و می‌توان کتاب‌ها در مورد آن نوشت؛ اما آنچه اکنون برای ما اهمیت دارد، این است که چگونه این تکامل به‌پیش می‌رود و قرار است چه سرنوشتی در انتظار ما و سامانه خورشیدی باشد؟

زمانی که عالم هنوز در دوران کودکی خود به سر می‌بُرد، ستاره‌های اولیه متولد شدند و از بین رفتند و عناصر سنگین را بر جای گذاشتند؛ نیاکهکشان‌ها (ابرها یا گازهایی که در حال تبدیل شدن به کهکشان هستند) با یکدیگر ترکیب شدند و کهکشان راه شیری را به وجود آورند؛ گازها و غبارهای میان ستاره‌ای به زایشگاه ستاره‌‌ها تبدیل شدند و سیاره‌های اطراف آن‌ها را شکل دادند؛ مواد معدنی و آلی در یکی از آن سیاره‌ها، بستری برای یک جهش به وجود آورد؛ تکامل بیولوژیکی آغاز شد و بلایای طبیعی نیز در دوره‌های خاص آن را تحت تأثیر قرار دادند. تا این‌که تنها چند صد هزار سال پیش، تکامل به اوج خود رسید و انسان پا به این سیاره گذاشت.

۱۲ هزار سال پیش، ما شروع به ساخت جوامع کردیم؛ ما می‌توانستیم علم خود را با دیگران به اشتراک بگذاریم و با کشاورزی، منابع غذایی خود را تأمین کنیم. راهی بسیار طولانی طی شده است تا تمدن مدرن امروزی به وجود بیاید و این راه همچنان ادامه دارد تا این‌که به پایان برسد؛ البته این ما هستیم که به پایان می‌رسیم و تکامل جهان همچنان ادامه می‌یابد. به لطف برنامه‌های فضایی که انسان به راه انداخته است، ما می‌توانیم از گذشته خود آگاه شویم و آینده‌ای که در پیش رو داریم، پیش‌بینی کنیم.

ما امروزه از این جهان لذت می‌بریم و مهم نیست چه کاری در آن انجام می‌دهیم؛ آنچه باید بدانیم این است که این روزهای خوش، برای همیشه ماندگار نیستند. در حال حاضر، برخی رویدادها در حال اتفاق افتادن هستند که باعث می‌شوند در آینده، زمین برای شخصی که امروزه روی آن زندگی می‌کند، قابل شناسایی نباشد. حدود ۶۰ هزار سال آینده، تغییراتی در محل قرارگیری خورشید و ستارگان ایجاد می‌شود و صور فلکی با یکدیگر ترکیب می‌شوند و دیگر به شکل امروزی قابل شناسایی نخواهند بود. ۱۶۰ هزار سال آینده، سیاره زمین، یک عصر یخبندان گسترده تجربه خواهد کرد و انسان‌ها در به‌وجود آمدن آن دخیل نیستند. تا چند میلیون سال آینده، ابرآتشفشان یلواستون فوران می‌کند و چهره زمین را برای همیشه تغییر خواهد داد. همه آنچه خواندید، رویدادهایی زمینی هستند و در مقابل آنچه کیهان برای ما تدارک دیده است، هیچ محسوب می‌شوند!

چند میلیارد سال آینده، کهکشان آندرومدا به همراه یک کهکشان کوچک‌تر به نام کهکشان مثلث، با کهکشان راه شیری ترکیب می‌شوند و ساختار کلی کهکشان ما را به‌طور کامل تغییر خواهند داد و یک نمای ترسناک و البته زیبا در آسمان شب به وجود می‌آورند. کهکشان آندرومدا اکنون ۲.۵ میلیون سال نوری با ما فاصله دارد؛ اما هم‌اکنون با سرعت ۴۳ کیلومتر بر ثانیه، در حال نزدیک شدن به کهکشان راه شیری است. بهترین سامانه‌های شبیه‌ساز ساخته‌شده توسط بشر، پیش‌بینی می‌کنند که نخستین برخورد آندرومدا با راه شیری، در ۳.۸ میلیارد سال آینده اتفاق خواهد افتاد و این دو کهکشان، پس از ۵.۵ میلیارد سال با یکدیگر به‌طور کامل ترکیب می‌شوند.

گرانش حاصل از این کهکشان ترکیب‌شده، باعث می‌شود تمام کهکشان‌های موجود در گروه محلی با این کهکشان جدید ترکیب شوند و در نهایت، یک کهکشان واحد بسیار بزرگ ایجاد می‌شود. دانشمندان نام این کهکشان واحد را «میلکدرومدا» گذاشته‌اند و می‌گویند در آن زمان، سامانه خورشیدی ما نیز بخشی از میلکدرومدا خواهد بود. پس از گذشت ۱۰۰ میلیارد سال، به دلیل انبساط عالم، دیگرِ کهکشان‌ها از ما دورتر و دورتر خواهند شد.

همان‌طوری که گفته شد، سامانه خورشیدی نیز بخشی از آن کهکشان واحد خواهد بود؛ اما دیگر آن سامانه خورشیدی نیست که ما امروزه می‌شناسیم و از نظر ظاهری، به‌طور کامل تغییر می‌کند.

خورشید، ستاره ما، نیروبخش بادها و عامل زنده ماندن تمام موجودات روی زمین، اکنون میان‌سال است و هرچه پیرتر می‌شود، داغ‌تر و بزرگ‌تر خواهد شد. خورشید تا ۱.۲ میلیارد سال آینده به اندازه‌ای بزرگ و داغ می‌شود که می‌تواند تمام اقیانوس‌های زمین را بخار کند و به حیاتی که ما می‌شناسیم پایان دهد. تا چند میلیارد سال آینده، خورشید، سوخت هسته‌ای موجود در هسته خود را به اتمام می‌رساند و همین باعث می‌شود که ستاره مادر ما، به یک غول سرخ بسیار داغ تبدیل شود. خورشید، ابتدا سیاره‌های عطارد و زهره را می‌بلعد و سپس نوبت به زمین و ماه می‌رسد تا سرنوشت آتشین آن دو را تجربه کنند.

پس از آن‌که سوخت هسته‌ای موجود در هسته خورشید (که اکثر آن هلیوم است) به اتمام برسد، ستاره مادر ما منفجر می‌شود و آنچه از آن باقی می‌ماند، یک سحابی سیاره‌نما خواهد بود و هسته خورشید نیز به‌عنوان یک کوتوله کم‌نور، در مرکز این سحابی به حیات خود ادامه می‌دهد؛ این سرنوشت تقریباً تمام ستاره‌هایی است که ما می‌شناسیم و خورشید نیز تفاوتی با آن‌ها ندارد. اما سیاره‌هایی که توسط خورشید بلعیده نشده‌اند، همچنان به حیات خود ادامه می‌دهند و به دور هسته بسیار سرد و کم‌نوری که از خورشید باقی مانده است، گردش می‌کنند. فرآیند از بین رفتن خورشید و تبدیل آن به یک سحابی سیاره‌نما، تا ۹.۵ میلیارد سال آینده تکمیل می‌شود.

مادامی که فرآیندهای گفته‌شده در حال انجام هستند، زمین به گردش خود به دور خورشید ادامه خواهد داد و ماه نیز، همچنان به دلیل اثر گرانشی که بر زمین می‌گذارد، از سیاره ما دورتر خواهد شد. ماه بر روی گردش زمین تأثیر بسزایی دارد و اگر از این سیاره دور شود، از سرعت چرخش زمین کاسته می‌شود؛ اما ما نمی‌توانیم کاهش سرعت چرخش زمین را حس کنیم. کاهش سرعت چرخش زمین، باعث طولانی شدن روزها می‌شود و با توجه به اندازه‌گیری‌های انجام‌شده، در هر قرن، روزها ۱.۴ میلی‌ثانیه طولانی‌تر می‌شوند.

پس از گذشت ۵۰ میلیارد سال، ماه به حدی از زمین دور می‌شود که هر گردش دورانی آن، ۴۷ روز به طول می‌انجامد (در حال حاضر، گردش دورانی ماه ۲۷.۳ روز طول می‌کشد). در آن زمان، هر روز زمینی، برابر با ۴۷ روز حال حاضر در این سیاره خواهد بود. در آن زمان، زمین و ماه همچنان در وضعیت قفل جزر و مدی هستند اما فاصله آن‌ها از یکدیگر بیشتر است و ماه به شکل دیگری در آسمان دیده می‌شود.

ستاره‌ها در عالم دائماً در حال شکل‌گیری هستند و ستاره‌هایی که می‌میرند، سوخت خود (مواد موجود در هسته) را در فضای میان ستاره‌ای پخش می‌کنند؛ اما برخی ستاره‌ها هستند که به هنگام مرگ، نمی‌توانند سوخت خود را در فضا پخش کنند؛ این ستاره‌ها در خود فرو می‌روند یا با دیگر ستاره‌های پیر ترکیب می‌شوند. از آنجایی که سوخت موجود برای به وجود آمدن ستاره‌ها محدود می‌شود؛ در آن زمان نرخ تولد ستاره‌های جدید به‌شدت کاهش می‌یابد.

عمر برخی ستاره‌ها (عموماً ستاره‌های کوچک) حداکثر ۱۰۰ تریلیون سال (۱۰^۱۴ سال) است و پس از گذشت یک کوادریلیون سال (۱۰^۱۵ سال)، شکل‌گیری ستاره‌ها به‌طور کامل متوقف خواهد شد. در آن زمان، تنها ستاره‌هایی که با یکدیگر ترکیب شده‌اند به کهکشان ما نور می‌دهند و پس از آن، ستاره‌ها سرد می‌شوند و در تاریکی مطلق فرو می‌روند. ستاره‌های کوتوله چیزی در حدود ۱۰^۱۶ سال آینده در تاریکی فرو خواهند رفت که البته زمان بسیار زیادی است (چیزی در حدود ۱ میلیون برابر سن فعلی جهان) و مطمئناً تا آن زمان ما نیستیم که این تغییرات وحشتناک را ببینیم؛ اما اتم‌ها همچنان زنده می‌مانند و باید در دمایی تنها چند درجه بالاتر از صفر مطلق به حیات خود ادامه دهند. در آن زمان، تمام ستاره‌های موجود در کهکشان از بین رفته‌اند و تاریکی مطلق سرتاسر آسمان را در بر می‌گیرد، حتی یک نقطه روشن نیز باقی نخواهد ماند.

شاید شما نیز این سؤال را از خود پرسیده باشید که چقدر طول می‌کشد تا کوتوله سیاه نزدیک ما که زمانی خورشید ما بود، با ستاره دیگری ترکیب و مجدداً احیا شود؟

اولین چیزی که باید بدانید این است که در گروه محلی، حدود یک تریلیون ستاره و بقایای ستاره‌های از بین رفته وجود دارد. در این مکان پر هرج و مرج، یک ستاره ممکن است برای مدت‌زمانی طولانی، هیچ‌گونه برخوردی با اجرام دیگر نداشته باشد؛ اما سرانجام روزی فرامی‌رسد که برخورد صورت می‌گیرد. یک فرضیه بسیار ضعیف وجود دارد که می‌گوید تا حداکثر ۱۰^۲۱ سال دیگر، کوتوله سیاهی که در مرکز سامانه خورشیدی ما قرار گرفته است و روزگاری خودش یک ستاره به نام خورشید بوده، با یک کوتوله سیاه دیگر برخورد می‌کند و این برخورد، باعث یک انفجار ابرنواختری نوع ia (این نوع انفجار در ستاره‌های دوتایی که به دور یکدیگر می‌چرخند به وقوع می‌پیوندد) می‌شود و هر آنچه از سامانه خورشیدی باقی مانده است، از بین می‌برد.

این سرنوشت شوم، در انتظار بسیاری از ستاره‌های موجود در گروه محلی است؛ اما برخی از آن‌ها (از جمله خورشید ما)، سرنوشت دیگری خواهند داشت. فرضیه دیگری که در مورد سرنوشت خورشید وجود دارد و وقوع آن محتمل‌تر است؛ بیان می‌کند که سرنوشت خورشید، طی یک فرآیند پیچیده‌تر رقم می‌خورد.

مانند تمام گروه‌های کهکشانی، در گروه محلی نیز اثر برون‌رانی گرانشی وجود دارد که نتیجه‌ی فرآیندی به نام violent relaxation است. وقتی که چند جرم در یک مدار آشفته گرانشی هستند، گاهی اوقات پیش ‌می‌آید که یکی از آن‌ها به بیرون رانده می‌شود و از سایرین فاصله می‌گیرد و سرگردان می‌شود. گاهی اوقات این اتفاق در گروه‌های کهکشانی رخ می‌دهد؛ در واقع این پدیده علت جمع بودن گروه‌های کهکشانی را نشان می‌دهد و همچنین می‌تواند دلیل وجود نقاط آبی سرگردان  (ستاره‌های بسیار قدیمی که با یکدیگر ترکیب شده‌اند) در مرکز گروه‌های کهکشانی را نیز توضیح دهد.

احتمال وقوع برون‌رانی گرانشی، ۱۰۰ برابر بیشتر از یک برخورد تصادفی است؛ بنابراین وقوع فرضیه دوم در مورد سرنوشت سامانه خورشیدی، محتمل‌تر است. این یعنی چیزی در حدود ۱۰^۱۹ سال دیگر، سامانه خورشیدی و سیاره‌های باقی‌مانده‌ی آن، توسط اثر برون‌رانی گرانشی، به بیرون رانده و در فضای خالی سرگردان می‌شوند و در تاریکی فرو می‌روند؛ حتی اگر در آن زمان سیاره زمین هنوز وجود داشته باشد، دیگر چیزی نیست که به دور آن گردش کند و همانند یک تکه سنگ، در تاریکی سرگردان می‌شود.

در نظریه نسبیت عام و سایر نظریه‌ها بیان شده است که مدار گرانشی اجرام به‌سختی از بین می‌رود و از بین رفتن یک مدار گرانشی، حدود ۱۰^۱۵۰ سال به طول می‌انجامد؛ اما در نهایت زمین و سایر سیارات باقی‌مانده سامانه خورشیدی، مدار خود را از دست می‌دهند و اگر اثر برون‌رانی گرانشی بر آن‌ها اعمال شود، به سمت توده مرکزی کهکشان (سیاهچاله کلان جرم مرکزی) شروع به چرخش می‌کنند.

اگر سیاره ما تا آن زمان توانسته باشد از انفجار خورشید، تشکیل کهکشان میلکدرومدا و سایر اتفاقات جان سالم به در ببرد، قطعاً نمی‌تواند از حرکت به سمت سیاهچاله کلان جرم مرکزی گریزی داشته باشد. برای تکمیل یک چنین فرآیندی باید ۱۰^۲۰۰ سال صبر کرد؛ اما با توجه به جزئیات به‌دست‌آمده از نظریه نسبیت عام و فیزیک کوانتوم، ما می‌دانیم سیاهچاله‌ها نمی‌توانند تا این مدت زنده بمانند. با توجه به اثر تابش هاوکینگ، سیاهچاله‌ها در طول زمان، جرم و انرژی خود را از دست می‌دهند و کوچک‌ می‌شوند تا اینکه در نهایت از بین بروند؛ حتی بزرگ‌ترین سیاهچاله‌ها نیز تنها ۱۰^۱۰۰ سال زنده می‌مانند. اگر سیاهچاله نیز از بین برود، تنها چیزی که باقی می‌ماند ماده تاریک است؛ این یعنی اگر تمام اتفاقاتی که در بالا گفته شد رخ ندهند، زمین در نهایت به درون کوتوله سیاهی که زمانی خورشید نام داشت، سقوط خواهد کرد.

ما در اینجا تمام فرضیه‌های احتمالی برای سرنوشت زمین را بررسی کردیم؛ اما لازم است به محتمل‌ترین آن‌ها فکر کنیم؛ پس بیایید مروری داشته باشیم بر سرنوشت غم‌انگیز سیاره‌ای که روی آن متولد شدیم و از بین می‌رویم. زمین (در صورت بلعیده نشدن توسط خورشید) در نهایت توسط اثر برون‌رانی گرانشی، از مدار خورشید منحرف و به بیرون رانده خواهد شد. از آنجایی که دیگر تا آن زمان ستاره‌ای وجود ندارد که نور آسمان باشد، زمین، در یک فضای خالی و تاریک رها خواهد شد. مهم نیست زمین ما در گذشته چه لحظات آتشینی را سپری کرده، مهم این است که سرنوشت آن در نهایت، رهایی در فضایی خالی و سرد است. در آن زمان دیگر خورشید وجود ندارد که همچون یک مادر از زمین مراقبت کند و این سیاره شگفت‌انگیز، برای همیشه یخ می‌زند.

شما در مورد سرنوشت سیاره زمین و سامانه خورشیدی چه فکر می‌کنید و کدام نظریه را محتمل می‌دانید؟