Umur Matahari diperkirakan oleh sebagian besar astrofisikawan sekitar 4,59 miliar tahun. Ia diklasifikasikan sebagai bintang sedang atau bahkan bintang kecil - bintang seperti itu telah ada lebih lama daripada saudara perempuan mereka yang lebih besar dan cepat memudar. Matahari sejauh ini telah berhasil menggunakan kurang dari setengah hidrogen yang dikandungnya: dari 70,6 persen massa asli materi surya, 36,3 tetap. Dalam proses reaksi termonuklir, hidrogen di dalam Matahari berubah menjadi helium.
Agar reaksi fusi termonuklir dapat dilanjutkan, diperlukan temperatur dan tekanan tinggi. Inti hidrogen adalah proton - partikel elementer dengan muatan positif, gaya tolakan elektrostatis bekerja di antara mereka, mencegahnya mendekat. Tapi di dalamnya ada juga gaya tarik universal yang signifikan, yang mencegah proton dari hamburan. Sebaliknya, mereka mendorong proton begitu dekat sehingga fusi nuklir dimulai. Sebagian proton berubah menjadi neutron, dan gaya tolakan elektrostatis melemah; sebagai hasilnya, kilauan matahari meningkat. Para ilmuwan memperkirakan bahwa pada tahap awal keberadaan Matahari, luminositasnya hanya 70 persen dari yang dipancarkannya hari ini, dan dalam 6,5 miliar tahun mendatang, luminositas bintang tersebut hanya akan meningkat.
Namun, mereka terus memperdebatkan sudut pandang ini, yang paling luas dan termasuk dalam buku teks. Dan topik utama spekulasi tepatnya adalah komposisi kimiawi inti matahari, yang hanya dapat dinilai dengan data yang sangat tidak langsung. Salah satu teori yang bersaing menunjukkan bahwa unsur utama dalam inti matahari sama sekali bukan hidrogen, tetapi besi, nikel, oksigen, silikon, dan belerang. Unsur-unsur cahaya - hidrogen dan helium - hanya ada di permukaan Matahari, dan reaksi fusi difasilitasi oleh sejumlah besar neutron yang dipancarkan dari inti.
Oliver Manuel mengembangkan teori ini pada tahun 1975 dan telah berusaha meyakinkan komunitas ilmiah akan validitasnya sejak saat itu. Dia memiliki sejumlah pendukung, tetapi sebagian besar astrofisikawan menganggap itu omong kosong.
Foto: NASA dan The Hubble Heritage Team (AURA / STScI)
Bintang variabel V838 Monocerotis terletak di tepi galaksi kita. Gambar ini menunjukkan bagian dari selubung debu bintang. Cangkang ini berdiameter enam tahun cahaya. Gema cahaya itu, yang terlihat sekarang, tertinggal dalam kaitannya dengan flash itu sendiri hanya dalam dua tahun. Para astronom memperkirakan gema cahaya akan terus berkedip di sekitar V838 Mon yang berdebu karena meluas setidaknya selama sisa dekade ini.
Teori mana yang benar, "solar" cepat atau lambat akan habis. Karena kekurangan hidrogen, reaksi termonuklir akan mulai berhenti, dan keseimbangan antara mereka dan gaya tarik akan dilanggar, menyebabkan lapisan luar menekan inti. Dari kontraksi tersebut, konsentrasi hidrogen yang tersisa akan meningkat, reaksi nuklir akan meningkat, dan inti akan mulai mengembang. Teori yang diterima secara umum memprediksi bahwa pada usia 7,5-8 miliar tahun (yaitu, setelah 4-5 miliar tahun), Matahari akan berubah menjadi raksasa merah: diameternya akan bertambah lebih dari seratus kali lipat, sehingga orbit tiga planet pertama tata surya akan berada di dalam bintang. … Intinya sangat panas, dan suhu cangkang raksasa rendah (sekitar 3000 derajat) - dan karenanya berwarna merah.
Ciri khas raksasa merah ini adalah bahwa hidrogen tidak dapat lagi berfungsi sebagai "bahan bakar" untuk reaksi nuklir di dalamnya. Sekarang helium, yang terakumulasi di sana dalam jumlah besar, mulai "terbakar". Dalam hal ini, isotop berilium yang tidak stabil terbentuk, yang, jika dibombardir dengan partikel alfa (yaitu inti helium yang sama), berubah menjadi karbon.
Video promosi:
Dalam hal inilah kehidupan di Bumi, dan Bumi itu sendiri, kemungkinan besar sudah dijamin akan lenyap. Bahkan suhu rendah di sekeliling matahari pada saat itu sudah cukup bagi planet kita untuk menguap sepenuhnya.
Tentu saja, umat manusia secara keseluruhan, seperti setiap orang secara individu, mengharapkan kehidupan yang kekal. Saat Matahari berubah menjadi raksasa merah memberlakukan batasan tertentu pada mimpi ini: jika manusia berhasil selamat dari bencana seperti itu, ia hanya akan berada di luar buaiannya. Tetapi penting untuk diingat di sini bahwa salah satu fisikawan terhebat di zaman kita, Stephen Hawking, telah lama berpendapat bahwa saat satu-satunya cara bagi umat manusia untuk bertahan hidup adalah kolonisasi planet lain telah hampir tiba. Alasan intraterestrial akan membuat buaian ini tidak mungkin untuk dihuni jauh lebih awal daripada sesuatu yang buruk terjadi pada Matahari.
Mari kita lihat lebih dekat waktunya di sini:
Berat = 1,99 * 1030 kg.
Diameter = 1.392.000 km.
Besaran absolut = +4.8
Kelas spektral = G2
Suhu permukaan = 5800 ° K
Periode orbit = 25 jam (kutub) -35 jam (ekuator)
Periode revolusi di sekitar pusat galaksi = 200.000.000 tahun
Jarak ke pusat galaksi = 25000 cahaya. tahun
Kecepatan gerak mengelilingi pusat galaksi = 230 km / detik.
Matahari. Bintang yang memunculkan semua makhluk hidup di sistem kita kira-kira 750 kali massa semua benda lain di tata surya, oleh karena itu segala sesuatu di sistem kita dapat dianggap berputar mengelilingi matahari sebagai pusat massa yang sama.
Matahari adalah bola plasma pijar simetris berbentuk bola dalam kesetimbangan. Ia mungkin muncul bersama dengan benda-benda lain di tata surya dari nebula gas dan debu sekitar 5 miliar tahun yang lalu. Pada awal kehidupannya, matahari memiliki sekitar 3/4 hidrogen. Kemudian, karena kompresi gravitasi, suhu dan tekanan di usus meningkat sedemikian rupa sehingga reaksi termonuklir secara spontan mulai terjadi, di mana hidrogen diubah menjadi helium. Sebagai akibatnya, suhu di pusat Matahari naik sangat kuat (sekitar 15.000.000 K), dan tekanan di kedalamannya meningkat begitu banyak (1.5x105 kg / m3) sehingga mampu menyeimbangkan gaya gravitasi dan menghentikan kompresi gravitasi. Beginilah struktur modern Matahari muncul.
Catatan: Bintang itu berisi reservoir energi gravitasi raksasa. Tetapi Anda tidak dapat menarik energi darinya dengan impunitas. Matahari perlu menyusut, dan itu harus berkurang 2 kali setiap 30 juta tahun. Pasokan total energi panas dalam sebuah bintang kira-kira sama dengan energi gravitasinya dengan tanda sebaliknya, yaitu, dari orde GM2 / R. Bagi Matahari, energi termalnya sama dengan 4 * 1041 J. Setiap detik Matahari kehilangan 4 * 1026 J. Cadangan energi termalnya hanya akan cukup untuk 30 juta tahun. Fusi termonuklir menghemat - kombinasi elemen cahaya, disertai dengan pelepasan energi raksasa. Untuk pertama kalinya, mekanisme ini, pada tahun 20-an abad ke-20, ditunjukkan oleh ahli astrofisika Inggris A. Edington, yang memperhatikan bahwa empat inti atom hidrogen (proton) memiliki massa 6,69 * 10-27 kg, dan inti helium - 6, 65 * 10-27 kg. Cacat massa dijelaskan oleh teori relativitas. Menurut rumus Einstein, energi total benda terkait dengan massa dengan rasio E = Ms2. Energi ikat pada helium adalah satu nukleon lebih, yang berarti sumur potensinya lebih dalam dan energi totalnya lebih sedikit. Jika helium entah bagaimana disintesis dari 1 kg hidrogen, energi yang setara dengan 6 * 1014 J akan dilepaskan, kira-kira 1% dari total energi bahan bakar bekas. Begitu banyak untuk sumber energi Anda.
Orang-orang sezaman, bagaimanapun, skeptis terhadap hipotesis Edington. Menurut hukum mekanika klasik, untuk mendekatkan proton ke jarak orde jari-jari aksi gaya nuklir, gaya tolak Coulomb harus diatasi. Untuk ini, energinya harus melebihi nilai penghalang Coulomb. Perhitungan menunjukkan bahwa untuk memulai proses fusi termonuklir, diperlukan suhu sekitar 5 miliar derajat, tetapi suhu di pusat Matahari sekitar 300 kali lebih rendah. Jadi, Matahari tampaknya tidak cukup panas untuk memungkinkan terjadinya fusi helium.
Hipotesis Edington diselamatkan oleh mekanika kuantum. Pada tahun 1928, fisikawan muda Soviet G. A. Gamow menemukan bahwa, menurut hukumnya, partikel dapat dengan beberapa kemungkinan merembes melalui penghalang potensial bahkan ketika energinya di bawah ketinggiannya. Fenomena ini disebut sub-barrier atau tunnel junction. (Yang terakhir secara kiasan menunjukkan kemungkinan menemukan diri sendiri di sisi lain gunung tanpa mendaki puncaknya.) Dengan bantuan transisi terowongan, Gamow menjelaskan hukum peluruhan-a radioaktif dan dengan demikian untuk pertama kalinya membuktikan penerapan mekanika kuantum pada proses nuklir (hampir pada saat yang sama, transisi terowongan dilakukan ditemukan oleh R. Henry dan E. Condon). Gamow juga menarik perhatian pada fakta bahwa, berkat transisi terowongan, inti atom yang bertubrukan dapat saling mendekat dan memasuki reaksi nuklir pada energi.nilai yang lebih kecil dari penghalang Coulomb. Hal ini mendorong fisikawan Austria F. Houtermans (kepada siapa Gamow menceritakan tentang karyanya bahkan sebelum publikasi mereka) dan astronom R. Atkinson untuk kembali ke gagasan Edington tentang asal usul nuklir dari energi matahari. Dan meskipun tumbukan serentak empat proton dan dua elektron untuk membentuk inti helium adalah proses yang sangat tidak mungkin. Pada tahun 1939, G. Bethe berhasil menemukan sebuah rantai (siklus) reaksi nuklir yang mengarah pada sintesis helium. Katalis untuk sintesis helium dalam siklus Bethe adalah inti karbon C12, yang jumlahnya tidak berubah. Dan meskipun tumbukan serentak empat proton dan dua elektron untuk membentuk inti helium adalah proses yang sangat tidak mungkin. Pada tahun 1939, G. Bethe berhasil menemukan sebuah rantai (siklus) reaksi nuklir yang mengarah pada sintesis helium. Katalis untuk sintesis helium dalam siklus Bethe adalah inti karbon C12, yang jumlahnya tidak berubah. Dan meskipun tumbukan serentak empat proton dan dua elektron untuk membentuk inti helium adalah proses yang sangat tidak mungkin. Pada tahun 1939, G. Bethe berhasil menemukan sebuah rantai (siklus) reaksi nuklir yang mengarah pada sintesis helium. Katalis untuk sintesis helium dalam siklus Bethe adalah inti karbon C12, yang jumlahnya tidak berubah.
Jadi - pada kenyataannya, hanya bagian tengahnya dengan massa 10% dari total massa yang dapat berfungsi sebagai bahan bakar bintang. Mari kita hitung berapa lama matahari akan memiliki bahan bakar nuklir yang cukup.
Energi total Matahari adalah M * c2 = 1047 J, energi nuklir (Ead) kira-kira 1%, yaitu 1045 J, dan dengan mempertimbangkan bahwa tidak semua materi dapat terbakar, kita mendapatkan 1044 J. Membagi nilai ini dengan luminositas Matahari 4 * 1026 J / s, kita dapati bahwa energi nuklirnya akan bertahan selama 10 miliar tahun.
Secara umum, massa bintang secara jelas menentukan nasibnya selanjutnya, karena energi nuklir bintang tersebut adalah Ead ~ Mc2, dan luminositas berperilaku kira-kira seperti L ~ M3. Waktu pembakaran disebut waktu nuklir; itu didefinisikan sebagai tad = ~ Ead / L = lO10 (M / M Matahari) -2 tahun.
Semakin besar sebuah bintang, semakin cepat ia membakar dirinya sendiri!.. Rasio tiga karakteristik kali - dinamis, termal dan nuklir - menentukan karakter evolusi bintang. Fakta bahwa waktu dinamis jauh lebih pendek daripada waktu termal dan nuklir berarti bahwa bintang selalu berhasil mencapai kesetimbangan hidrostatik. Dan fakta bahwa waktu termal kurang dari waktu nuklir berarti bahwa bintang memiliki waktu untuk mencapai kesetimbangan termal, yaitu kesetimbangan antara jumlah energi yang dilepaskan di pusat per satuan waktu dan jumlah energi yang dipancarkan oleh permukaan bintang (luminositas bintang). Di Matahari setiap 30 juta tahun, pasokan energi panas diperbarui. Tetapi energi di matahari dibawa oleh radiasi. Itu artinya foton. Sebuah foton, lahir dalam reaksi termonuklir di tengah, muncul di permukaan setelah waktu termal, ~ 30 juta tahun). Foton bergerak dengan kecepatan cahaya, tapi,masalahnya adalah ia, yang terus-menerus diserap dan dipancarkan kembali, sangat membingungkan lintasannya, sehingga panjangnya menjadi sama dengan 30 juta tahun cahaya. Untuk waktu yang lama, radiasi memiliki waktu untuk mencapai kesetimbangan termal dengan zat yang dilaluinya bergerak. Oleh karena itu, spektrum bintang dan spektrumnya dekat dengan benda hitam. Jika sumber energi termonuklir "dimatikan" (seperti bola lampu) hari ini, Matahari akan terus bersinar selama jutaan tahun.maka matahari akan terus bersinar selama jutaan tahun.maka matahari akan terus bersinar selama jutaan tahun.
Tetapi bahkan jika ramalan Hawking dan banyak pendahulunya serta orang-orang yang berpikiran sama di seluruh dunia ditakdirkan untuk menjadi kenyataan dan umat manusia pergi untuk membangun sebuah "peradaban luar angkasa", nasib Bumi akan tetap mengkhawatirkan banyak orang. Oleh karena itu, banyak astronom yang memiliki ketertarikan khusus pada bintang yang mirip dengan Matahari dalam parameternya - terutama saat bintang tersebut berubah menjadi raksasa merah.
Jadi, sekelompok astronom yang dipimpin oleh Sam Ragland, menggunakan kompleks inframerah-optik dari tiga teleskop gabungan Teleskop Inframerah-Optik Arizona, mempelajari bintang-bintang dengan massa 0,75 hingga 3 kali massa Matahari, mendekati akhir evolusi mereka. Ujung yang mendekat cukup mudah diidentifikasi oleh intensitas rendah garis hidrogen dalam spektrumnya, dan sebaliknya, dengan intensitas tinggi garis helium dan karbon.
Keseimbangan gaya gravitasi dan elektrostatis pada bintang-bintang tersebut tidak stabil, dan hidrogen dan helium di dalamnya bergantian sebagai jenis bahan bakar nuklir, yang menyebabkan perubahan kecerahan bintang dengan periode sekitar 100 ribu tahun. Banyak bintang seperti itu menghabiskan 200 ribu tahun terakhir hidup mereka sebagai variabel tipe Dunia. (Variabel dunia adalah bintang yang luminositasnya secara teratur berubah dengan periode dari 80 hingga 1 ribu hari. Mereka dinamai menurut "nenek moyang" kelas, bintang-bintang Dunia di konstelasi Cetus).
Ilustrasi: Wayne Peterson / LCSE / University of Minnesota
Model yang diberikan dari raksasa berdenyut merah yang dibuat di Laboratorium Sains dan Teknologi Komputasi di Universitas Minnesota. Tampak internal inti bintang: kuning dan merah - area suhu tinggi, biru dan aqua - area suhu rendah.
Di kelas inilah sebuah penemuan yang agak tidak terduga terjadi: di dekat bintang V 391 di konstelasi Pegasus, sebuah planet ekstrasurya ditemukan, yang sebelumnya terbenam dalam cangkang bintang yang membengkak. Lebih tepatnya, bintang V 391 berdenyut, yang karenanya jari-jarinya bertambah dan berkurang. Planet, yang ditemukan oleh sekelompok astronom dari berbagai negara yang dilaporkan dalam jurnal Nature edisi September, memiliki massa lebih dari tiga kali massa Jupiter, dan radius orbitnya satu setengah kali jarak yang memisahkan Bumi dari Matahari.
Ketika V 391 melewati tahap raksasa merah, radiusnya mencapai setidaknya tiga perempat dari orbitnya. Namun, pada awal perluasan bintang, radius orbit planet itu berada lebih kecil. Hasil penemuan ini memberikan kesempatan kepada Bumi untuk bertahan hidup setelah ledakan Matahari, meskipun parameter orbit, dan radius planet itu sendiri, cenderung berubah.
Analoginya agak dirusak oleh fakta bahwa planet ini, serta bintang induknya, tidak terlalu mirip dengan Bumi dan Matahari. Dan yang paling penting, V 391, ketika berubah menjadi raksasa merah, "menjatuhkan" sebagian besar massanya, yang "menyelamatkan" planet; tapi itu hanya terjadi pada dua persen raksasa. Meskipun "pembuangan" kulit terluar dengan transformasi raksasa merah menjadi katai putih yang secara bertahap mendingin dikelilingi oleh nebula gas yang mengembang tidak begitu langka.
Pertemuan yang terlalu dekat dengan bintangnya adalah yang paling jelas, tetapi bukan satu-satunya masalah menunggu Bumi dari benda kosmik besar lainnya. Kemungkinan besar Matahari akan berubah menjadi raksasa merah, setelah meninggalkan galaksi kita. Faktanya adalah galaksi Bima Sakti kita dan galaksi raksasa di sekitarnya, Nebula Andromeda, telah berada dalam interaksi gravitasi selama jutaan tahun, yang pada akhirnya akan menyebabkan Andromeda menarik Bima Sakti ke arahnya, dan akan menjadi bagian dari galaksi besar ini. Di bawah kondisi baru, Bumi akan menjadi planet yang sama sekali berbeda, terlebih lagi, sebagai akibat dari interaksi gravitasi, Tata Surya, seperti ratusan sistem lainnya, benar-benar dapat terkoyak. Karena tarikan gravitasi Nebula Andromeda jauh lebih kuat daripada gravitasi Bima Sakti,yang terakhir mendekat dengan kecepatan sekitar 120 km / s. Dengan menggunakan model komputer yang dibuat dengan akurasi 2,6 juta objek, para astronom telah menentukan bahwa dalam waktu sekitar 2 miliar tahun, galaksi akan bertemu, dan gaya gravitasi akan mulai merusak strukturnya, membentuk ekor debu dan gas, bintang, dan planet yang panjang dan menarik. Dalam 3 miliar tahun lagi, galaksi akan bersentuhan langsung, akibatnya galaksi baru yang bersatu akan berbentuk elips (kedua galaksi dianggap spiral hari ini). Dalam 3 miliar tahun lagi, galaksi akan bersentuhan langsung, akibatnya galaksi baru yang bersatu akan berbentuk elips (kedua galaksi dianggap spiral hari ini). Dalam 3 miliar tahun lagi, galaksi akan bersentuhan langsung, akibatnya galaksi baru yang bersatu akan berbentuk elips (kedua galaksi dianggap spiral hari ini).
Foto: NASA, ESA, dan The Hubble Heritage Team (STScI)
Dalam gambar ini, dua galaksi spiral (yang besar NGC 2207, yang kecil - IC 2163) melewati satu sama lain di wilayah konstelasi Anjing Besar, seperti kapal-kapal agung. Gaya pasang surut galaksi NGC 2207 telah mendistorsi bentuk IC 2163, melemparkan bintang dan gas ke aliran yang membentang selama ratusan ribu tahun cahaya (di sudut kanan gambar).
Pusat Astrofisika Harvard Smithsonian Prof. Avi Loeb dan mahasiswanya TJ Cox telah menyarankan bahwa jika kita dapat mengamati langit planet kita selama 5 miliar tahun yang terkenal itu, lalu alih-alih Bima Sakti kita yang biasa - garis pucat dari titik-titik kelap-kelip redup - kita akan melihat miliaran bintang terang baru. Dalam hal ini, tata surya kita akan berlokasi "di pinggiran" galaksi baru - sekitar seratus ribu tahun cahaya dari pusatnya, bukan 25 ribu tahun cahaya saat ini. Namun, ada perhitungan lain: setelah penggabungan galaksi lengkap, tata surya mungkin bergerak lebih dekat ke pusat galaksi (67.000 tahun cahaya), atau mungkin terjadi jatuh ke "ekor" - penghubung antar galaksi. Dan dalam kasus terakhir, karena efek gravitasi, planet-planet yang terletak di sana akan hancur.
Mengingat masa depan Bumi, Matahari, tata surya secara keseluruhan, dan Bima Sakti sama menariknya dengan ilmu pengetahuan konvensional. Ramalan-ramalan dalam jangka waktu yang lama, kurangnya fakta dan kelemahan relatif dari teknologi, serta sebagian besar kebiasaan orang modern untuk berpikir dalam konteks sinema dan thriller, mempengaruhi fakta bahwa asumsi tentang masa depan lebih seperti fiksi ilmiah, hanya dengan penekanan khusus pada kata pertama.
