Fragen Sie Ethan: Wann wird die Sonne die Erde unbewohnt machen?

Bisher geht es unserer Erde gut. Seit sich unsere Sonne vor etwa 4,5 Milliarden Jahren gebildet hat, hat sich unsere Protoerde im inneren Sonnensystem gebildet, die Kollision hat das Erde / Mond-Paar erzeugt, das wir heute kennen, und eine Kombination aus Anfangsbedingungen und spätem Beschuss führte zum Auftreten von Ozeanen und Atmosphäre. Über einen Zeitraum von mehr als 4 Milliarden Jahren schien die Sonne ständig und das Leben wurde geboren und blühte auf. Aber das kann nicht ewig so weitergehen! Wird das Aussterben von Kraftstoff in der Sonne zu unserem Aussterben führen? Diese Woche diskutieren wir dieses Problem dank eines Lesers, der fragt:

Verringert sich die Kernenergie der Sonne oder bleibt sie stabil? Wie viel Zeit bleibt für die Existenz von Leben auf unserem Planeten, wenn die Sonne ihren Kernbrennstoff reduziert?

Wenn wir die möglichen Katastrophen ignorieren, die von der Erde selbst (wie einem Supervulkan oder einer Vergiftung der Biosphäre) oder dem Universum als Ganzes (einer starken Kollision, einem sterilisierenden Gammastrahlenausbruch oder einer Supernova, die in der Nähe blitzte) ausgelöst wurden, wird die Sonne letztendlich alles Leben auf der Erde zerstören.


Die Proton-Proton-Kette, die für die Erzeugung des größten Teils der Sonnenenergie verantwortlich ist

Sterne wie unsere Sonne arbeiten an der Kernfusion: Sie synthetisieren aus dem leichtesten und häufigsten Element des Universums (Wasserstoff) das zweite Element in Bezug auf Leichtigkeit und Prävalenz (Helium) während einer Kettenreaktion. Die Kettenreaktion, aufgrund derer die Sonne den größten Teil der Energie erzeugt, umfasst:

• Zwei Protonen bilden Deuterium, ein Positron (das mit einem Elektron vernichtet wird und energiereiche Protonen emittiert), Neutrinos und freie Energie.
• Ein Deuteron mit einem Proton emittiert Helium-3, ein hochenergetisches Photon und freie Energie.
• Zwei Helium-3-Kerne verschmelzen miteinander und ergeben Helium-4, zwei freie Protonen und noch mehr freie Energie.

Dies ist die häufigste Energiequelle auf der Sonne, und bei dieser Reaktion werden 0,7% der Ausgangsmasse von vier Protonen gemäß Einsteins E = mc ² in Energie umgewandelt. Jede Sekunde verwandelt sich eine große Anzahl von Protonen, 4 × 10 ³⁸ , in Helium-4 und emittiert etwa 4 × 10 ²⁶ W Energie.



Die Sonne ist ebenfalls riesig und massiv und besteht aus etwa 10 ⁵⁷ Partikeln. Trotz dieser enormen Mengen ist die gesamte Kraftstoffversorgung der Sonne begrenzt, und wenn Sie lange genug warten, verbrennt die Sonne ihren gesamten Kraftstoff. Ein noch größeres Problem wird sein, dass die Sonne nicht ihren gesamten Wasserstoff verbraucht - nur den, der sich in ihrem Kern befindet, wo die Temperaturen am höchsten sind. Die allerersten Protonen nehmen erst an der Synthese teil, wenn Sie in eine Tiefe von mehr als der Hälfte des Radius tauchen, in der die Temperaturen 4.000.000 K überschreiten. Und nur in den Tiefen der Sonne, in denen die Temperaturen 10.000.000 K überschreiten und maximal 15.000.000 K erreichen 99% der Energie wird produziert.



Dies bedeutet, dass im Laufe der Zeit die innersten Teile der Sonne den gesamten Kraftstoff schneller verbrennen. Wir können erwarten, wie unser Leser schrieb, dass dies eine allmähliche Abnahme der Helligkeit der Sonne bedeuten wird. Ohne diese Reaktionen beginnt der Kern tatsächlich, innerhalb des Kerns zu schrumpfen, und diese Gravitationskompression setzt noch mehr Energie frei, was zu einem Temperaturanstieg führt. Danach beginnt die Synthese schneller und in einem größeren Volumen der Sonne als zuvor. Mit anderen Worten, im Laufe der Zeit wird die Energieabgabe der Sonne zunehmen, und dies wird über einen Zeitraum von vier Milliarden Jahren geschehen!



Als die Sonne ein neugeborener Stern war, betrug ihre Energieabgabe etwa 75-80% von heute. Dank der Flora, Fauna, Ozeane und Atmosphäre unseres Planeten konnten wir uns im Laufe der Geschichte des Sonnensystems an die ständig steigenden Temperaturen der Sonne anpassen. Aber alles hat eine Grenze: Irgendwann wird die Helligkeit der Sonne so stark zunehmen, dass sich die Erde in der gleichen Entfernung wie jetzt so stark erwärmt, dass ihre Ozeane kochen. Danach kommt es auf der Erde zu einer ähnlichen Gewächshauskettenreaktion wie auf der Venus - wo eine dicke Wolkenschicht den Planeten umhüllt - und alles Leben auf seiner Oberfläche verschwindet.



Es ist möglich, dass einige Lebensformen hoch in den Wolken existieren und dass die Menschheit in der Lage sein wird, herauszufinden, wie sie unter solchen Bedingungen überleben kann, wenn sie noch existiert. Dies wird jedoch lange vor dem Auslaufen des Wasserstoffbrennstoffs im Kern der Sonne geschehen. In der Tat wird unsere Sonne über einen Zeitraum von 5 bis 7 Milliarden Jahren die folgenden Veränderungen erfahren:

• Schöpft Wasserstoff im Kern aus.
• Erweitert sich zu einem sehr hellen Stern, wenn Wasserstoff in der Hülle um den Kern ausbrennt.
• Startet die Synthese von Helium im Kern, wenn die Temperatur einen kritischen Punkt erreicht.
• Erweitern Sie zum roten Riesen.
• Infolgedessen stirbt er, indem er die äußeren Schichten fallen lässt und sie in einen planetarischen Nebel verwandelt, und der Kern schrumpft zu einem weißen Zwerg.



Aber in nur 1-2 Milliarden Jahren wird die Sonne so heiß, dass die Ozeane anfangen zu kochen. An diesem Punkt müssen wir ein neues Zuhause finden, da die Erdoberfläche unbewohnt wird. Infolgedessen wird dies die einzige signifikante globale Erwärmung sein, und die Sonne wird viel heißer, bevor das Sonnensystem groß und endgültig gefriert. Wir haben bereits den größten Teil der Zeitspanne hinter uns, in der die Erde bewohnt ist. Es ist daher besser, alles Mögliche aus der verbleibenden Zeit herauszuholen!