Hasta ahora, nuestra Tierra está bien. Desde que nuestro Sol se formó hace unos 4.500 millones de años, nuestra proto-tierra se formó en el Sistema Solar interno, la colisión dio lugar al par Tierra / Luna, que hoy conocemos, y una combinación de condiciones iniciales y bombardeos tardíos condujeron a la aparición de océanos y atmósfera. Durante un período de más de 4 mil millones de años, el Sol estuvo brillando constantemente, y la vida nació y floreció. ¡Pero esto no puede continuar para siempre! ¿La extinción del combustible en el sol conducirá a nuestra extinción? Esta semana estamos discutiendo este tema gracias a un lector que pregunta:
¿La energía nuclear del Sol disminuye o permanece estable? ¿Cuánto tiempo queda para la existencia de vida en nuestro planeta si el Sol reduce su combustible nuclear?
Si ignoramos las posibles catástrofes iniciadas por la Tierra misma (como un supervolcán o envenenamiento de la biosfera) o el Universo en su conjunto (una fuerte colisión, una explosión esterilizante de rayos gamma o una supernova que brilló cerca), el Sol eventualmente destruirá toda la vida en la Tierra.
La cadena protón-protón responsable de producir la mayor parte de la energía solar.Las estrellas como nuestro Sol trabajan en la fusión nuclear: sintetizando desde el elemento más ligero y más común del Universo (hidrógeno) el segundo elemento en ligereza y prevalencia (helio) durante una reacción en cadena. La reacción en cadena, debido a la cual el sol genera la mayor parte de la energía, incluye:
• Dos protones forman deuterio, un positrón (aniquilando con un electrón y emitiendo protones de alta energía), neutrinos y energía libre.
• Un deuterón con un protón emite helio-3, un fotón de alta energía y energía libre.
• Dos núcleos de helio-3 se fusionan y dan helio-4, dos protones libres y aún más energía libre.
Esta es la fuente más común de energía en el Sol, y en esta reacción el 0.7% de la masa inicial de cuatro protones se convierte en energía de acuerdo con E = mc
2 de Einstein. Cada segundo, una gran cantidad de protones, 4 × 10
38, se convierten en helio-4, emitiendo aproximadamente 4 × 10
26 W de energía.
El sol también es enorme y masivo, y consta de aproximadamente 10
57 partículas. Pero, a pesar de cantidades tan grandes, el suministro total de combustible del Sol es finito, y si espera lo suficiente, el Sol quemará todo su combustible. Un problema aún mayor será que el Sol no usa todo su hidrógeno, solo el que está en su núcleo, donde las temperaturas son más altas. Los primeros protones no participarán en la síntesis hasta que bucees a una profundidad que exceda la mitad del radio, donde las temperaturas excedan los 4,000,000 K. Y solo en las profundidades del Sol, donde las temperaturas excedan los 10,000,000 K y alcancen un máximo de 15,000,000 K Se produce el 99% de la energía.
Esto significa que con el tiempo, las partes más internas del Sol quemarán todo el combustible más rápido. Podemos esperar, como escribió nuestro lector, que esto signifique una disminución gradual del brillo del sol. Pero sin estas reacciones, el núcleo realmente comenzará a encogerse dentro del núcleo, y esta compresión gravitacional liberará aún más energía, lo que conducirá a un aumento de la temperatura. Después de esto, la síntesis comenzará a ir más rápido y en un mayor volumen del Sol que antes. En otras palabras, con el tiempo, la producción de energía del Sol aumentará, ¡y esto ocurrirá en un período de cuatro mil millones de años!
Cuando el Sol era una estrella recién nacida, su producción de energía era de aproximadamente el 75-80% de la actualidad. Gracias a la flora, la fauna, los océanos y la atmósfera de nuestro planeta, pudimos adaptarnos a las temperaturas cada vez mayores del Sol a lo largo de la historia del sistema solar. Pero hay un límite para todo: en algún momento, el brillo del Sol aumentará tanto que la Tierra, al estar a la misma distancia de lo que está ahora, se calentará tanto que sus océanos hervirán. Después de eso, una reacción en cadena de efecto invernadero similar a la que ocurrió en Venus, donde una gruesa capa de nubes envuelve el planeta, sucederá en la Tierra y toda la vida en su superficie desaparecerá.
Es posible que algunas formas de vida existan en lo alto de las nubes, y que la humanidad pueda descubrir cómo sobrevivir en tales condiciones, si aún existe. Pero esto sucederá mucho antes de que el combustible de hidrógeno se agote en el núcleo del sol. De hecho, nuestro Sol sufrirá los siguientes cambios durante un período de 5-7 mil millones de años:
• Agota el hidrógeno en el núcleo.
• Se expande a una estrella subgigante muy brillante cuando el hidrógeno se quema en el caparazón alrededor del núcleo.
• Inicia la síntesis de helio en el núcleo cuando la temperatura alcanza un punto crítico.
• Expande al gigante rojo.
• Como resultado, morirá dejando caer las capas externas, convirtiéndolas en una nebulosa planetaria, y el núcleo se reducirá a una enana blanca.
Pero en solo 1 a 2 mil millones de años, el Sol se calentará tanto que los océanos comenzarán a hervir. En este punto, tendremos que encontrar un nuevo hogar, ya que la superficie de la Tierra quedará deshabitada. Como resultado, este será el único calentamiento global significativo, y el Sol se pondrá mucho más caliente antes de que ocurra la congelación grande y final del Sistema Solar. Ya hemos pasado la mayor parte del período de tiempo en el que la Tierra está habitada, por lo que es mejor tratar de tomar todo lo posible del tiempo que nos queda.