2008.02.01. - Lehet-e esélye a Földnek a vörös óriássá váló Nappal szemben?

Mióta a csillagok fejlődésére vonatkozó elméletek alapján tudjuk, hogy évmilliárdok múlva Napunk is vörös óriássá válik, izgat bennünket a kérdés, hogy mi lesz a Föld, s reménybeli utódaink sorsa az esemény bekövetkeztekor.

A ma elfogadott csillagfejlődési elméletek szerint a Naphoz hasonló csillagok, miután a magbeli nukleáris üzemanyaguk adott részét elfogyasztották, jelentős méretnövekedésen mennek át, s egy időre ún. vörös óriásokká válnak. A becslések szerint a Nap esetében ennek az lesz az eredménye, hogy felfúvódó központi csillagunk kiterjedő légköre az összes belső bolygót elnyelni majd. Érdekes adalék az ember pszichológiájához, hogy bár csak évmilliárdok múlva fog bekövetkezni, a beláthatalan messzeségbe vesző folyamat esetenként mégis jobban izgat bennünket, mint a nem túl távoli jövő néhány, ránk vagy a közeli utódainkra nézve sokkal nagyobb következményekkel járó egyéb eseménye.

Fantáziarajz egy vörös óriásról. A felfúvódott csillag kiterjedt légköréből az űrbe távozó anyagban jelentős mennyiségű por szintetizálódik, ami az infravörös tartományban detektálható.
[Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)]

Az egyszerű becslések ugyan valóban azt mutatják, hogy a Nap mérete még a Mars pályájáét is meg fogja haladni, a képet azért néhány egyéb szempont figyelembe vételével árnyalni kell. Az egyik legfontosabb ezek közül, hogy a Nap ezt az óriási méretet fejlődési útjának vége felé éri majd el, de addigra csillagszél formájában jelentős mennyiségű anyagot fog elveszíteni. Ahogyan növekszik, az anyagkiáramlás intenzitása is egyre nagyobb lesz. Az erős csillagszél hatására viszont a bolygók pályái elvesztik a mai stabilitásukat, s az égitestek, köztük a Föld, spirális pályán kifelé, a felfúvódó központi csillaggal ellentétes irányban kezdenek mozogni. Kérdés az, hogy melyik folyamat lesz a gyorsabb, a felfúvódás vagy a "menekülés".

Az égbolt egyik legismertebb vörös szuperóriása, az Orion csillagkép legfényesebb csillaga, a Betelgeuse. A kép érdekessége, hogy 1995-ben ez volt az első olyan direkt felvétel egy csillagról, amelyen felszíni részletek is kivehetők voltak.
[Andrea Dupree (Harvard-Smithsonian CfA), Ronald Gilliland (STScI), NASA and ESA]

A kérdés megválaszolására K. Schröder (University of Sussex) és R. Smith (Universidad de Guanajuato, Mexico) új, a Nap fejlődési útjának végső szakaszaira vonatkozó modellszámítást végeztek. Ennek eredményeként azt találták, hogy 7,59 milliárd év múlva, amikor a Nap eléri a vörös óriás állapotot, a csillagszél formájában történő anyagkiáramlás annyira felerősödik, hogy központi égitestünk mostani tömegének 67 százalékát elveszti, miközben maximális mérete a mostaninak 256-szorosa lesz. A felfúvódási folyamat első része csillagászati értelemben meglepően rövid idő alatt megy majd végbe, a Nap mindössze 5 millió év leforgása alatt kitölti a Merkúr pályájáig terjedő térrészt. Ezt egy 130 millió évig tartó szakasz követi, melynek során a magban a hélium égése termeli az energiát, miközben tovább táguló légköre előbb a Merkúrt, majd a Vénuszt is elnyeli. Mire a Föld is sorra kerül, a csillagszél már olyan intenzív lesz, hogy a Nap évente a földtömeg 8 százalékának megfelelő mennyiségű, 4,9 ⋅ 10²⁰ tonna anyagot veszít.

A Föld élete azonban addig sem lesz eseménytelen. Bolygónk jelenleg a Nap ún. lakhatósági zónájának (habitable zone) kellős közepén foglal helyet. Ez az a térrész egy csillag körül, ahol az adott "pillanatban" a viszonyok kedvezőek az élet valamilyen formájának megjelenésére és folyamatos fennmaradására. Mai elképzelésünk szerint ez tipikusan olyan hőmérsékleti és nyomásviszonyokat jelent egy bolygón, ami lehetővé teszi, hogy a víz hosszú ideig folyékony halmazállapotban létezhessen. Schröder és Smith számításai szerint csillagunk 1 milliárd év múlva fogja elérni legforróbb állapotát, amikor felszíni hőmérséklete 5820 K lesz. Ez ugyan csak 50 kelvinnel nagyobb a mostani hőmérsékleténél, energiakibocsátása azonban mégis 26 százalékkal fogja meghaladni a mai értéket. Ennek következtében a földi óceánok el fognak párologni, s bolygónk gyakorlatilag újra olvadt állapotba kerül. Mire a Nap eléri a vörös óriás állapotot, a korábban vázoltak alapján a Föld már 1,5 csillagászati egységre lesz a középpontjától, de ez nem lesz elegendő a túléléshez. Mihelyt belekerül a csillag atmoszférájába, a sűrűbb gázban történő mozgás okán bekövetkező impulzusnyomaték-vesztés miatt a Föld kifelé tartó spirális mozgásából egy befelé spirálozó, a végső megsemmisülés felé vezető mozgás lesz. A megmaradt csonka bolygórendszer lakhatósági zónája áthelyeződik a mai Kuiper-öv területére, 49,4 és 71,4 csillagászati közé.

A Nap (sárga törpe), az Arcturus (α Boo, sárga óriás) és az Antares (α Sco, vörös szuperóriás), illetve a Mars-pálya méreteinek összehasonlítása. A Nap jelenlegi mérete eltörpül egy vörös szuperóriás kiterjedt légköre mellett.
[astroprofspage.com nyomán]

Érdekes, hogy ha a Föld pályája ma 15 százalékkal nagyobb lenne, akkor a számítások szerint bolygónk túlélhetné a Nap felfúvódását. Más kérdés, hogy ebben az esetben valószínűleg most nem elmélkedhetnénk ezekről a problémákról ...

Az eredményeket részletező szakcikk a Monthly Notices of Royal Astronomical Society c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• Universe Today 2008.01.31.
• arXiv:0801.4031v1 [astro-ph]