ديدگاه ما از آينده از زمان ولز بسيار تغيير يافته است. اگر چه ماشين زمان همچنان جزء داستانهاي علمي تخيلي باقي مانده است، شناخت و درك ما از تغييرات خورشيد اين امر را ممكن ساخته است كه آينده بسيار دور زمين را به گونه اي شرح دهيم كه هم شامل جزئيات و هم از نظر علمي درست باشد. اگر بتوانيم فيلم سريعي از 200 ميليون سال آينده زمين ببينيم، خواهيم ديد قاره ها به هم مي پيوندند تا شكل آينده كهن قاره (Pangaea) را به وجود آورند كه آن هم ساختار جديد صفحات قاره اي را ايجاد مي كند. حرارت داخل زمين در درجه اول از فروپاشي ذرات راديواكتيو اورانيوم 238 ايجاد مي شود كه نيمه عمر آن 4.5 ميليارد سال است. بنابراين مواد داخلي زمين هم اكنون در حدود نيمي از ميزان اوليه گرما توليد مي كنند. با سرد شدن مواد داخلي، فرايندهاي نوسازي زمين شناسي به تدريج متوقف مي شود و سياره به دوران پيري و سالخوردگي وارد مي شود. آتشفشانها فوران مي كنند و قاره ها به تدريج شكل و ساختار نهايي خود را به دست مي آورند. طي ميلياردها سال بعد سطح آب اقيانوسها اندكي پايين مي رود، زيرا آب توسط پوسته كه به طور ثابت در حال خنك شدن است جذب مي گردد. با اين حال خنك شدن زمين با خنك شدن سطح زمين همراه نيست. خورشيد همواره از زمان تولدش كمي درخشانتر شده است. ستاره گرم حياتبخش ما در مسيري است كه به بلايي سوزان براي حيات زمين تبديل مي گردد. تعادل مشكل خورشيد مانند بيشتر ستاره ها در وضعبت پايدار و متعادل بين كشش جاذبه به سمت داخل از يك سو و فشار حاصل از گرماي همجوشي هسته اي به سمت خارج از سوي ديگر قرار دارد. اين يك تعادل خود تنظيم است. كمي منقبض شدن خورشيد باعث افزايش چگالي و دماي مركزي آن مي شود و واكنشهاي هسته اي را سريعتر مي كند كه گرماي اضافي آن سبب منبسط شدن خورشيد مي گردد. انبساط نيز قسمتهاي داخلي را مقدار كمي خنك و توليد انرژي هسته اي را كند مي كند و سبب انقباض مجدد خورشيد مي گردد. در نتيجه خورشيد در حال تعادل باقي مي ماند. با اين حال پس از گذشت صدها ميليون سال اين تعادل اندكي به هم مي خورد. با انجام همجوشي و تبديل هيدروژن به هليم، مقدار هيدروژن در هسته خورشيد كاهش مي يابد. هليم خنثي است پس هسته بايد كوچكتر و گرمتر شود تا همجوشي ادامه يابد. خورشيد با گذشت 4.5 ميليارد سال از تولدش، اندكي كمتر ازنيمي از هيدروژن اوليه خود را سوزانده و هسته آن واقعاً سرشار از هليم شده است. خورشيد در مقابل پايين آمدن تدريجي درجه گاز خود، با دنباله اي از اتفاقات پيچيده پاسخ مي دهد كه هيچ يك از آنها پديده خوشي براي زمين نيست. وقتي ستاره اي نظير خورشيد كه در چرخه اصلي نمودار تحول ستاره اي هرتزپروگ-راسل قرار دارد هيدروژن خود را مي سوزاند و هسته آن چگالتر مي شود، دماي مركزي آن به اندازه كافي بالا مي رود تا تمام هيدروژن سريعتر بسوزد. خورشيد از زمان تولدش 30% درخشانتر شده است. طي 1.2 ميليارد سال، كمي بزرگتر شده و 10% ديگر نيز درخشانتر مي گردد و دماي سطح آن 150 درجه سانتيگراد (270 درجه فارنهايت) گرمتر مي شود.
پديده گلخانه اي پرسش بسيار جالب اين است كه سيستم پيچيده زمين چگونه به اين رويدادها پاسخ مي دهد. تا كنون زمين وظيفه نگهداري دماي پايدار در مقابل درخشندگي همواره افزاينده خورشيد را به صورت قابل قبولي انجام داده است. اگرچه در گذشته دور نوسانهايي هم رخ داده است، از جمله حداقل دو دوره عصر يخبندان پيش از شروع زندگي در زمين كه به نظر مي رسد زمين در آن دوران به صورت كامل از قطبها تا استوا يخ زده است. همچنين دورانهاي بسيار گرمتري از حالا وجود داشته است كه جنگلهاي معتدله قطبها را پوشاندند. طي قرن آينده و پس از آن با آزاد كردن حجم زيادي از دي اكسيد كربن در جو، آزمايش پرماجراي بسيار بزرگي را در پيش رو خواهيم داشت.
شوك حاصل از آب و هواي زمين پيشرفت با ارزشي در فهم ما از اين مهم ايجاد خواهد كرد كه زمين طي دوره هاي طولاني تر چگونه به انرژي افزاينده خورشيد پاسخ خواهد داد. با نگاهي واقعاً بلند مدت و با در نظر گرفتن اين واقعيت كه زيست كره از قطب به سمت استوا غني تر مي شود، زمين كه بسيار گرمتر شده ممكن است واقعاً نعمتي براي زندگي باشد. زندگي در گلخانه رونق مي گيرد: اين روند شايد با گذشت ميليونها سال براي تحول و تطابق و سازگاري آهسته، حتي زيست كره غني تري بالاتر از دماي جوش آب ايجاد نمايد.
اما سرانجام اين دماي سرنوشت ساز فراخواهد رسيد. مدلهاي آب و هوايي بدون ابر نشان مي دهد كه زمين در 1.2 ميليارد سال آينده به وضعيت گلخانه مرطوب خواهد رسيد. اين از هر آنچه كه ما با رها كردن دي اكسيد كربن در جو مي توانيم انجام دهيم بسيار ويرانگرتر خواهد بود، چرا كه بخار آب در صورت وجود به اندازه كافي، خود يك گاز گلخانه اي قوي است. در دوران گلخانه مرطوب تبخير آب اقيانوسها در اثر دماهاي بسيار بالا به شدت افزايش مي يابد و بخار آب بيشتري وارد جو مي گردد. در نتيجه حتي به دماهاي بالاتري خواهيم رسيد و اين روند تا جايي ادامه مي يابد كه اقيانوسها به كلي تبخير و خشك شوند. انتظار داريم زمين در مدت كوتاهي پس از يك ميليارد سال به يك بيابان برهوت و برشته تبديل شود. سخت است تصور كنيم كه حيات چند سلولي ها چگونه ادامه خواهد يافت.
اما بر سر آن همه بخار آب بر فراز زمين خشك چه خواهد آمد؟ در حال حاضر بخار آب تقريباً به طور كامل در تروپوسفر (گشتكره) – لايه پايين جو كه شرايط جوي در آن رخ مي دهد – محصور شده است. مقدار كمي بخار آب در استراتوسفر (پوش كره) و خيلي كمتر در بالاي ازن كه بيشتر نور فرابنفش زمين را جذب مي كند وجود دارد. بنابراين مقدارخيلي كمي بخار آب در معرض پديده نوركافت (فتوليز: تجزيه شيميايي در اثر نور) است كه در آن نور فرابنفش يك مولكول آب (H2O) را شكسته و يك اتم هيدروژن آن راجدا مي كند. در نتيجه آب ما دست نخورده و سالم باقي مي ماند.
دما در بالاي جو زمين به اندازه كافي بالاست كه هر اتم آزاد هيدروژن معمولاً به فضا فرار كند. بنابراين اگر آب به بالاي لايه ازن برود در مسير آزاد شدن در فضا قرار مي گيرد. زمين بعد از دوره تحول گلخانه مرطوب به تدريج همه آب خود را از دست مي دهد و سياره دوره جديد انتقال به يك گلخانه گرم جهنمي را شروع مي كند، درست مشابه آنچه كه اكنون در سياره ناهيد حكمفرماست.
در واقع ناهيد ممكن است زماني بسيار معتدل تر و شبيه زمان كنوني ما بوده باشد. اندازه گيريهاي انجام شده در مورد آهنگ تبديل دوتريم موجود در جو آن به هيدروژن حاكي از آن است كه اين سياره مقدار زيادي آب را در گذشته خود از دست داده است، مقداري احتمالاً به اندازه يك اقيانوس. اگرچه ناهيد انرژي بيشتري نسبت به حال حاضر زمين دريافت كرده، در دوران اوليه خورشيد نيز 30 درصد كمتر انرژي دريافت نموده است. اگر دقيقاً بتوانيم بفهميم كه ناهيد چگونه به اين صورت درآمده، ممكن است بتوانيم پيش بيني آب و هوايي طولاني مدت تري را به صورت دقيقتر در مورد زمين انجام دهيم.
مدل سازيهاي انجام شده توسط جيمز كستينگ (James Kasting) ازدانشگاه ايالت پن نشان مي دهد كه گلخانه خشك تقريباً در 3 ميليارد سال در زمين اتفاق خواهد افتاد - دو ميليارد سال پس از آنكه آخرين قطره آب مايع هم تبخير شد. دما در آن زمان دوباره بالا خواهد رفت و به دماي ذوب كننده 400 درجه سانتيگراد (750 درجه فارنهايت) خواهد رسيد.خورسيد در آن زمان فقط 40% درخشانتر از حال حاضر خواهد بود و چند ميليارد سال ديگر براي سوزاندن هيدروژن در پيش رو خواهد داشت.
به تعويق انداختن واقعه اي اجتناب ناپذير
من و فرد آدامز (Fred Adams) از دانشگاه ميشيگان و دان كريكانسكي (Don Korycansky) از دانشگاه كاليفرنيا سانتاكروز در سال 2000 به صورت گروهي طرحي را آماده كرديم تا دماي مطلوب فعلي زمين را در برابر گرماي افزاينده خورشيد در چند ميليارد سال آينده تثبيت نماييم. كليد اين طرح زمان بسيار طولاني است كه در پيش رو داريم. ما نشان داديم كه تنها با مصرف كمي انرژي طي هزاران يا ميليونها سال مي توان جرم بزرگتري از كمربند سياركي و يا كوييپر را به گونه اي مانور داد كه پي در پي گذرهاي نزديكي از زمين و مشتري داشته باشد، به گونه اي كه بخشي از انرژي عظيم مداري مشتري را به زمين منتقل نمايند. چنين گذري در هر 10000 سال كافيست تا مدار زمين را با سرعت كافي به سمت خارج حركت داد تا با درخشندگي افزاينده خورشيد مقابله كند.
اگرچه فناوري لازم براي شروع چنين پروژه اي تقريباً موجود است، اما برنامه ريزي بلند مدت و ثبات انساني بايد به اندازه زيادي در ابعاد مختلف رشد كند. مشكل فقط اين نيست كه يك اشتباه كوچك محاسباتي مي تواند سبب بروز برخورد براي زمين شود. پس از چاپ نتايج اين كار، رسانه ها كاملاً به صورت اشتباه گزارش دادند كه اين طرح مي تواند در كوتاه مدت، گرم شدن جهاني زمين توسط انسانها را به تأخير اندازد. چنين گزارشهايي منجر به نوشته هاي روزنامه ها، ميزگردهاي بي معني تلويزيوني و سيل فراگير نامه ها و تماسهاي خشمگينانه شد. 10 ميليون سال زمان خوبي است تا قبل از شروع صبر كنيم. مسأله اصلي كه بايد در نظر بگيريم آن است كه آيا تمدن در اين مدت دوام خواهد آورد.
اما تحول خورشيد بدون در نظر گرفتن آنچه آيندگان ما انجام خواهند داد سرعت خواهد گرفت. مدلهاي كامپيوتري بسيار بهينه شده و بررسي و رصدهاي دقيق و جزئي از ستاره هاي شبيه خورشيد نشان مي دهد كه سوختن هيدروژن از هسته خورشيد به سمت پوسته خارجي پيش خواهد رفت و اين انتقال سريعتر و سريعتر خواهد شد. توليد انرژي به طرز شگرفي افزايش خواهد يافت و باعث بزرگ شدن لايه هاي خارجي خورشيد خواهد گرديد.
مدلهاي فعلي نشان مي دهد كه خورشيد در 6.36 ميليارد سال بعد 2.2 برابر درخشنده تر از وضعيت فعلي خود خواهد بود و مريخ به اندازه حال حاضر زمين گرما دريافت مي كند. اما اين اتفاق احتنالاً خيلي دير در مريخ رخ مي دهد. جاذبه مريخ آنقدر كم است كه نمي تواند جو گرم قابل ملاحظه اي را نگه دارد تا آنرا به يك منطقه قابل سكونت تبديل نمايد.
خورشيد طي 730 ميليون سال بعدي 2.7 برابر درخشانتر و 2.3 برابر بزرگتر از حال حاضر مي شود. منظومه شمسي در آن زمان به واقع غير قابل سكونت مي شود. ناهيد و زمين دوقلوهاي سولفوري مي گردند و مريخ به يك بيابان سوزان مبدل مي گردد. اقمار مشتري همچنان يخ زده هستند، اما ذوب شدن آنها نزديك است. خورشيد پس از 590 ميليون سال به مرحله تبديل به يك غول سرخ وارد مي شود و مراحل بعدي بسيار شديدتر از هر آنچه تا كنون بوده مي شود.
پديده گلخانه اي پرسش بسيار جالب اين است كه سيستم پيچيده زمين چگونه به اين رويدادها پاسخ مي دهد. تا كنون زمين وظيفه نگهداري دماي پايدار در مقابل درخشندگي همواره افزاينده خورشيد را به صورت قابل قبولي انجام داده است. اگرچه در گذشته دور نوسانهايي هم رخ داده است، از جمله حداقل دو دوره عصر يخبندان پيش از شروع زندگي در زمين كه به نظر مي رسد زمين در آن دوران به صورت كامل از قطبها تا استوا يخ زده است. همچنين دورانهاي بسيار گرمتري از حالا وجود داشته است كه جنگلهاي معتدله قطبها را پوشاندند. طي قرن آينده و پس از آن با آزاد كردن حجم زيادي از دي اكسيد كربن در جو، آزمايش پرماجراي بسيار بزرگي را در پيش رو خواهيم داشت.
شوك حاصل از آب و هواي زمين پيشرفت با ارزشي در فهم ما از اين مهم ايجاد خواهد كرد كه زمين طي دوره هاي طولاني تر چگونه به انرژي افزاينده خورشيد پاسخ خواهد داد. با نگاهي واقعاً بلند مدت و با در نظر گرفتن اين واقعيت كه زيست كره از قطب به سمت استوا غني تر مي شود، زمين كه بسيار گرمتر شده ممكن است واقعاً نعمتي براي زندگي باشد. زندگي در گلخانه رونق مي گيرد: اين روند شايد با گذشت ميليونها سال براي تحول و تطابق و سازگاري آهسته، حتي زيست كره غني تري بالاتر از دماي جوش آب ايجاد نمايد.
اما سرانجام اين دماي سرنوشت ساز فراخواهد رسيد. مدلهاي آب و هوايي بدون ابر نشان مي دهد كه زمين در 1.2 ميليارد سال آينده به وضعيت گلخانه مرطوب خواهد رسيد. اين از هر آنچه كه ما با رها كردن دي اكسيد كربن در جو مي توانيم انجام دهيم بسيار ويرانگرتر خواهد بود، چرا كه بخار آب در صورت وجود به اندازه كافي، خود يك گاز گلخانه اي قوي است. در دوران گلخانه مرطوب تبخير آب اقيانوسها در اثر دماهاي بسيار بالا به شدت افزايش مي يابد و بخار آب بيشتري وارد جو مي گردد. در نتيجه حتي به دماهاي بالاتري خواهيم رسيد و اين روند تا جايي ادامه مي يابد كه اقيانوسها به كلي تبخير و خشك شوند. انتظار داريم زمين در مدت كوتاهي پس از يك ميليارد سال به يك بيابان برهوت و برشته تبديل شود. سخت است تصور كنيم كه حيات چند سلولي ها چگونه ادامه خواهد يافت.
دما در بالاي جو زمين به اندازه كافي بالاست كه هر اتم آزاد هيدروژن معمولاً به فضا فرار كند. بنابراين اگر آب به بالاي لايه ازن برود در مسير آزاد شدن در فضا قرار مي گيرد. زمين بعد از دوره تحول گلخانه مرطوب به تدريج همه آب خود را از دست مي دهد و سياره دوره جديد انتقال به يك گلخانه گرم جهنمي را شروع مي كند، درست مشابه آنچه كه اكنون در سياره ناهيد حكمفرماست.
در واقع ناهيد ممكن است زماني بسيار معتدل تر و شبيه زمان كنوني ما بوده باشد. اندازه گيريهاي انجام شده در مورد آهنگ تبديل دوتريم موجود در جو آن به هيدروژن حاكي از آن است كه اين سياره مقدار زيادي آب را در گذشته خود از دست داده است، مقداري احتمالاً به اندازه يك اقيانوس. اگرچه ناهيد انرژي بيشتري نسبت به حال حاضر زمين دريافت كرده، در دوران اوليه خورشيد نيز 30 درصد كمتر انرژي دريافت نموده است. اگر دقيقاً بتوانيم بفهميم كه ناهيد چگونه به اين صورت درآمده، ممكن است بتوانيم پيش بيني آب و هوايي طولاني مدت تري را به صورت دقيقتر در مورد زمين انجام دهيم.
مدل سازيهاي انجام شده توسط جيمز كستينگ (James Kasting) ازدانشگاه ايالت پن نشان مي دهد كه گلخانه خشك تقريباً در 3 ميليارد سال در زمين اتفاق خواهد افتاد - دو ميليارد سال پس از آنكه آخرين قطره آب مايع هم تبخير شد. دما در آن زمان دوباره بالا خواهد رفت و به دماي ذوب كننده 400 درجه سانتيگراد (750 درجه فارنهايت) خواهد رسيد.خورسيد در آن زمان فقط 40% درخشانتر از حال حاضر خواهد بود و چند ميليارد سال ديگر براي سوزاندن هيدروژن در پيش رو خواهد داشت.
به تعويق انداختن واقعه اي اجتناب ناپذير
من و فرد آدامز (Fred Adams) از دانشگاه ميشيگان و دان كريكانسكي (Don Korycansky) از دانشگاه كاليفرنيا سانتاكروز در سال 2000 به صورت گروهي طرحي را آماده كرديم تا دماي مطلوب فعلي زمين را در برابر گرماي افزاينده خورشيد در چند ميليارد سال آينده تثبيت نماييم. كليد اين طرح زمان بسيار طولاني است كه در پيش رو داريم. ما نشان داديم كه تنها با مصرف كمي انرژي طي هزاران يا ميليونها سال مي توان جرم بزرگتري از كمربند سياركي و يا كوييپر را به گونه اي مانور داد كه پي در پي گذرهاي نزديكي از زمين و مشتري داشته باشد، به گونه اي كه بخشي از انرژي عظيم مداري مشتري را به زمين منتقل نمايند. چنين گذري در هر 10000 سال كافيست تا مدار زمين را با سرعت كافي به سمت خارج حركت داد تا با درخشندگي افزاينده خورشيد مقابله كند.
اگرچه فناوري لازم براي شروع چنين پروژه اي تقريباً موجود است، اما برنامه ريزي بلند مدت و ثبات انساني بايد به اندازه زيادي در ابعاد مختلف رشد كند. مشكل فقط اين نيست كه يك اشتباه كوچك محاسباتي مي تواند سبب بروز برخورد براي زمين شود. پس از چاپ نتايج اين كار، رسانه ها كاملاً به صورت اشتباه گزارش دادند كه اين طرح مي تواند در كوتاه مدت، گرم شدن جهاني زمين توسط انسانها را به تأخير اندازد. چنين گزارشهايي منجر به نوشته هاي روزنامه ها، ميزگردهاي بي معني تلويزيوني و سيل فراگير نامه ها و تماسهاي خشمگينانه شد. 10 ميليون سال زمان خوبي است تا قبل از شروع صبر كنيم. مسأله اصلي كه بايد در نظر بگيريم آن است كه آيا تمدن در اين مدت دوام خواهد آورد.
اما تحول خورشيد بدون در نظر گرفتن آنچه آيندگان ما انجام خواهند داد سرعت خواهد گرفت. مدلهاي كامپيوتري بسيار بهينه شده و بررسي و رصدهاي دقيق و جزئي از ستاره هاي شبيه خورشيد نشان مي دهد كه سوختن هيدروژن از هسته خورشيد به سمت پوسته خارجي پيش خواهد رفت و اين انتقال سريعتر و سريعتر خواهد شد. توليد انرژي به طرز شگرفي افزايش خواهد يافت و باعث بزرگ شدن لايه هاي خارجي خورشيد خواهد گرديد.
مدلهاي فعلي نشان مي دهد كه خورشيد در 6.36 ميليارد سال بعد 2.2 برابر درخشنده تر از وضعيت فعلي خود خواهد بود و مريخ به اندازه حال حاضر زمين گرما دريافت مي كند. اما اين اتفاق احتنالاً خيلي دير در مريخ رخ مي دهد. جاذبه مريخ آنقدر كم است كه نمي تواند جو گرم قابل ملاحظه اي را نگه دارد تا آنرا به يك منطقه قابل سكونت تبديل نمايد.
referrelative="t" o:spt="75" coordsize="21600,21600" stroked="f" filled="f">
