Zal de Aarde overleven als onze Zon een rode reus wordt?

Rode Reus
Artist impression van een rode reus. (Credit: NASA)

Sinds het begin van de menselijke geschiedenis begrijpen we dat de Zon een centrale rol speelt in het leven zoals we dat kennen. Het belang van de Zon in talloze mythologieën en kosmologische systemen over de gehele wereld heen bewijzen dit. Met het toenemen van onze kennis hebben we geleerd dat de Zon er al veel eerder was dan wij en dat ze er nog lang zal zijn als wij er al niet meer bestaan. Onze Zon is ongeveer 4.5 miljard jaar geleden ontstaan en begon ongeveer 40 miljoen jaar voor het ontstaan van de Aarde aan haar levenscyclus.

De Zon bevindt zich, zoals dat we noemen, op de hoofdreeks. Kernfusie in de kern zorgt voor het ontstaan van licht en energie waardoor wij op Aarde kunnen bestaan. Dit duurt nog ongeveer 4,5 tot 5,5 miljard jaar tot het punt waarop alle waterstof is omgezet in helium en er enkele belangrijke veranderingen zullen gaan plaatsvinden. Aannemende dat de mensheid dan nog steeds de Aarde bewoond wordt het dan de grootste tijd om een ander onderkomen verder weg van de Zon te gaan zoeken.

De geboorte van onze Zon

De belangrijkste theorie over het ontstaan van de Zon en het zonnestelsel is bekend als de neveltheorie die stelt dat de Zon en alle planeten miljarden jaren geleden zijn ontstaan uit een gigantische wolk van moleculair gas en stof. Ongeveer 4,57 miljard jaar geleden is deze wolk onder zijn eigen zwaartekracht ingestort. Mogelijk veroorzaakte een passerende ster of een nabije supernova een schokgolf die het proces startte dat leidde tot het ontstaan van onze Zon.

Protoplanetaire schijf
Jonge sterren worden omringd door een schijf van stof en gas die we een protoplanetaire schijf noemen. Hieruit ontstaan de planeten. (Credit: NASA/JPL)

Dit proces begon nadat gebiedjes van stof en gas begonnen samen te trekken tot dichtere regio’s. Deze regio’s begonnen steeds meer materie aan te trekken waardoor ze op een gegeven moment vanzelf begonnen te roteren waarbij de steeds toenemende druk zorgde voor een toename van de hitte. Het meeste materiaal kwam in een bal in het centrum terecht terwijl de rest van de materie werd afgevlakt in een grote schijf die rond deze bal draaide.

Uit de bal materie in het centrum ontstond uiteindelijk de Zon en uit de schijf van gas en stof die er om heen draaide ontstonden de planeten. Het duurde ongeveer 100.000 jaar waarin de Zon als een protoster ineenstortte voordat de temperatuur en de druk in de kern hoog genoeg waren geworden om spontaan kernfusie op te wekken. Onze Zon startte als een zogenaamde T Tauri ster; een erg actieve ster die een sterke zonnewind wegblies. Na enkele miljoenen jaren kwam de Zon tot rust en nam ze de vorm aan die ze nu heeft.

Hoofdreeks

De afgelopen 4,57 miljard jaar heeft de Zon zich op de hoofdreeks van haar leven bevonden. Deze fase wordt gekenmerkt door het proces waarbij waterstof wordt omgezet helium. Dit proces speelt zich onder zeer hoge druk en hoge temperaturen af in de kern van de Zon. Bij dit proces komen ook gigantische hoeveelheden energie vrij. Iedere seconde wordt er 600 miljoen ton materie omgezet in neutrino’s, straling en ongeveer 4*1027 Watt aan energie!

Dit proces kan natuurlijk niet oneindig doorgaan. In de tijd zal er steeds meer waterstof worden omgezet naar helium en de kern zal beginnen te krimpen. De buitenste lagen van de Zon zullen dichter naar het centrum opschuiven en daardoor een sterkere zwaartekracht ervaren.

Hierdoor zal de druk op de kern toenemen waardoor de snelheid van de kernfusie in de kern zal toenemen. Op dit moment leidt dit proces tot een toename van 1% in helderheid iedere 100 miljoen jaar en een toename van 30% over een periode van de laatste 4,5 miljard jaar.

Over ongeveer 1,1 miljard jaar is de Zon 10% helderder dan nu. Deze toename in helderheid leidt ook tot een toename in de energie die de atmosfeer van de Aarde zal absorberen. Dit zal leiden tot een broeikaseffect dat vergelijkbaar is met wat we nu op Venus waarnemen.

Over 3,5 miljard jaar zal de Zon 40% helderder zijn dan nu. De oceanen zullen gaan koken en de ijskappen zijn volledig verdwenen en alle waterdamp in de atmosfeer zal in de ruimte zijn verdwenen. Onder deze omstandigheden zal leven zoals we dat nu kennen onmogelijk zijn en de Aarde zal zijn veranderd in een hete droge wereld zoals Venus nu al is.

Rode Reus fase

Over 5.4 miljard jaar zal de Zon aan zijn rode reus fase beginnen. Deze fase begint als alle waterstof in de kern op is en het inerte helium dat zich heeft opgebouwd in de kern instabiel wordt en onder zijn eigen gewicht ineenstort. De kern zal weer heter worden en zwaarder waardoor de Zon in grootte zal toenemen.

Men heeft berekend dat de uitdijende Zon groot genoeg zal worden om de banen van Mercurius, Venus en mogelijk ook de Aarde te omvatten. Zelfs al zou de Aarde niet door de Zon worden verzwolgen dan zal de temperatuur er zo hoog zijn geworden dat er onmogelijk nog leven op de planeet kan voorkomen. Echter, astronomen hebben ook onderzocht dat als de Zon expandeert de banen van de planeten mogelijk ook veranderen.

Als de Zon aan zijn laatste fase begint dan zal de Zon als gevolg van zeer sterke stellaire winden enorm veel massa verliezen. Met het toenemen van de diameter zal er massa verdwijnen waarbij de planeten naar buiten spiraliseren. De vraag is dus of de uitdijende Zon de naar buiten spiraliserende planeten kan verzwelgen of dat ze aan de uitdijende Zon kunnen ontsnappen.

Enkele astronomen hebben aan de hand van de huidige modellen over sterevolutie de toekomst van onze Zon uitgerekend.

Volgens dit onderzoek wordt onze Zon over 7,59 miljard jaar een rode reus die dan snel massa gaat verliezen. Op het moment dat de Zon zijn grootste diameter heeft bereikt, ongeveer 256 maal de huidige diameter, zal er nog maar 67% van de oorspronkelijke massa over zijn. Als de Zon begint uit te dijen zal dat heel snel gebeuren. Binnen 5 miljoen jaar zal de Zon door de binnenste delen van het zonnestelsel zijn.

Op dat moment zal de Zon in een relatief korte fase belanden waarin helium omgezet gaat worden. Deze fase duurt slechts 130 miljoen jaar. In deze fase passeert de Zon de baan van Mercurius en Venus. Op het moment dat de baan van de Aarde wordt genaderd verliest de Zon jaarlijks 4,9 * 1027 ton aan materie. Dat komt overeen met 8% van de massa van de Aarde.

Zal de Aarde dit overleven?

Volgens de onderzoekers niet. Zelfs al zou de arde verplaatst worden naar een baan op 1,5 AU dan zal de Zon aan het einde van zijn rode reus stadium de Aarde kunnen verzwelgen. De Zon zou daarna nog eens 0,25 Astronomische Eenheden kunnen groeien en daar een 500.000 jaar over kunnen doen.

Als de Aarde zich eenmaal binnen de atmosfeer van de Zon bevindt komt de planeet in botsing met gasdeeltjes van de Zon. De baan zal steeds kleiner worden en de Aarde zal naar binnen spiraliseren. Zou de Aarde zich op een afstand van 1,15 Astronomische Eenheden bevinden dan zou de planeet het net kunnen overleven.

Het goede nieuws is dat lang voordat de Zon aan zijn rode reus fase begint de bewoonbare zone zoals we die nu kennen ook weg zal zijn. Astronomen schatten dat deze zone over ongeveer 1 miljard jaar voorbij de Aarde zal liggen. De heter wordende Zon zal de oceanen doen verdampen en de sterke straling van de Zon zal de waterstof uit het water verwijderen. De Aarde zal nooit meer oceanen hebben en mogelijk zelfs zo heet worden dat het oppervlak gaat smelten.

Mja, dit klinkt natuurlijk niet echt als goed nieuws maar het geeft wel aan dat de mensheid al lang voordat de Zon gaat uitdijen zal zijn verdwenen van deze planeet.

Een interessant gegeven is natuurlijk wel dat door de veranderende grenzen van de bewoonbare zone het zonnestelsel ook zal gaan veranderen. De Aarde zal zich dan niet meer in de bewoonbare zone bevinden maar andere planeten juist wel. De nieuwe bewoonbare zone zal zich bevinden op een afstand van 49,4 AE tot 71,4 AE. Dit is ver in de Kuipergordel. Dit betekent dat de ijsachtige objecten zullen smelten en dat er vloeibaar water aanwezig zal zijn voorbij de baan van Pluto.

Misschien zal de mensheid zich tegen die tijd hebben gevestigd op Eris, is Pluto de nieuwe Venus en zijn Makemake, Haumea en andere dwergplaneten de nieuwe buiten-planeten.

Vergeleken met de leeftijd van het heelal stelt de aanwezigheid van de mensheid nog steeds niks voor en het zal nog lange tijd een open vraag blijven of het ons zal lukken ons zo lang te handhaven.

Eerste publicatie: 15 mei 2016
Laatste keer bewerkt op: 12 maart 217
Bron: UniverseToday