مستقبل الشمس ونهاية الأرض .....الأدب العلمي العدد الثاني والثلاثون

أ.د. علي حسن موسى

كل شيء في الكون حالة تطور وتغير . وإذا كان مقياس التطور والتغير لعالم الأحياء بالسنين وعشراتها ، فإنه بالنسبة للأجرام الكونية ليس بملايين السنين وإنما بمئاتها وألوفها (بلايين السنين). وما نراه في السماء من نجوم، هي تلك الأقرب إلينا، وذات اللمعان البراق الذي يسمح لنا برؤيتها كنقاط مختلفة الاتساع ساطعة ...

وهي عموماً تمثل عينة صغيرة جداً لما في الكون من نجوم وسواها؛ إذ نرى بنظرة سماوية فاحصة في ليلة ما نحو )2000) نجم، مع إمكانية رؤية نحو ( 6000 ) نجم متميز على مدار السنة  نظراً لأن بعض النجوم تبقى مشاهدة في السماء طوال العام، وبعضها الآخر يغيب لفترة ليظهر بديلاً عنها. وشمسنا واحدة من أسطع وألمع النجوم وأشدها بريقاً وتألقاً كما تبدو للناظر من على سطح الأرض، نظراً لقربها منا. ذلك أنه بمقياس السطوع الفعلي )القدر المطلق للنجم(، فإن سطوع النجم، هو تعبير عن كمية الطاقة التي يطلقها في واحدة الزمن، حيث إن هناك من النجوم ما يفوق الشمس سطوعاً بآلاف المرات  لو اقتربنا منها لنفس مسافة بعد الشمس عنا، إلا أنه نظراً لبعدها الكبير عنا تبدو كنقط لامعة في السماء، وبدرجات لمعان مختلفة هو انعكاس لكمية الطاقة المتحررة منها ولبعدها عنا ؛ فنجم الشعرى اليمانية ( Sirius ) الذي يبعد عنا نحو ( 8.7 ) سنوات ضوئية، ذو سطوع فعلي أكبر من الشمس بنحو( (50 مرة، فبينما السطوع الفعلي للشعري اليمانية نحو 2×2810) واط( فإنه في الشمس يكون بحدود 2610×4) واط(. إلا أن قرب الشمس الكبير منها ) 149،6 مليون كم = 8،3 دقيقة ضوئية( يجعل سطوعها وتألقها هو الأكبر بين نجوم السماء المرئية.

النشأة الأولى للشمس وتطورها :

هناك تساؤلان: في الإجابة عنهما تكمن رؤيانا المستقبلية للشمس، ويمكننا معرفة تاريخ حياة الشمس، لأنه كما يقال: الماضي مفتاح الحاضر وبوابة المستقبل.

أ - تركيب الشمس المخالف لتركيب النجوم أولية النشأة:

فالشمس الحالية تحتوي على نحو ( 2%) من كتلتها عناصر غير أولية التشكل الممثلة في الهيدروجين والهليوم، كما في: الكربون والنتروجين والأوكسجين والنيون، والمغنيزوم والسيلكون والحديد.. بينما نسبة هذه العناصر في النجوم أولية التشكل تقل عن ( %1 )  وهي العناصر التي تشكلت في البيضة الكونية قبل انفجارها الأعظم ) بداية ولادة الكون ( فيما يعرف بالضربة الكبرى( Big Bang )حيث إن العنصرين الأساسيين في تركيب النجوم هما: الهيدروجين ( H) أولاً، ومن ثم الهليوم ( He4 ) ونسبتهما الحالية في الشمس ( 70،6 % هيدروجين، 27،4 % هليوم).

ب-عمر الشمس الحالية :

إذ قدر العلماء عمر الشمس الحالية بنحو ( 5) بلايين سنة، بينما عمر المجرة التي تنتمي إليه الشمس نحو (15 ) بليون سنة. والشمس كنجم أولي، تشكلت مع تشكل النجوم الأولى في مجرتها، وبالآلية نفسها لتشكل النجوم وتطورها وفق مخطط التطور النجمي )مخطط هيرتز سبرنغ -راسل( من سحابة هيدروجين هي ما شكلت مجرة درب التبانة بنجومها وسدمها.. وغيرها.

ويقدر عمر الشمس الأولى بنحو (15) بليون سنة، قضت منها نحو (0.5) بليون سنة في مرحلة التكوين بالتكتل )النجم الرائد(، ومن ثم نحو(0.5)بليون سنة تالية في مرحلة الانكماش والتقلص والتضاغط، مما أدى إلى ارتفاع درجة حرارتها المركزية لتصل في نواتها إلى أكثر من ( 7) ملايين درجة مطلقة )كلْ(، وهي الدرجة الحدية لبدء التفاعلات النووية الاندماجية لذرات الهيدروجين بتشكل الهليوم، وتحرر الطاقة، ولتدخل عندها مرحلة النضج من تطورها )التتابع الرئيسي(، لتمضي فيها نحو عشرة بلايين سنة، متحولاً هيدروجين نواتها إلى هليوم. متعرضة بعد ذلك إلى التمدد والتضخم متجهة نحو العملقة بازدياد\ الضغط خارجياً نحو الأطراف، ليزيد عن الضغوط الناتجة عن التجاذب الثقالي نحو الداخل، متحولة إلى نجم عملاق أحمر. وبنفاذ كامل الوقود الهيدروجيني والهليومي، والكربوني ( C12 ) من النواة، تتقلص النواة وتتسخن كثيراً بالضغط الثقالي متولداً عن ذلك حرارة عالية  تصل في مركزها إلى أكثر من ( 100 ) مليون درجة مطلقة  كافية لإحداث تفاعلات أخرى للكربون ) )C12

وسواه، لإنتاج العناصر الثقيلة والأثقل )نيون، مغنزيوم، أوكسجين، كبريت، سيلكون، حديد( موفرة سلاسل التفاعلات تلك طاقة ضغط خارجية معاكسة لقوة الجذب الثقالي هي ما قادت إلى التضخم والعملقة.

وبينما كانت درجة حرارة نواة الشمس الأولى في عملقتها متوهجة متجاوزة المئة مليون درجة، فإن درجة حرارة الطبقة السطحية انخفضت إلى دون ( 3500 ) درجة مطلقة، وهي درجة غير ملائمة لحدوث أية تفاعلات نووية في الهيدروجين خارج النواة الذي بقي مسيطراً. ونتيجة ما حدث في النواة من تفاعلات أولية ومرحلية متتابعة فإنها تقلصت بشكل كبير ومفاجئ متسببة في انهيار الشمس، وانفجارها الكلي من نوع الانفجار المستعري الأعظم )سوبر نوفا Supernova ) لتترك في مركزها ثقباً أسود، منتشرة موادها بعيداً عن مركز الانفجار بسرعة فاقت (100000) كم/ثا، ومتحولاً جزءاً منها  نحو ثلث كتلتها الأولية إلى نجم جديد، بتكاثفه وتكتله، مدلاً على ذلك وفرة العناصر الثقيلة فيه، وفي الكواكب التي تشكلت منه. ألا وهي الشمس الحالية التي تولدت من الشمس الأولى التي كانت كتلتها أكبر من كتلة الشمس الحالية بنحو ( 3)مرات (1).  

ولقد استغرقت الشمس الأولى في تحولاتها سابقة الذكر من خروجها من التتابع الرئيسي وحتى انهيارها نحو بليون سنة، وهذا ما جرى عموماً  حسب التقديرات  قبل نحو ستة بلايين سنة.

الشمس الحالية :

إن الشمس الحالية في مرحلة التتابع الرئيسي من تطورها، وفي متوسط عمرها. حيث يقدر العلماء العمر الحالي للشمس بنحو ( 5) بلايين سنة، استغرقت منها نحو ( 0.3 ) بليون سنة بتجمع وتكتل موادها متحولة إلى نجم رائد ومن ثم إلى مرحلة النضج.

وتتألف الشمس حالياً من ثلاث طبقات رئيسية، هي النواة ( Core ) بنصف قطر نحو ( 200 ) ألف كم ودرجة حرارة نحو ( 20 ) مليون درجة مطلقة، وهي المولد الشمسي ومنطقة التفاعلات النووية للهيدروجين ومن ثم الهليوم، ومنها تنطلق الطاقة الأولية بصورة أشعة غاما، وطبقة الاشعاع (Radiation zone)ذات السماكة نحو(325 ) ألف كم، والتي تتشكل فيها كافة أنواع الطيف الاشعاعي الشمسي، ويليها طبقة الحملان ( Convection Zone ) ذات السماكة نحو ( 150 ) ألف كم، التي هي بمثابة وسيط لنقل الطاقة من طبقة الاشعاع التي دونها إلى سطح الشمس الذي يدعى بالطبقة الضوئية ( Photosphere ) ذي السماكة نحو ( 500) كم، ودرجة الحرارة الوسطى نحو ( 6000 ) درجة مطلقة، والنسيج الحبيبي لشدة الاضطرابات فيه )بقع شمسية، أوهاج، لطخ، فتائل شمسية..الخ(، والمغلف بالجو الشمسي المكون من طبقتي الكروموسفير )الملونة( والكورونا )الطبقة التاجية(.

ولقد استهلكت الشمس من الهيدروجين نواتها نحو ( 35% ) متحولاً إلى هليوم الذي ارتفعت نسبته في النواة من ) 25% )عند تشكل الشمس الحالية إلى نحو ( 65% ) الآن، مقابل انخفاض نسبة الهيدروجين، وليبقى الهيدروجين مسيطراً على الطبقات خارج النواة بنسبة تتجاوز(90% ) واستناداً إلى تصورات الفلكيين، ولاسيما )مارتن شفارشيلد ،M.Shafarsheld وآلان سانديغ A.Sandag )فإن الشمس الحالية، إذا استطاعت الاستمرار في استهلاك ما يقارب من ( 650 ) مليون طن من الهيدروجين في الثانية  وهو معدل استهلاكها الحالي ، بما يكافئ نحو(50) تريليون طن في اليوم، فإنها ستبقى تشتعل لفترة أخرى طولها نحو ( 50 ) ألف مليون سنة أو أكثر، باعتبار أن كتلة الشمس الحالية تبلغ نحو ( 2710×2 ) طن.

غير أن الذي سيحدث لسوء الحظ في وقت قصير نسبياً بالمقاييس الكونية، هو أن ارتفاع درجة الحرارة المتزايد التي ينشأ عن مجرد تكدس الرماد الهليومي  الناتج عن احتراق الهيدروجين  في نواة الشمس سيشعل نار عمليات نووية أخرى )تفاعلات الكربون 12 وما يليه من نواتج تلك التفاعلات( إلى جانب عملية الالتحام، مما سيجعل الشمس تأخذ في استهلاك وقودها بسرعة أكبر بكثير من السرعة الحالية، وستزداد كمية الطاقة المنطلقة منها، وخلال (5) بلايين سنة من الآن سوف يبدأ حلول هذه السرعة وستأخذ الشمس بالانتفاخ. وسيؤدي هذا التمدد إلى تبريد سطحها الذي سيصبح لونه برتقالياً في البداية  عند درجة حرارة سطحية نحو (4500كلْ)-ثم يتحول إلى أحمر  عند درجة حرارة سطحية أقل من 3500)كل ( -. ولكن إنتاجها الكلي من الطاقة سوف يزداد.

وفي خلال قرابة بليون سنة 1000) مليون سنة( لاحقاً  بعد خروج الشمس  من التتابع الرئيسي متجهة نحو العملقة الحمراء ، سيرتفع معدل درجة حرارة الأرض إلى نحو ( 5000 )درجة مئوية، وستغلي عندها مياه المحيطات وتتبخر، وسيذوب الرصاص. غير أن تدفق الحرارة والطاقة بهذه الغزارة سيكون أضخم من أن يستمر طويلاً، لذلك فإن الشمس ستبدأ بعد حوالي بليوني سنة  من خروجها من التتابع الرئيسي  في الانكماش من جديد. وسيؤول حالها إلى اضمحلالها النهائي إلى أن تصبح قزماً أبيض. ثم تفقد حرارتها وتتبرد. وبعد نحو ) 50 ( بليون سنة ستكون قد استحالت إلى جسم أسود )قزم أسود(، مثله في انعدام الحرارة مثل الفضاء الفارغ الذي يحيط به.

وإذا ما أردنا معرفة الفاقد من كتلة الشمس خلال مسيرتها التطورية، منذ تشكلها وحتى يومنا الحالي، والمتحول بالطبع إلى طاقة تحررت منها خارجاً، فيمكن ذلك من خلال تقديرات العلماء لذلك. حيث يقدر أن الشمس تخسر نحو ( 4) ملايين طن من كتلتها في الثانية الواحدة، بما يكافئ نحو ( 1.3 ) بليون طن في السنة. وهذا يعني، أن الشمس فقدت خلال الخمسة بلايين سنة المنقضية من عمرها نحو(1.3 ×1210)طن. ولن ينقضي عمرها المقدر لها بعد خمسة بلايين سنة أخرى، أو أكثر، إلا وتكون قد خسرت نحو ثلثي كتلتها الأولية، ولتكون عندئذ قد تحولت إلى المرحلة القزمية )قزم أبيض، ومن ثم قزم أسود(.

مستقبل الأرض والكواكب الأخرى من الشمس :

لقد أنفقت الشمس من عمرها نحو خمسة بلايين سنة في مرحلة التتابع الرئيسي، ولا يزال باق من عمرها نحو ستة بلايين سنة أخرى قبل أن تعاني من تغيرات بنيوية رئيسية، حيث ستصل الشمس إلى نقطة حدية في تحويلها للهيدروجين إلى هليوم في نواتها المركزية. وهذا ما سيترتب عليه، أن الحياة على الأرض، ستعاني من هذه التغيرات. حيث سيبدأ بعد نحو بليون سنة من الآن، أو احتمال أبكر من ذلك، أن تأخذ القبعات الجليدية القطبية بالذوبان والتلاشي، وستبدأ مياه المحيطات بالتبخر، مما يحول الأرض إلى بيئة غير صالحة للحياة. لأن بعض العلماء يتوقعون ازدياداً في الطاقة الشمسية الواردة، وبالتالي زيادة في درجة حرارة الأرض بنحو(20-50مْ) مع ازدياد في شدة الرياح الشمسية والعواصف الشمسية القاتلة. ويرى بعض العلماء، أن الشمس منذ نحو ( 5 ) بلايين سنة، في بداية بلوغها مرحلة النضج، كانت إضاءتها أقل مما هي عليه اليوم بنحو ( 70 %) ولمعانها أقل بنحو (2.2) مرة. ولكن إضاءتها ستزداد بمقدار ( 10% ) فأكثر عما هي عليه حالياً بعد نحو (1.1)  بليون سنة من الآن، ولتغدو أكبر بمقدار (1.4) مرة من قيمتها الحالية بعد نحو (3.5) بليون سنة مقارنة بالآن.

وعلى ضوء ما تقدم، فإن الأرض ستعاني بعد نحو (1.1) بليون سنة من تأثير البيت الزجاجي الرطب، نتيجة لتبخر كميات كبيرة من مياه المحيطات، حيث سيتزايد الوارد الشمسي بشكل كبير، مما يعمل على رفع درجة الحرارة المتوسطة للأرض لتصبح أكثر من (80مْ) مما لا يمكن احتمالها سوى من قبل البكتريات اللاهوائية المحبة للحرارة (Thermophilic Bacteria).

وبعد نحو (3.5) بلايين سنة، سيصبح فعل البيت الزجاجي مشابهاً لما هو في كوكب الزهرة.

وستتحول الشمس بعد نحو (6.5) بلايين سنة إلى نجم عملاق أحمر، وسيغدو سطوعها أكبر بنحو ( 2300 ) مرة عما هو عليه الآن،

وسيتضخم حجمها ليصبح أكبر بنحو ( 150 ) مرة من الآن، وستفقد عندئذ نحو ( 27% ) من كتلتها، وستبلغ كوكب عطارد الذي سيحرق ويدمر. وستخسر الأرض  كما الزهرة  جوها في تلك الفترة.

وإذا ما أصبح حجم الشمس أكبر من حجمها الحالي بنحو ( 213 ) مرة، وانخفضت وإذا ما أصبح حجم الشمس أكبر من حجمها الحالي بنحو ( 213 ) مرة، وانخفضت كتلتها إلى نحو ( 60 %) من كتلتها الحالية، فإنها ستمتد حتى مدارات بعض الكوكب وستنساح مدارات الكواكب مبتعدة عن مداراتها الحالية؛ فالزهرة سيغدو أبعد من موقعه الحالي من الشمس بنحو (1.22) مرة  حيث الأرض الآن. وستتحرك الأرض مبتعدة عن مدارها الحالي بنحو  (1.7) مرة متجاوزة مدار المريخ الحالي. وهكذا الحال في الكواكب الأخرى التي ستبتعد أكثر من مرة من بعدها الحالي عن الشمس.

وسيطول تأثير الشمس الكواكب الأخرى، بشكل بارز، بدءاً من البليون سنة التالية، وبخاصة بعد اتجاهها نحو مرحلة العملقة، حيث ستنساح الكواكب كافة بعيد عن مداراتها الحالية، وسترتفع درجة حرارتها بما يزيد على عشرة درجات أكثر مما هو الآن، كما في المريخ الذي سيتعرض لمزيد من الوارد الإشعاعي الذي يرفع درجة حرارته نحو ) 15-20(فوق معدلها الحالي، وستزداد سماكة غلافه الجوي، وسيغدو أكثر ملاءمة للحياة.

وتشير بعض الدراسات في هذا المنحنى، على حدوث نشاط لاحق في حركة الكويكبات في حزامها الكائن بين مداري المريخ والمشتري، وسيزداد عدد النيازك التي ستضرب المريخ والأرض بشكل غير مألوف عدداً وحجماً. كما أن بعض الكويكبات بتصادمها مع بعضها ستخرج عن مدارها لتصطدم بالأرض  كما المريخ  مؤدية إلى تدمير للحياة فيها. كما يكثر تعرض الكواكب للضربات المذنبية وهذا كله سيفاقم المشكلات الأرضية، بما ينجم عنها من زلازل وبراكين وارتفاع في مستوى البحار ...إلخ.

الخاتمة :

مما استعرضناه سابقاً، فيما يخص الشمس في جيلها الأول والثاني، مما يمكن أن يساق على معظم النجوم في المجرات، كون تلك النجوم تتبع جميعها المسار التطوري ذاته بمخطط التطور النجمي لسبرنغ وراسل، مع  إمكانية بعض النجوم أن تجدد حياتها عدة مرات، كما في النجوم ذات الكتل الكبيرة. وتبقى النجوم المتبوعة بكواكب وسواها الدائرة في أفلاكها هي الأهم والأكثر توجهاً نحوها لمعرفة التغيرات التي تعتريها عبر مسيرتها التطورية، وبخاصة الكواكب الحياتية. وهذا ما لاحظناه في عرضنا للشمس السابقة والحالية، والتي وجدنا أن التغيرات التي تنجم عنها في أجواء الكواكب ومداراتها، ومناخها  بخاصة الارتفاع الحراري الذي يفوق مما لا يقارن الارتفاع الذي ينتج عن ظاهرة الاحتباس الحرارة التي شغلت العالم بما خُصص لها من مؤتمرات وندوات . وهذا ما يفترض أن يتم إيلاء الشمس وتغيراتها وما ينتج عن ذلك الاهتمام اللازم عالمياً.

ويجدر بنا أن ننوه، إلى أن الأماد الزمنية الطويلة المشار إليها لحدوث التغيرات الجوهرية في الشمس ونتائجها على الأرض وسواها، والتي تبدأ من بليون سنة قادم فأكثر وحتى ستة بلايين، ليست محققة بالمطلق. فهي تدخل في باب الاحتمالات. وما هي سوى عبارة عن استنتاجات علمية لمسار التطور للنجوم وسواها، مما لا يجوز تجاهله، لما للشمس من قوة تأثير فعالة في حال حدوث أية تغير فيها، وهذا ما نلاحظه من خلال مظاهر النشاط والاضطرابات في سطحها مما تتعرض له الأرض من عواصف شمسية وسواها، وبما تمارسه البقع الشمسية من تأثيرات على مناخها.

ملحق الشمس بالأرقام

-بعد الأرض الوسطي عن الشمس =149.6 مليون كم.

-بعد الشمس عن مركز المجرة = 25 ألف سنة ضوئية.

- السرعة المدارية حول مركز المجرة = 220 كم/ ثا.

- مدة الدورة الواحدة حول مركز المجرة =225 مليون سنة.

الكثافة= 1.409 كثافة الماء.

الكتلة= 2710 ×2 طن.

 الجاذبية السطحية 27.9= جاذبية الأرض.

 سرعة الافلات= 617.5 كم/ثا.

 القدر الظاهري=- 26.8 .

 القدر المطلق + 4,83 =.

 الطيف=.G2

درجة حرارة السطح =6000كل .

 درجة حرارة المركز= 20 مليون درجة.

 مدة الدورة المحورية عند خط الاستواء =25.4 يوم.

مدة الدورة المحورية عند القطبين= 34 يوم.

 القطر الاستوائي= 1.392.000 كم.

 السنة الضوئية= 9.6 تريليونات كم.

الهوامش :

(1)إن مصير ما تبقى من كتلة الشمس الأولى؛ تحول نحو ( 50 %) إلى طاقة، و اندفاع نحو ( 15 %) بالانفجار الأعظمي الذي أصابها إلى الفضاء الكوني بعيداً عن قوة الجذب للكتلة الشمسية المتبقية.

المراجع :

1 توماس. ت. آرني «استكشاف ومقدمة في علم الفلك ». ترجمة: أحمد محمود الحصري، سعيد محمد الأسعد، دار طلاس، دمشق، 1998 .

2 علي حسن موسى «الجغرافية الفلكية ». جامعة دمشق، 2003 .

3  علي حسن موسى «علم الفلك بين السائل والمجيب ». دمشق، 2005 .

4- Moore, p “Atlas Of the Universe”.Philip’s , London, 2005.

5- Odenwald, S. F “The Astronomy Café”.Freeman & Company, New

York,1998

6- Ridpath, I “Stars and planets”. Hamlyn, London, 1978.

7- Sagan, G “Cosms”. New York” 1980.

مجلة الأدب العلمي العدد الثاني والثلاثون  ظواهر وخفايا