Desde el comienzo de la historia humana, la gente ha entendido que el Sol es una parte central de la vida tal como la conocemos. La importancia de innumerables sistemas mitológicos y cosmológicos en todo el mundo es un testimonio de esto. Pero a medida que nuestra comprensión maduró, descubrimos que el Sol estaba aquí mucho antes que nosotros, y lo estará mucho después de que nos hayamos ido. Habiéndose formado aproximadamente 4,6 lingotes hace años, nuestro Sol comenzó su vida aproximadamente 40 millones de años antes de que se formara nuestra Tierra.
Desde entonces, el Sol ha estado en lo que se conoce como su Secuencia Principal, donde la fusión nuclear en su núcleo hace que emita energía y luz, manteniéndonos aquí en la Tierra nutridos. Esto durará otros 4.5 - 5.5 mil millones de años, momento en el que agotará su suministro de hidrógeno y helio y pasará por algunos cambios serios. Asumiendo que la humanidad todavía está viva y llama a la Tierra hogar en este momento, ¡podemos considerar salir del camino!
El nacimiento de nuestro sol:
La teoría predominante sobre cómo se formó nuestro Sol y Sistema Solar se conoce como Teoría Nebular, que establece que el Sol y todos los planetas comenzaron hace miles de millones de años como una nube gigante de gas y polvo molecular. Luego, hace aproximadamente 4.570 millones de años, esta nube experimentó un colapso gravitacional en su centro, donde cualquier cosa, desde una estrella que pasa hasta una onda de choque causada por una supernova, desencadenó el proceso que condujo al nacimiento de nuestro Sol.
Básicamente, esto ocurrió después de que bolsas de polvo y gas comenzaron a acumularse en regiones más densas. A medida que estas regiones atraían más y más materia, la conservación del impulso hizo que comenzaran a girar, mientras que el aumento de la presión hizo que se calentaran. La mayor parte del material terminó en una bola en el centro, mientras que el resto del material se aplanó en un gran disco que lo rodeaba.
La bola en el centro eventualmente formaría el Sol, mientras que el disco de material formaría los planetas. Luego, el Sol pasó los siguientes 100,000 años como una estrella de colapso antes de que la temperatura y las presiones en el interior encendieran la fusión en su núcleo. El Sol comenzó como una estrella T Tauri, una estrella tremendamente activa que lanzó un intenso viento solar. Y solo unos pocos millones de años después, se estableció en su forma actual.
Secuencia principal:
Durante los últimos 4.570 millones de años (más o menos un día o dos), el Sol ha estado en la secuencia principal de su vida. Esto se caracteriza por el proceso donde el combustible de hidrógeno, bajo una presión y temperaturas tremendas en su núcleo, se convierte en helio. Además de cambiar las propiedades de su materia constituyente, este proceso también produce una tremenda cantidad de energía. En total, cada segundo, 600 millones de toneladas de materia se convierten en neutrinos, radiación solar y aproximadamente 4 x 1027 Vatios de energía.
Naturalmente, este proceso no puede durar para siempre, ya que depende de la presencia de materia que se consume regularmente. A medida que pasa el tiempo y se convierte más hidrógeno en helio, el núcleo continuará reduciéndose, permitiendo que las capas externas del Sol se acerquen al centro y experimenten una fuerza gravitacional más fuerte.
Esto ejercerá más presión sobre el núcleo, que es resistido por un aumento resultante en la velocidad a la que ocurre la fusión. Básicamente, esto significa que a medida que el Sol continúa gastando hidrógeno en su núcleo, el proceso de fusión se acelera y aumenta la salida del Sol. En la actualidad, esto está llevando a un aumento del 1% en la luminosidad cada 100 millones de años, y un aumento del 30% en el transcurso de los últimos 4.500 millones de años.
Aproximadamente 1.100 millones de años a partir de ahora, el Sol será un 10% más brillante de lo que es hoy. Este aumento en la luminosidad también significará un aumento en la energía térmica, que la atmósfera de la Tierra absorberá. Esto desencadenará un efecto invernadero desbocado que es similar a lo que convirtió a Venus en el terrible invernadero que es hoy.
En 3.500 millones de años, el Sol será un 40% más brillante de lo que es ahora, lo que hará que los océanos hiervan, las capas de hielo se derritan permanentemente y todo el vapor de agua en la atmósfera se pierda en el espacio. En estas condiciones, la vida tal como la conocemos será incapaz de sobrevivir en cualquier lugar de la superficie, y el planeta Tierra se transformará por completo en otro mundo cálido y seco, como Venus.
Fase gigante roja:
En 5.400 millones de años a partir de ahora, el Sol entrará en lo que se conoce como la fase del Gigante Rojo de su evolución. Esto comenzará una vez que todo el hidrógeno se haya agotado en el núcleo y la ceniza de helio inerte que se ha acumulado allí se vuelva inestable y se colapse por su propio peso. Esto hará que el núcleo se caliente y se vuelva más denso, haciendo que el Sol crezca en tamaño.
Se calcula que el Sol en expansión crecerá lo suficiente como para abarcar la órbita de Mercurio, Venus y tal vez incluso la Tierra. Incluso si la Tierra sobreviviera siendo consumida, su nueva proximidad al intenso calor de este sol rojo quemaría nuestro planeta y haría completamente imposible que la vida sobreviva. Sin embargo, los astrónomos han notado que a medida que el Sol se expande, es probable que la órbita del planeta también cambie.
Cuando el Sol alcanza esta etapa tardía en su evolución estelar, perderá una tremenda cantidad de masa a través de poderosos vientos estelares. Básicamente, a medida que crece, pierde masa, lo que hace que los planetas salgan en espiral. Entonces, la pregunta es, ¿el Sol en expansión superará a los planetas en espiral hacia afuera, o la Tierra (y tal vez incluso Venus) escaparán de su alcance?
K.-P Schroder y Robert Cannon Smith son dos investigadores que han abordado esta misma pregunta. En un trabajo de investigación titulado "Futuro distante del sol y la tierra revisado"Que apareció en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, realizaron los cálculos con los modelos más actuales de evolución estelar.
Según Schroder y Smith, cuando el Sol se convierta en una estrella gigante roja en 7.59 mil millones de años, comenzará a perder masa rápidamente. Para cuando alcance su radio más grande, 256 veces su tamaño actual, se reducirá a solo el 67% de su masa actual. Cuando el Sol comience a expandirse, lo hará rápidamente, barriendo el Sistema Solar interno en solo 5 millones de años.
Luego entrará en su fase de combustión de helio relativamente breve (130 millones de años), en cuyo punto, se expandirá más allá de la órbita de Mercurio, y luego Venus. Para cuando se acerque a la Tierra, perderá 4.9 x 1020 toneladas de masa cada año (8% de la masa de la Tierra).
¿Pero sobrevivirá la tierra ?:
Ahora aquí es donde las cosas se convierten en una situación de "buenas noticias / malas noticias". La mala noticia, según Schroder y Smith, es que la Tierra NO sobrevivirá a la expansión del Sol. Aunque la Tierra podría expandirse a una órbita un 50% más distante que donde está hoy (1.5 UA), no tendrá la oportunidad. El Sol en expansión envolverá a la Tierra justo antes de que llegue a la punta de la fase gigante roja, y el Sol todavía tendría otras 0.25 UA y 500,000 años para crecer.
Una vez dentro de la atmósfera del Sol, la Tierra colisionará con partículas de gas. Su órbita decaerá, y girará en espiral hacia adentro. Si la Tierra estuviera un poco más alejada del Sol en este momento, a 1.15 UA, podría sobrevivir a la fase de expansión. Si pudiéramos empujar nuestro planeta a esta distancia, también estaríamos en el negocio. Sin embargo, tal conversación es completamente especulativa y en el ámbito de la ciencia ficción en este momento.
Y ahora por las buenas noticias. Mucho antes de que nuestro Sol entre en su fase de Gigante Rojo, su zona habitable (como la conocemos) habrá desaparecido. Los astrónomos estiman que esta zona se expandirá más allá de la órbita de la Tierra en aproximadamente mil millones de años. El calentamiento del Sol evaporará los océanos de la Tierra, y luego la radiación solar eliminará el hidrógeno del agua. La Tierra nunca volverá a tener océanos, y eventualmente se fundirá.
Sí, esas son las buenas noticias ... más o menos. Pero lo bueno de esto es que podemos decir con confianza que la humanidad se verá obligada a abandonar el nido mucho antes de que sea absorbido por el Sol. Y dado el hecho de que estamos lidiando con líneas de tiempo que van mucho más allá de lo que realmente podemos enfrentar, ni siquiera podemos estar seguros de que algún otro evento cataclísmico no nos reclame antes, o que no nos hayamos movido mucho más allá de nuestra actual fase evolutiva
Un beneficio secundario interesante será cómo los límites cambiantes de la zona habitable de nuestro Sol también cambiarán el Sistema Solar. Mientras que la Tierra, con solo 1,5 UA, ya no estará dentro de la zona habitable del Sol, gran parte del Sistema Solar exterior sí lo estará. Esta nueva zona habitable se extenderá de 49.4 UA a 71.4 UA, bien dentro del Cinturón de Kuiper, lo que significa que los mundos anteriormente helados se derretirán y el agua líquida estará presente más allá de la órbita de Plutón.
Quizás Eris será nuestro nuevo mundo natal, el planeta enano de Plutón será la nueva Venus, y Haumeau, Makemake, y el resto será el "Sistema Solar" externo. Pero lo que quizás sea más fascinante de todo esto es cómo los humanos incluso se sienten tentados a preguntar "¿seguirá estando aquí en el futuro" en primer lugar, especialmente cuando ese futuro es de miles de millones de años a partir de ahora?
De alguna manera, los temas de lo que vino antes que nosotros, y lo que estará aquí cuando nos vayamos, continúan fascinándonos. Y cuando se trata de cosas como nuestro Sol, la Tierra y el Universo conocido, se vuelve francamente necesario. Nuestra existencia hasta ahora ha sido un destello en la sartén en comparación con el cosmos, y cuánto tiempo resistiremos sigue siendo una pregunta abierta.
Hemos escrito muchos artículos interesantes sobre el Sol aquí en la revista Space. A continuación, ¿de qué color es el sol ?, ¿qué clase de estrella es el sol ?, ¿cómo produce energía el sol ?, y ¿podríamos terraformar el sol?
Astronomy Cast también tiene algunos episodios interesantes sobre el tema. Échales un vistazo- Episodio 30: El sol, manchas y todo, Episodio 108: La vida del sol, Episodio 238: Actividad solar.
Para obtener más información, consulte la Guía del sistema solar de la NASA.
