خورشید چه زمان می میرد؟

خورشید زمانی خواهد مرد، اما آن لحظه ای است در میلیاردها سال بعد.

خورشید انرژی لازم برای حیات بر روی زمین را تامین می کند و بدون این ستاره ما وجود نخواهیم داشت. اما حتی ستارگان نیز عمر محدودی دارند و روزی خواهند مرد. اما جای نگرانی نیست. این واقعه حدود 5 میلیارد سال بعد اتفاق خواهد افتاد.

خورشید چه زمانی خواهد مرد؟

زمان حدود 5 میلیارد سال بعد ذخیره سوخت هیدروژن خود را به اتمام رسانده و خواهد مرد. در انتها خورشید به یک کوتوله سفید تبدیل می شود. یک کوتوله سفید عملا یک ستاره مرده است که تمام سوخت هسته ای قابل همجوشی خود را سوزانده است. یک کوتوله سفید به آرامی سردتر و سردتر می شود. این سرنوشت نهایی ستاره‌ای با جرم متوسط مانند خورشید است.

گرچه خورشید حجمی بیش از یک میلیون برابر زمین دارد، یک کوتوله سفید تقریبا به اندازه زمین است. بیشتر کوتوله های سفید از حالت فوق چگالی از ماده به نام ماده تبهگن الکترونی ساخته شده اند. در این حالت تمامی الکترونها در پایین ترین وضعیت انرژی خود هستند.

خورشید ما به عنوان یک کوتوله سفید دارای هسته یا از کربن و اکسیژن خواهد بود که باقیمانده های ناشی هز همجوشی هلیوم هستند. لایه بیرونی این کوتوله سفید شامل لایه نازکی از هیدروژن دست نخورده خواهد بود. برخی کوتوله های سفید دارای این لایه هیدروژن بیرونی نیستند زیرا سوختن هسته یا در طی فرایند تکامل آنها کامل بوده است.

برای زمین در هنگام مرگ خورشید چه اتفاقی می افتد؟

در زمان مرگ خورشید، زمین احتمالا وجود نخواهد داشت. خورشید قبل از تبدیل شدن به کوتوله سفید به آرامی انبساط می یابد. حدود 5 میلیارد سال بعد، خورشید وارد مرحله غول قرمز می شود. در طی این مرحله، خورشید هیدروژن هسته خود را به اتمام رسانده و هیدروژن موجود در لایه اطراف هسته داخلی خود را می سوزاند.

تولید انرژی در لایه های بیرونی بطور قابل ملاحظه ای افزایش یافته و ستاره شروع به گسترش می کند، تا اینکه حدود 200 بار بزرگتر شده و به حالت تعادل جدیدی می رسد. در این مرحله خورشید به حداکثر اندازه خود رسیده و زمین را خواهد بلعید.

در نقطه ای از رسیدن خورشید به اندازه بیشینه خود سوزاندن هلیوم در مرکز آن شروع می شود. همجوشی هلیوم همراه با ضربان های حرارتی است که جرم زیادی از خورشید را به بیرون پرتاب می کنند.

هم اکنون نیز زمین بتدریج آب خود را از دست می دهد. تابش فوق بنفش و بادهای خورشیدی بخار آب لایه های فوقانی جو را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می کنند. داده هیا ماهواره ای نشان می دهند هم اکنون زمین لایه رو به گسترشی هیدروژن در اتمسفر بیرونی خود دارد. بتدریج با افزایش تابندگی خورشید در طی یک میلیارد سال آینده زمین تمامی آب و اقیانوس های خود را از دست داده وو به سیاره مرده یا مانند مریخ تبدیل خواهد شد.

برای سایر سیارات دستگاه خورشیدی چه اتفاقی خواهد افتاد؟

از دست دادن رو به تصاعد جرم خورشید در مراحل پایانی تکامل آن، لایه های بیرونی اتمسفر مشتری، زحل، اورانوس و نپتون را از بین خواهد برد. ممکن است اجرام فوق داغ پرتاب شده که به شکل سحابی های سیاره ای در خواهند آمد بیشتر جرم این غولهای گازی را از بین ببرند بطوری که تنها اشباحی از آنها باقی بماند.

آیا ممکن است پس از مرگ خورشید دستگاه خورشیدی جدیدی شکل گیرد؟

ماده به بیرون پرتاب شده از خورشید و سیارات دیگر فضای میان ستاره ای را با عناصر سنگین مانند کربن، نیتروژن، اکسیژن، باریم، روی و لانتانوم غنا خواهد بخشید.

ابرهایی از این مواد به علاوه مواد ناشی از ستارگان دیگر می تواند ابرهای چگالی را شکل داده و در نهایت به شکل نسل جدیدی از ستارگان نو متراکم شود.

انسان چگونه منقرض خواهد شد؟

منظره ای در برابر دیدگان باز می شود از یک چشم انداز خاکستری رنگ، تک درختی در پس زمینه، خاکسترهایی که آهسته از آسمان فرو می ریزند. در افق تصاویر مبهمی دیده می شود که بسوی آینده ای تاریک تلوتلوخوران پیش می روند. اگر این منظره آشنا بنظر می رسد بدین سبب است که یک استعاره متداول در بسیاری از فیلم های سینمایی است که دوران پس از یک فاجعه عظیم بشری را به تصویر می کشند. معمولا این فیلم ها داستان یک فاجعه را بیان می کنند – شاید برخورد یک سیارک، یا یک جنگ هسته ای – که موجب نابودی نوع انسان می شود و بدنبال آن تلاش بی وقفه انسانهای باقیمانده برای نجات گونه خود از انقراض.

چنین فیلم هایی تخیل عمومی را به خود جلب می کنند. اما چه می شود اگر انقراض نوع انسان نه یک نمایشنامه سینمایی بلکه حقیقتی در حال ظهور باشد؟ ممکن است یک پرسش احساسی بنظر رسد اما در حقیقت پژوهشگران بسیاری در سراسر دنیا با تصور امکان یک انقراض جمعی دست و پنجه نرم می کنند، و اینکه چگونه می توان از آن اجتناب کرد.

کار این پژوهشگران آسان نیست. نظریات متعددی درباره انقراض انسان و دلایل آن وجود دارند – از تهاجم بیگانگان فضایی گرفته تا برخورد یک سیارک بزرگ. اما یک توافق جمعی وجود دارد که برخی مخاطرات ممکن تر از دیکران هستند. پژوهشگران نامی برای این ریسک ها دارند: مخاطرات موجودیت شناختی (اگزیستانسیال). آنچه در ادامه می آید تنها برخی از این مخاطرات هستند که بیش از سایرین اندیشه پژوهشگران را به خود مشغول کرده اند.

جنگ هسته ای

یک جنگ هسته ای تمام عیار می تواند بزرگترین ریسک برای بقای انسان باشد. آسیب پذیری ما در برابر این تهدید با افزایش اورانیوم بسیار غنی شده و افزایش تنش میان ملت ها رشد خواهد کرد.

همانند سایر مخاطرات موجودیت شناختی، تخمین های دقیقی در مورد میزان جمعیت انسانی که ممکن است در اثر آتش جنگ هسته ای فراگیر از میان روند موجود نیست. اما انتظار می رود که اثرات یک زمستان هسته ای بزرگ مقیاس – دوره ای از سرمای منجمد کننده و کاهش فوق العاده تولید محصولات غذایی که بدنبال جنگ خواهد آمد و نتیجه غبار هسته ای است که مانع رسیدن نور خورشید به زمین می شود، بسیار عمیق باشد. بسیاری از مدلسازی ها به نتایج دلهره آوری در این زمینه رسیده اند. جنگ هسته ای می تواند به مرگ انبوهی از انسانها منجر شود ولی انقراض کلی بشر در اثر آن نامحتمل بنظر می رسد.

پاندمی ها

استفاده نادرست از زیست فناوری می تواند خطر موجودیت سناختی دیگری باشد که پژوهشگران را دچار کابوس های شبانه ساخته است. زیست فناوری نوعی فناوری است که از زیست شناسی برای ساخت محصولات جدید استفاده می کند. عوامل بیماری زای ساخته شده توسط انسان می توانند برای جمعیت انسانی بسیار خطرناک باشند. عوامل بیماریزای مصنوعی می‌توانند از انواع طبیعی بسیار خطرناکتر بوده و بخش بزرگی از جمعیت روی کره زمین را به دیار عدم بفرستند. اما پیشرفت های مداوم علم پزشکی امکان ابداع سریع داروهای پادتن برای عوامل بیماری زای جدید و حفظ جان جمعیت های بزرگی از انسانها را بالا برده است.

تغییرات اقلیمی

به سختی می توان تغییرات اقلیمی را از فهرست مخاطرات بزرگ متوجه بشریت حذف کرد. این پدیده تا به حال باعث کاهش و انقراض گونه های بسیاری در سراسر سیاره خاکی شده است. آیا تغییرات اقلیمی می تواند انسان را نیز به این سرنوشت شوم سوق دهد؟

عوامل همراه تغییرات اقلیمی – ناامنی غذایی، کمبود آب و رویدادهای شدید جوی – در مقیاس های منطقه ای به تهدیدی بزرگ برای انسان تبدیل شده اند. اما با نگاه به آینده می توان دید تغییرات اقلیمی عامل تشدید بسیاری از تهدیدهای متوجه بقای انسان است.

بنظر نمی رسد تنها یکی از عوامل گفته شده موجب انقراض انسان شوند. بلکه تاثیرات تشدید کننده و متقابل آنها است که می تواند در آینده انسان را به لبه نابودی سوق دهد. نکته مهم این است که بیشتر عوامل تهدید کننده موجودیت انسان خودساخته هستند و توسط خود انسان ایجاد شده اند. تجربه تمدن های فروپاشیده باستان نشان داده است که علیرغم سترگ بودن تهدیدات موجود، نوع بشر هیچگاه تا این حد برای حفاظت از خود مجهز به دانش و فناوری نبوده است.

منبع اصلی مورد استفاده: Live Science

گرانش کوانتومی، تلاشی برای پیوند فیزیک کوانتومی با نسبیت عام

فیزیک کوانتومی بهترین توصیف از عالم در مقیاسی کوچکتر از اتم است. از سوی دیگر نظریه نسبیت عام اینشتاین بهترین توصیف فیزیکی برای عالم در مقیاس های بزرگ کیهانی است. هر دو نظریه به مدت صد سال از بوته هر آزمون عملی پیروز بیرون آمده اند لیکن چیزی بطرزی عذاب آور در این میانه گم و نامکشوف باقی مانده است.

این دو نظریه که در شروع قرن بیستم تدوین شده و بسیار درست و پابرجا بنظر می رسند، از اتحاد با یکدیگر سرپیچی کرده اند.

یکی از دلایل این تناقض این است که در حالی که سه تا از نیروهای بنیادی عالم – الکترومغناطیس، نیروی هسته ای قوی و نیروی هسته ای ضعیف – دارای توصیفات کوانتومی هستند، هیچ نظریه کوانتومی برای نیروی چهارم یعنی گرانش وجود ندارد.

[برای سه نیروی نخست ذکر شده ذرات حامل نیرو یافت شده و معادلات برهم کنش ذرات زیراتمی تدوین شده است در حالی که ذره حامل نیروی گرانش – گراویتون ها – هنوز عملا کشف نشده و معادلات نیروی گرانشی میان ذرات زیراتمی نیز به خوبی تدوین نشده اند. مترجم (اصغر ناصری)]

عئم توافق نظریه نسبیت عام و فیزیک کوانتومی ممکن است طبیعی بنظر رسد: اینشتاین هیچگاه با فیزیک کوانتومی احساس راحتی نمی کرد. دلیل این است که در حالی که فیزیک کوانتومی دارای بسیاری جنبه های ضدشهودی است، یکی از آنها از نظر اینشتاین بسیار مشکل زا است.

منظور نماد در هم تنیدگی است (entanglement). به بیان ساده، در هم تنیدگی به معنای هماهنگی ذرات به ظیوه ای است که تغییر خواص یکی از ذرات می تواند به تغییر آنی خواص ذره در هم تنیده با آن منجر شود حتی اگر ذره دیگر در سوی دیگر عالم واقع شده باشد. اینشتاین این پدیده را عمل شبخ وار از راه دور نامید که با مفهوم واقع گرایی موضعی تضاد دارد.

واقع گرایی موضعی (local realism) عبارت است از این ایده که اشیا همواره دارای خواص تعریف شده هستند و تعاملات میان اشیا توسط فاصله میان آنها و سرعت نور محدود می شود، یک حد کیهانی برای سرعت که زیربنای نسبیت خاص اینشتاین است. نسبیت خاص در حقیقت نظریه ای است که به فرموله سازی نسبیت عام می انجامد. با این وجود علیرغم اظهارات اینشتاین، دانشمندان ثابت کرده اند که در هم تنیدگی کوانتومی و سایر جنبه های ضدشهودی فیزیک کوانتومی براستی در دنیای زیراتمی صدق می کنند.

چنین اثباتی با انبوهی از آزمایشات پیشگامانه بدست آمده است. برای مثل فوکس و همکارانش (Fuchs) برپایه کارهای اولیه آلین اسپکت، کلاوسر و زیلینگر که به جایزه نوبل 2022 در فیزیک منجر شد، بطور تجربی درستی ماهیت غیرموضعی در هم تنیدگی را ثابت کردند. آنها در آزمایشات کوانتومی خود، از "دامهای" مغناطیسی ابر رسانا برای اندازه گیری کشش گرانشی ضعیف در کوچکترین جرمی که تا بحال آزمایش نشده بود، استفاده کردند.

ذره ریز در دام ابررسانا در دمایی حدود -273 درجه سلسیوس شناور می شود، دمایی که تنها چند صدم درجه بالاتر از صفر مطلق است یعنی دمایی دست نیافتنی که در آن تمام جنبش های مولکولی به صفر می رسد. این دمای انجماد برای رساندن ارتعاشات ذرات به حداقل ممکن لازم است. در این دما دانشمندان توانستند یک کشش گرانشی معادل 30 آتو نیوتن بر روی ذره ثبت کنند.

برای اینکه درکی از بزرگی این نیرو داشته باشید، توجه کنید که یک نیوتن نیرویی است که به جرم یک کیلوگرم شتابی معادل 1 متر بر مجذور ثانیه می دهد. و 30 آتو نیوتن معادل 0.00000000000000003 نیوتن است!

با اندازه گیری کشش گرانشی که بر کوچکترین جرم ممکن عمل می کند می توان ماهیت عمل گرانش در ابعاد کوانتومی را بهتر دریافت. این امر گام مهمی بسوی اتحاد فیزیک کوانتومی و نسبیت عام است و راه را برای آزمون حتی اجرام کوچکتر باز می کند. بدین ترتیب با شناخت ماهیت عمل گرانش در ابعاد کوچکترین ذرات، می توان  به درک بزرگتری از عالم بی انتها رسید.

منبع:

https://www.msn.com/en-us/news/technology/quantum-gravity-could-help-unite-quantum-mechanics-with-general-relativity-at-last/ar-BB1iMZUB

ضد ماده چگونه می تواند انسان را در عرض چند سال به ستارگان دیگر ببرد؟

مسافرت بین ستاره ای چیزی است که تنها انسان در فیلم های علمی تخیلی بدان دست یافته است – مانند سفینه یو اس اس اینترپرایز آمریکا که از ضد ماده برای مسافرت بین دستگاه های ستاره ای استفاده می کرد.

اما ضد ماده تنها یک استعاره علمی – تخیلی نیست، ضد ماده واقعا وجود دارد.

ایلان ماسک نیروی ضد ماده را بلیط سفرهای بین ستاره ای نامیده است و فیزیکدانانی مانند رایان وید روس کشف نحوه مهار آن کار می کنند.

ضد ماده از ذراتی درست مانند ماده عادی ولی با بار الکتریکی مخالف ساخته شده است. به این معنا که وقتی ضد ماده با ماده معمولی تماس می یابد، هر دو تباه شده و مقادیر عظیمی انرژی آزاد می کنند.

رایان وید مدیر اجرایی ارشد پوزیشن داینامیکز است، شرکتی که روی سیستم پیشران ضد ماده کار می کند. به گفته او تباه شدن ضد ماده و ماده جرم را بطور مستقیم به انرژی تبدیل می کند. تنها یک گرم ضد ماده می تواند انفجاری معادل یک بمب اتمی ایجاد کند. این نوع انرژی می تواند ما را به دنیاهای ناشناخته ببرد.

موشکی که با ضد ماده کار می کند می تواند در مدت سه هفته ما را به پلوتون ببرد، در جالی که فضاپیمای افق نوی ناسا 9.5 سال طول کشید تا به پلوتون برسد. موشک با پیشرانه ضد ماده می تواند شتابی هشت هزار برابر موشک های عادی تولید کند.

اما چرا تاکنون از این فناوری استفاده نشده است؟ دلیل به هزینه باز می گردد، نه توانایی فناوری.

فیزیکدانان با استفاده از قدرتمندترین شتاب دهنده های ذرات توانسته اند ضد پروتون و اتم های ضد هیدروژن تولید کنند. یک موتور پیشران ضد ماده می تواند به ده درصد سرعت نور- یعنی حدود 100 میلیون کیلومتر بر ساعت دست یابد. اما ساخت نمونه عملی چنین پیشرانه ای 8 میلیارد دلار هزینه دربر دارد. هزینه سوخت سالانه آن نیز 670 میلیون دلار است.

اما برایان وید به ایده جدیدی برای ساخت موتور ضدماده ارزان قیمت تری دست یافته است. پوزیترون ها یا ضد الکترونها صدها بار سبک تر از ضد پروتون ها هستند و چون بطور طبیعی تولید می شوند، نیازی به شتاب دهنده های گران قیمت ندارند.

سیستم پیشرانه ضد ماده وید از کریپتون 79 استفاده می کند، نوعی کریپتون که بطور طبیعی پوزیترون صادر می کند. پوزیترون های تولید شده به سمت ماده معمولی هدایت می شوند تا بر اثر تباهی انرژی فوق العاده زیادی آزاد شود. از این انرژی برای براه انداختن یک رآکتور گداخت هسته ای و تامین پیش رانه لازم استفاده می شود.

در حالی که پوزیترونها ساده تر از سایر انواع ضد ذره تولید می شوند، به علت سبکی فوق العاده زیاد مهار کردن آنها دشوار است و هزینه لازم برای این کار هنوز از دسترس خارج است.

با این وجود این فناوری در آینده نزدیک ممکن است تحقق یافته و آرزوی انسان برای سفر بین ستاره ای را برآورده سازد.

منبع:

https://news.yahoo.com/antimatter-engines-could-fly-humans-155822059.html

سیاره شگفت انگیز COROT 7b

در 27 دسامبر 2006 تلسکوپ فضایی CoRoT توسط یک راکت سایوز به فضا پرتاب شد. ماموریت ویژه این تلسکوپ فضایی که در ارتفاع 827 کیلومتری زمین قرار داده شد، کشف سیارات بیرون از دستگاه خورشیدی بود، بویژه آنهایی که دارای دوره گردش مداری کوتاه هستند. روش بکار گرفته شده توسط این تلسکوپ، transit detection یا آشکارسازی گذار بود، به این معنا که گذر کردن یک سیاره از برابر ستاره خود باعث تغییر جزئی در تابندگی ستاره می شود. سیارات واقع در بیرون دستگاه خورشیدی به سیارات خارجی یا exoplanet موسوم هستند.

در فوریه 2009 این ابزار علمی توانست یکی از شگفت ترین سیارات خارجی به نام COROT 7b را کشف کند. به عنوان نخستین سیاره خارجی سنگی کشف شده، COROT 7b به دور ستاره ای به نام COROT می گردد که در فاصله 520 سال نوری از زمین قرار دارد. این ستاره یک کوتوله زرد با قطری 82 درصد قطر خورشید و جرمی حدود 91 درصد ستاره ما است.

نکته شگفت این است که سیاره COROT 7b در فاصله 2.6 میلیون کیلومتری ستاره خود به دور آن می گردد که یک شصتم فاصله زمین تا خورشید است. این فاصله بسیار نزدیک موجب گردیده تا سیاره مزبور با سرعت 700 هزار کیلومتر بر ساعت به دور ستاره خود بگردد، حرکت انتقالی که تنها بیست ساعت به طول می انجامد.

طلوع ستاره COROT 7 از افق سیاره مزبور براستی دهشتناک است: این ستاره 360 بار بزرگتر از خورشیدی که در افق زمین طلوع می کند ظاهر می شود و فاصله نزدیک آن سطح سیاره را چنان می گدازد که به اقیانوسی از مواد مذاب تبدیل می شود. سیاره COROT 7b در دام جذر و مدی ستاره خود گرفتار شده است، به این معنا که دوره حرکت وضعی (گردش به دور خود) با حرکت انتقالی برابر است و یک طرف سیاره همواره روبروی ستاره خود قرار می گیرد. در حالی که سمت روبروی ستاره به دمای 2000 درجه سلسیوس رسیده و سنگ های سطح سیاره کاملا ذوب می شوند، سمت پشت به ستاره دنیای مرده یخبندانی با دمای 200 درجه سلسیوس زیر صفر است. اما در مرز بین سمت روشن و تاریک، بخارات سنگ های ذوب شده به تدریج میعان پیدا کرده و به سنگ تبدیل می شوند به طوری که در نوار باریکی از مرز روشنایی و تاریکی، باران سنگ از آسمان می بارد!

تصویر زیر برداشت هنرمند از این سیاره و شرایط سطح آن که روبروی ستاره COROT 7 قرار گرفته است را نشان می دهد.