Zánik Země a obyvatelnost Pluta

Kam se uchýlí lidstvo, až se jednoho vzdáleného dne promění Slunce v rudého obra? Které objekty Sluneční soustavy přicházejí v úvahu? (délka blogu 5 min.)

Pozemská ekosféra funguje v rámci poměrně stabilních podmínek, které nám zajišťuje naše centrální hvězda. Co si ale lidstvo počne, až se jednoho dne tyto podmínky změní a naše planeta se stane neobyvatelnou? Naši vzdálení potomci budou mít na výběr jen ze dvou variant: buď si budou hledat nový domov nebo vymřou.

Vývoj Slunce

Slunce dnes ve svém nitru spaluje vodík na helium. Tato perioda života hvězdy je delší nebo kratší šťastné období, kdy se její fyzikální, vnější vlastnosti moc nemění. Život, který se eventuálně vyvinul na jejích planetách, nezaznamenává žádné větší problémy.

To se ale ke konci hvězdného života drasticky mění. Hvězda podobná Slunci totiž prodělává výrazné změny. Termonukleární reakce v jejím nitru postupně zeslábnou a koncentrace vodíku klesne pod kritickou mez. Reakce pak budou nějakou dobu probíhat už jen v některé z přilehlých slupek, takže se hvězda začne značně rozpínat. Se změnou velikosti klesá její povrchová teplota.

Pro oči pozorovatele mění její chladnoucí povrch barvu - je stále červenější. Hvězda se mění v rudého obra.

Nejhorší osud čeká její nejbližší planety. Pokud mají smůlu, ocitnou se přímo v oblasti, do které nyní dosahuje hvězdná atmosféra. Planety se mohou doslova vypařit. Ve Sluneční soustavě se bude takový osud týkat Merkuru a Venuše. Celkově ztratí naše Slunce ve fázi rudého obra také značné množství hmoty – díky jeho silné expanzi se sníží gravitace na povrchu hvězdy, snižuje se tedy úniková rychlost, kterou tak dosáhne více hmoty.

Lehčí Slunce pak bude své planety přitahovat nižší gravitační silou. Planety získají vzdálenější oběžné dráhy. Země se díky úbytku hmotnosti, kterou Slunce vyzáří během miliard let vývoje ve formě elektromagnetického záření a slunečního větru postupně přesune do míst, kde dnes obíhá planeta Mars.

Zároveň se přesune tzv. obyvatelná zóna (tedy oblast, ve které může na povrchu pevných těles existovat tekutá voda) směrem k vnější části planetární soustavy. Poměrně příjemné teploty by se pak mohly objevit na dnes zmrzlých měsících obřích planet - nebo rovnou na objektech v Kuiperově pásu, kde se nachází Pluto se svým společníkem Charonem.

^{Obrázek: Ilustrační grafika, zdroj D. Tenzler}

Měsíce obřích planet

Obydlet měsíce obřích planet nejspíš nebude snadné. Podmínky na jejich povrchu nejsou příjemné nejen díky dnešním nízkým teplotám - ale také kvůli silné magnetosféře blízkých planet. A to se nejspíš ani ve vzdálené budoucnosti nezmění. Naopak. Intenzivnější sluneční vítr ještě zhorší tamní podmínky.

Planetky v Kuiperově pásu

Dalšími velkými a možná i vhodnými objekty se tedy stanou Pluto a Charon. Teploty na povrchu těchto vesmírných dvojčat budou pravděpodobně vysoko nad bodem mrazu vody. Nakonec by se tu mohla vytvořit atmosféra a jezera s tekutou vodou. Jedno je ale jisté. Příjemné podmínky budou poměrně krátkodobé: toto „léto“ na Plutu a Charonu pravděpodobně nebude trvat déle než milion roků.

Rudý obr a bílý trpaslík

Vývoj Slunce bude totiž pokračovat a situace planet se tím rozhodně nezlepší. Helium, které se nahromadilo v jádru rudého obra se samo stane palivem pro další termojaderné reakci. Oči nebo přístroje našich potomků si všimnou, že se Slunce trochu zmenšilo, protože se mírně zhroutilo. Ke konci tohoto stadia se zóna fúze helia přesune směrem ven ze slunečního jádra (tak jako tomu bylo ke konci stádia fúze vodíku) a Slunce se začne opět rozpínat.

Fúze helia se nakonec zastaví, když se vyčerpá palivo. Slunce zůstane bez vnitřního zdroje energie. Následně zkolabuje. Při tomto kolapsu se sluneční povrch silně zahřeje a začne vyzařovat velké množství ultrafialového záření. To pak bude působit na hmotu Slunce, která z něj v poslední době unikla. Kolem hvězdy se vytvoří to, čemu říkáme planetární mlhovina.

Slunce se v jejím středu stane malým objektem - bílým trpaslíkem.

Bude mít velikost Země, ale jeho hmota bude tak hustá, že množství, odpovídající kostce cukru, bude vážit tunu nebo i více.

Je jasné, že lidstvo udělá dobře, když se během těchto změn bude nacházet od Slunce pokud možno co nejdále.

Poté ovšem nastoupí velice dlouhé období, kdy se stav Slunce bude měnit jen málo. Bude postupně pomalu chladnout až se jednoho opravdu vzdáleného dne promění v černého trpaslíka, vyhaslý a vychladlý, klidný vesmírný objekt.

Postupné zvyšování jasnosti Slunce

Naštěstí je sluneční zásoba vodíku opravdu velká. Než dojde do stádia rudého obra, bude to trvat ještě dalších zhruba pět miliard roků. Přesto bychom neměli moc dlouho vyčkávat. Intenzita slunečního záření bude totiž v budoucnosti pomalu, ale neustále narůstat. Za pouhé dvě až tři miliardy roků to přivede k vypaření pozemských oceánů. Je jasné, že život na Zemi čekají značné změny daleko dříve, než se Slunce změní v obří rudou hvězdu. Zároveň bude možné postupné osídlování naší sousední planety, Marsu, který si vytvoří příjemnější podnebí.

Planeta, která byla nedávno pohlcena svým Sluncem

Jak se bude v budoucnosti vyvíjet Sluneční soustava, je tedy poměrně jasné. Vědci dokonce nedávno podobné změny pozorovali v jiné planetární soustavě.

Astronomové pozorovali záblesk záření v oblasti viditelného světla. Událost nazvaná ZTF SLRN-2020 trvala asi 10 dní a pak během dalších šesti měsíců postupně slábla. Zároveň byla pozorována emise v oblasti infračerveného záření. Ta trvala dokonce ještě déle než záblesk ve viditelné části spektra. Z poklesu intenzity na určitých vlnových délkách pak vědci zjistili, jaké chemické prvky se jevu účastnily. Byly to prvky, které odpovídají složení kamenných planet.

Snímky s vysokým rozlišením ukázaly v oblasti budoucího pohlcení planety nejprve poměrně slabý zdroj, pravděpodobně hvězdu podobnou Slunci. Hmotnost planety odpovídala zhruba hmotnosti Jupiteru nebo Neptunu. Před erupcí už spolu oba objekty nějakou dobu intenzivně interagovaly. Pozorování prachu a plynu z doby před erupcí naznačují, že tato fáze trvala asi šest až dvanáct roků. Zdá se tedy, že pohlcení planet rudým obrem probíhá (na kosmické poměry) poměrně rychle.

^{Zdroj: doi: 10.1038/s41586-023-05842-x, doi:10.1038/nature10631}