Ook de zon zal sterven. De zon is een 2 triljoen quadriljoen metrische ton verzameling van hot geïoniseerd gas en bestaat voor 70% uit waterstof en 30% uit voornamelijk helium. De zon is een ster vanwege de enorme hoeveelheden energie die de zon produceert als gevolg van nucleaire fusieprocessen. Binnen in de zon loopt de druk op tot 265 biljoen aardatmosferen en de temperatuur bedraagt er 15 miljoen Kelvin. In wat we de proton-proton-ketting noemen worden 4 waterstof atoomkernen heet genoeg om hun wederzijdse elektrostatische afstoting te overwinnen. Ze klonteren samen tot 1 heliumkern. Einstein liet zien dat bij dit proces positieve energie vrijkomt. Daarom schijnt de zon en door die kernfusie verdwijnt er telkens een beetje massa, ongeveer 4 miljoen ton per seconde. Het hart van de zon waarin deze kernfusie plaatsvindt maakt circa 20% uit van de zon en is twee maal zo groot als Jupiter, onze grootste gasreus. De rest van de zon is heet gas of eigenlijk plasma dat door de zwaartekracht gebonden is aan de zonnekern. In zo’n heet plasma zijn de elektronen niet meer gebonden aan atomen maar zwerven ze vrij rond in een hete soep van geladen deeltjes. Het kan wel honderdduizend jaar duren voordat een foton aan de oppervlakte van de zon komt. De zon produceert zo 400 biljoen quadriljoen joules per seconde, 20 triljoen maal meer dan de mensheid verbruikt. De radius van de zon bedraagt circa 700.000 kilometer, veroorzaakt door de naar buiten gerichte stralingsdruk versus de naar binnen gerichte zwaartekracht. We noemen dat een hydrostatisch evenwicht.
Waterstof aan de oppervlakte van de zon is niet bij machte de weg naar de zonnekern te vinden. De zon begon met een massa die voor ¾ uit waterstof bestond. Tamelijk normaal in het universum. Maar vandaag de dag is het aandeel waterstof gedaald naar 1/3 ten gunste van het aandeel helium dat van 1/3 groeide naar 2/3. De zonnetemperatuur in de mantel is niet heet genoeg voor kernfusie en dus zinkt het helium naar het centrum van de ster. De densiteit van helium is groter dan die van waterstof en zo neemt dus ook de densiteit van de zonnekern toe waardoor die zich gaat samentrekken. Door dit samentrekken zal de temperatuur in de zonnekern stijgen. Daarmee neemt ook de kernfusie toe en wordt er meer energie geproduceerd. Sinds haar geboorte is de lichtopbrengst van de zon met zo’n 20% gegroeid en deze zal blijven groeien zodat over ongeveer 1 miljard jaar de biosfeer van de aarde zal instorten. Cellulair leven zal nog wel even blijven voortbestaan maar complex leven is dan ten dode opgegeven.Doordat de energieopbrengst als gevolg van toenemende kernfusie stijgt, zal de zon groter in omvang worden, gemiddeld 14 cm per jaar.
Zo’n 5 miljard jaar na nu zal de zon haar normale sequentie verlaten. De zonnekern verbruikt dus de waterstof en de kernfusie speelt zich steeds meer af rond een centrum vol met helium(as) waardoor de zonnekern in omvang toeneemt en er meer brandstof voor kernfusie ontstaat. Ook de temperatuur en druk nemen toe door het samentrekken van de zonnekern. De lichtopbrengst stijgt tot twee of driemaal die van vandaag en de zon verkeert niet langer in haar normale sequentie. De zon is nu een sub-reus geworden. Die hogere lichtopbrengst wordt in de zonnemantel gedumpt waardoor er ionisatie optreedt en als gevolg hiervan worden fotonen afgeremd waardoor een hogere opaciteit (lichtdoorlatendheid) ontstaat. Door de grotere lichtopbrengst wordt de naar buiten gerichte stralingssterkte waardoor al met al de zon tweemaal zo groot zal worden gedurende fase van sub-reus. De temperatuur aan het oppervlak zal daardoor dalen van 5.550 Kelvin naar circa 5.000 Kelvin. De zon blijft ongeveer 1 miljard jaar zo’n sub-reus. Op Mars zal het dan ook een stuk warmer worden, de poolkappen zullen vermoedelijk smelten en er komt CO2 en water vrij. Daarmee kan Mars een bewoonbare planeet worden.
Maar nu wordt het pas echt gewelddadig. De zon heeft 11 miljard jaar lang steeds meer heliumas opgeslagen in haar kern. De druk in de kern neemt steeds meer toe en nu gaat de kwantummechanica een grote rol spelen als gevolg van het zogeheten Pauli exclusie beginsel. De samentrekking van de kern zal afnemen en de helium bereikt een staat van electron degeneratie. De naar buiten gerichte kracht overtreft de zwaartekracht. Als je gas verhit zal het gaan uitzetten en afkoelen. Maar bij gedegenereerd gas wordt de druk niet verhoogd, er is geen thermische druk als gevolg van het Pauli Exclusie Principe. Het gas zet niet uit en koelt niet af maar wordt steeds heter. Ook de waterstof zal heter worden en het fusieproces zal toenemen en meer energie produceren. De zon is nu een rode reus geworden.
De zon geeft nu meer dan 1.000 maal zoveel licht als vandaag de dag en de zon zwelt in omvang op tot wel 200 - 300 de huidige diameter! Het is niet ondenkbaar dat de zon de aarde zal verzwelgen. En dat geldt uiteraard ook voor Mercurius en Venus. Door het toenemende oppervlak zal de temperatuur gaan dalen, vermoedelijk 3 tot 4.000 Kelvin. De temperatuur van het heliumas in de zonnekern zal toenemen tot 100 miljoen Kelvin. De heliumkernen, ook wel alfadeeltjes genoemd gaan nu samen fuseren. Men noemt dit het Triple Alpha Process. Hieruit ontstaat koolstof in een wat men een runaway reaction noemt. Gedurende enkele seconden zal de lichtoutput van de zon honderd biljoen maal de huidige lichtopbrengst zijn. Evenveel als de totale lichtopbrengst van de gehele Melkweg. De thermische druk zal weer groter worden dan het Pauli Exclusie Principe en de zon gedraagt zich weer volgens de normale gaswetten. We zijn dan ten opzichte van vandaag zo’n 7 miljard jaar verder. De zon is niet langer een rode reus maar een red clump ofwel rode klont. De omvang van de zon neemt weer af tot ongeveer 10 maal de huidige waarde. De zon is dan wel 10 tot 20% van haar massa kwijtgeraakt. De temperatuur stijgt weer naar 4.000 Kelvin terwijl de lichtopbrengst nog steeds 50 maal de huidige lichtsterkte zal zijn. Deze fase duurt wel veel korter, ongeveer enkele honderden miljoen jaar.
De koolstof neemt toe en opnieuw zullen temperatuur en druk in de zonnekern toenemen. Ook zal de zon opnieuw in omvang toenemen. De zonnekern zal gedegenereerd raken waardoor de temperaturen niet langer stijgen. We zijn nu 7.7 miljard jaar verder dan vandaag. De zon wordt opnieuw een reus en men noemt deze fase de Asymptotic Giant Branch. Gewelddadige thermische pulses zullen zich voordoen. De zon neemt in omvang toe tot wel 400 maal de huidige omvang. De zon zal alle helium en waterstof verbruiken en dan doven. Ze zal de helft van haar massa verliezen en enkel nog uit de zonnekern bestaan. Een zonnekern die niet langer kernfusie produceert maar inert is geworden, dood. Na zo’n 8 miljard jaar na vandaag is de zon een witte dwerg geworden die bestaat uit een kern van koolstof met een omvang van onze huidige aarde. De temperatuur van het oppervlak is nog steeds 100.000 Kelvin en de lichtopbrengst is nog steeds 1% van de huidige. Uiteindelijk zal de zon roemloos verdwijnen in de eeuwigheid.
De vraag nu is deze: stel dat de menselijke soort er niet in slaagt de aarde tijdig te verlaten, dan zal onze planeet verzwolgen worden door de stervende maar steeds heter wordende zon. Al onze sporen zijn voorgoed uitgewist. Wat is in het licht van de eeuwigheid de zin van het leven? En wat is de ratio van de godsidee?
Met dank aan Cool World Lab en David Kipping.
Geen opmerkingen:
Een reactie posten