خورشید همیشه مرکز سامانه‌های کیهانی ما بوده است، اما با ظهور علم نجوم مدرن، انسان‌ها متوجه شدند که خورشید تنها یکی از بی‌شمار ستاره‌های موجود در جهان است. در واقع، خورشید نمونه‌ای کاملا معمولی از یک ستاره رشته اصلی از نوع G (G2V معروف به کوتوله زرد) است. مانند تمام ستارگان، خورشید نیز دارای یک چرخه زندگی است که شامل مراحل تشکیل، دوران اصلی و در نهایت مرگ می‌شود.
این چرخهٔ زندگی تقریبا ۴.۶ میلیارد سال پیش آغاز شد و حدود ۴.۵ تا ۵.۵ میلیارد سال دیگر ادامه خواهد داشت، زمانی که ذخایر هیدروژن و هلیوم آن به پایان می‌رسد و به یک کوتوله سفید فرو خواهد پاشید. اما این تنها نسخه خلاصه‌شده‌ای از چرخه زندگی خورشید است.
خورشید در میانه زندگی خود
خورشید اکنون در میانه پایدارترین مرحله زندگی خود قرار دارد. در طول چهار میلیارد سال گذشته، که در آن زمین و کل منظومه شمسی شکل گرفتند، خورشید نسبتا بدون تغییر باقی مانده است. این وضعیت برای حدود چهار میلیارد سال دیگر ادامه خواهد داشت، تا زمانی که سوخت هیدروژنی آن به پایان برسد. وقتی این اتفاق بیفتد، تحولات شدیدی رخ خواهد داد!
تولد خورشید
بر اساس نظریه سحابی، خورشید و تمام سیارات منظومه شمسی به‌عنوان ابری عظیم از گاز مولکولی و گرد و غبار آغاز شدند. سپس، حدود ۴.۵۷ میلیارد سال پیش، رویدادی باعث فروپاشی این ابر شد. این رویداد می‌توانست ناشی از عبور یک ستاره یا امواج ضربه‌ای ناشی از یک ابرنواختر باشد، اما نتیجهٔ نهایی آن فروپاشی گرانشی در مرکز این ابر بود.
با این فروپاشی، توده‌هایی از گرد و غبار و گاز در مناطق متراکم‌تر شروع به تجمع کردند. با جذب ماده بیشتر، این مناطق متراکم شروع به چرخش کردند و فشار درون آنها افزایش یافت و باعث بالا رفتن دما شد. بیشتر ماده در یک توده مرکزی جمع شد، در حالی که بقیه آن به‌صورت یک دیسک مسطح در اطراف آن شکل گرفت.
توده مرکزی در نهایت خورشید را تشکیل داد، در حالی که دیسک مواد اطراف آن به سیارات تبدیل شد. خورشید حدود ۱۰۰ هزار سال را به‌عنوان یک پیش‌ستاره در حال فروپاشی سپری کرد، تا اینکه دما و فشار درون آن به حدی رسید که همجوشی هسته‌ای در مرکز آن آغاز شد. خورشید ابتدا به‌عنوان یک ستاره T تائوری ظاهر شد، ستاره‌ای بسیار فعال که بادهای خورشیدی شدیدی تولید می‌کرد. تنها چند میلیون سال بعد، خورشید به شکلی پایدار درآمد و چرخهٔ زندگی آن آغاز شد.
مرحله رشته اصلی
خورشید، مانند بیشتر ستارگان کیهان، در مرحله رشته اصلی زندگی خود قرار دارد. در این مرحله، واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در هستهٔ خورشید، هیدروژن را به هلیوم تبدیل می‌کنند. هر ثانیه، ۶۰۰ میلیون تُن ماده به نوترینوها، تابش خورشیدی و حدود ۴ در ۱۰ به توان ۲۷ وات انرژی تبدیل می‌شود. این فرآیند در خورشید ۴.۵۷ میلیارد سال پیش آغاز شد و از آن زمان تاکنون، منبع تولید انرژی آن بوده است.
با این حال، این روند برای همیشه ادامه نخواهد داشت، زیرا مقدار هیدروژن موجود در هسته خورشید محدود است. تاکنون، خورشید تقریبا ۱۰۰ برابر جرم زمین را به هلیوم و انرژی خورشیدی تبدیل کرده است. با تبدیل بیشتر هیدروژن به هلیوم، هسته خورشید کوچک‌تر می‌شود و لایه‌های بیرونی آن به سمت مرکز حرکت کرده و نیروی گرانشی بیشتری را تجربه می‌کنند.
این امر باعث افزایش فشار در هسته می‌شود و در نتیجه، سرعت همجوشی افزایش می‌یابد. به زبان ساده، هر چه خورشید مقدار بیشتری از هیدروژن هسته‌ای خود را مصرف کند، فرآیند همجوشی سریع‌تر شده و خروجی انرژی آن افزایش می‌یابد. در حال حاضر، این موضوع باعث می‌شود که در هر ۱۰۰ میلیون سال، روشنایی خورشید ۱٪ افزایش یابد. در طول ۴.۵ میلیارد سال گذشته، این افزایش حدود ۳۰٪ بوده است.
تاثیر بر زمین
۱.۱ میلیارد سال دیگر، روشنایی خورشید ۱۰٪ بیشتر از مقدار کنونی خواهد شد. این افزایش روشنایی، باعث افزایش انرژی گرمایی می‌شود که جو زمین آن را جذب خواهد کرد. در نتیجه، اثر گلخانه‌ای مرطوب در زمین آغاز خواهد شد، پدیده‌ای که شباهت زیادی به گرمایش فراری دارد که سیاره زهره را به محیطی جهنمی تبدیل کرده است.
۳.۵ میلیارد سال دیگر، خورشید ۴۰٪ درخشان‌تر از امروز خواهد شد. این افزایش باعث جوشیدن اقیانوس‌ها، ذوب دائمی یخ‌های قطبی و از بین رفتن تمام بخار آب موجود در جو زمین خواهد شد. تحت این شرایط، هیچ شکلی از حیات، آن‌گونه که ما می‌شناسیم، دیگر قادر به بقا در سطح زمین نخواهد بود. به‌طور خلاصه، زمین به سیاره‌ای گرم و خشک، مانند زهره، تبدیل خواهد شد.
پایان سوخت هیدروژن در هسته
هر چیزی سرانجامی دارد! این قانون برای ما، برای زمین، و برای خورشید نیز صادق است. این اتفاق به این زودی‌ها رخ نمی‌دهد، اما در آینده‌ای دور، خورشید تمام سوخت هیدروژنی خود را مصرف خواهد کرد و به‌تدریج به سوی مرگ حرکت خواهد کرد. این فرآیند تقریبا ۵.۴ میلیارد سال دیگر آغاز خواهد شد، یعنی زمانی که خورشید از مرحلهٔ رشتهٔ اصلی خارج خواهد شد.
پایان سوخت هیدروژن و ورود به مرحله غول سرخ
با پایان یافتن هیدروژن در هسته خورشید، خاکستر بی‌اثر هلیوم که در آنجا انباشته شده، ناپایدار شده و تحت وزن خود فرو خواهد پاشید. این فرآیند باعث افزایش دما و چگالی هسته می‌شود و خورشید را وادار به انبساط می‌کند و آن را وارد مرحله غول سرخ در سیر تکاملش خواهد کرد. محاسبات نشان می‌دهند که خورشید در این مرحله چنان بزرگ خواهد شد که مدار عطارد، زهره، و شاید حتی زمین را در بر بگیرد. حتی اگر زمین از این فرآیند جان سالم به در ببرد، حرارت شدید ناشی از خورشیدِ غول سرخ، آن را کاملاً سوزانده و هر گونه حیات را غیرممکن خواهد کرد.
مرحله پایانی و مرگ خورشید
زمانی که خورشید وارد شاخه غول سرخ (RGB) شود، تقریبا ۱۲۰ میلیون سال دیگر به‌عنوان یک ستاره فعال باقی خواهد ماند. اما در این بازه زمانی، تحولات زیادی رخ خواهد داد. در ابتدا، هستهٔ پر از هلیوم تباهیده به‌طور ناگهانی در یک انفجار هلیومی مشتعل خواهد شد—جایی که تقریبا ۶٪ از هسته و ۴۰٪ از جرم خورشید تنها در عرض چند دقیقه به کربن تبدیل می‌شود.
سپس خورشید به ۱۰ برابر اندازه کنونی خود کوچک خواهد شد، در حالی که درخشندگی آن ۵۰ برابر میزان فعلی خواهد بود و دمای آن کمی کمتر از دمای کنونی خواهد شد. در ۱۰۰ میلیون سال بعدی، خورشید به سوزاندن هلیوم در هسته ادامه خواهد داد، تا زمانی که این سوخت نیز به پایان برسد.
در این نقطه، خورشید وارد شاخهٔ غول نامتقارن (AGB) خواهد شد، جایی که دوباره (این بار با سرعت بیشتر) منبسط شده و بسیار درخشان‌تر خواهد شد.
انحطاط و تشکیل سحابی سیاره‌ای
در طول ۲۰ میلیون سال آینده، خورشید به ستاره‌ای ناپایدار تبدیل شده و شروع به از دست دادن جرم از طریق پالس‌های گرمایی متوالی خواهد کرد. این پالس‌ها تقریبا هر ۱۰۰ هزار سال رخ خواهند داد و در هر مرحله شدیدتر خواهند شد، درخشندگی خورشید را تا ۵ هزار برابر میزان فعلی افزایش داده و شعاع آن را به بیش از ۱ واحد نجومی (AU) خواهد رساند.
در این نقطه، انبساط خورشید یا زمین را در بر خواهد گرفت، یا آن را به محیطی کاملا غیرقابل‌سکونت تبدیل خواهد کرد. سیارات خارجی منظومهٔ شمسی نیز تغییرات شدیدی را تجربه خواهند کرد، زیرا انرژی بیشتری از خورشید جذب می‌کنند که می‌تواند یخ‌های سطحی آنها را تصعید کرده و جوهای متراکم یا حتی اقیانوس‌های سطحی ایجاد کند.
پس از گذشت حدود ۵۰۰ هزار سال، تنها نیمی از جرم کنونی خورشید باقی خواهد ماند و لایه‌های بیرونی آن شروع به تشکیل یک سحابی سیاره‌ای خواهند کرد.
مرگ نهایی: تبدیل به کوتوله سفید
تکامل پس از شاخه غول نامتقارن (AGB) بسیار سریع‌تر خواهد بود، زیرا ماده پراکنده‌شده یونیزه شده و یک سحابی سیاره‌ای را تشکیل خواهد داد، در حالی که هستهٔ نمایان خورشید به ۳۰ هزار کلوین خواهد رسید. در مرحلهٔ نهایی، دمای هسته برهنه بیش از ۱۰۰ هزار کلوین خواهد شد و بقایای آن به کوتولهٔ سفید تبدیل خواهد شد.
سحابی سیاره‌ای در حدود ۱۰ هزار سال پراکنده خواهد شد، اما کوتولهٔ سفید برای تریلیون‌ها سال باقی خواهد ماند، تا زمانی که سرانجام خاموش شده و به یک کوتولهٔ سیاه تبدیل شود.
سرنوشت نهایی خورشید
وقتی مردم به مرگ ستارگان فکر می‌کنند، معمولا ابرنواخترهای عظیم و تشکیل سیاه‌چاله‌ها را در ذهن دارند. اما این سرنوشت خورشید ما نخواهد بود، زیرا جرم آن برای این نوع مرگ کافی نیست. در حالی که خورشید از دید ما ستاره‌ای عظیم به نظر می‌رسد، اما در مقایسه با برخی از ستارگان پرجرم کیهان، ستاره‌ای کم‌جرم محسوب می‌شود.
ازاین‌رو، هنگامی که سوخت هیدروژنی خورشید تمام شود، به یک غول سرخ تبدیل شده، لایه‌های بیرونی خود را به بیرون پرتاب کرده و سپس به یک کوتوله سفید فشرده تبدیل می‌شود که برای تریلیون‌ها سال به‌آرامی سرد خواهد شد.
اگر خورشید ۱۰ برابر پرجرم‌تر از مقدار فعلی خود بود، مرحله پایانی عمرش بسیار انفجاری‌تر می‌بود.
در چنین سناریویی، این خورشید فوق‌پرجرم پس از اتمام سوخت هیدروژنی، ابتدا هلیوم، سپس کربن و به همین ترتیب سوخت‌های سنگین‌تر را در لایه‌های متحدالمرکز می‌سوزاند. هر لایه نسبت به لایه قبل، در زمان کوتاه‌تری مصرف می‌شد، تا جایی که به نیکل می‌رسید؛ فرآیندی که تنها یک روز طول می‌کشید.
در نهایت، آهن در هسته ستاره انباشته می‌شد. ازآنجاکه آهن در فرآیند همجوشی هسته‌ای انرژی آزاد نمی‌کند، دیگر هیچ فشار رو‌به‌خارجی برای جلوگیری از فروپاشی هسته وجود نداشت. وقتی جرم آهن در هسته به حدود ۱.۳۸ برابر جرم خورشید می‌رسید، ستاره به‌طور فاجعه‌باری منفجر می‌شد و مقدار عظیمی از انرژی را آزاد می‌کرد.
در هشت دقیقه، زمانی که نور از خورشید به زمین می‌رسد، موجی از انرژی غیرقابل‌تصور، منظومه شمسی را دربر گرفته و همه چیز را نابود می‌کرد. این انفجار به حدی درخشان می‌بود که می‌توانست برای مدتی از تمام کهکشان نیز پرنورتر شود و یک سحابی جدید (مانند سحابی خرچنگ) را ایجاد کند که برای هزاران سال در فضا گسترش می‌یافت.
آنچه از خورشید باقی می‌ماند، احتمالا یک ستاره نوترونی چرخان یا حتی یک سیاه‌چاله ستاره‌ای بود. اما این سرنوشت خورشید ما نیست. با توجه به جرم آن، خورشید در نهایت به یک کوتوله سفید فروپاشیده و به‌آرامی خاموش خواهد شد.
البته، این اتفاق تا ۶ میلیارد سال دیگر رخ نخواهد داد. تا آن زمان، یا بشریت از بین رفته است یا به سیاره‌ای دیگر نقل مکان کرده است. در حال حاضر، روزهای آفتابی بسیاری پیش روی ماست!