Bài viết này khám phá số phận cuối cùng của **Mặt Trời** và **Trái Đất**, dựa trên các mô hình tiến hóa sao được kiểm chứng kỹ lưỡng. Chúng ta sẽ đi sâu vào quá trình **mất khối lượng** của Mặt Trời trong giai đoạn **sao khổng lồ đỏ**, ảnh hưởng của nó đến quỹ đạo Trái Đất, và liệu Trái Đất có thể sống sót qua giai đoạn tiến hóa cuối cùng của Mặt Trời hay không. Đây là một chủ đề quan trọng để hiểu rõ hơn về vũ trụ và vị trí của chúng ta trong đó.
Để mô tả sự tiến hóa dài hạn của Mặt Trời, chúng tôi sử dụng mã tiến hóa Eggleton, đã được cập nhật với các opacities và phương trình trạng thái được cải thiện. Mã này rất nhanh và chấp nhận sự **mất khối lượng** như một điều kiện biên ngoài.
Mô hình tiến hóa Mặt Trời cho thấy tuổi hiện tại của Mặt Trời là 4.58 tỷ năm (±0.05 tỷ năm), phù hợp với các giá trị được chấp nhận rộng rãi. Mô hình cũng xác nhận những sự thật đã được thiết lập: độ sáng của Mặt Trời đã vượt quá giá trị ban đầu và bán kính đã nhỏ hơn giá trị hiện tại.
Trái Đất hiện nằm trong 'vùng có thể sinh sống' của Hệ Mặt Trời, nơi điều kiện cho phép sự tồn tại của nước lỏng trên bề mặt. Tuy nhiên, với sự gia tăng độ sáng của Mặt Trời, Trái Đất sẽ rời khỏi vùng này trong khoảng một tỷ năm tới.
Khi Mặt Trời tiến hóa, nó sẽ trở nên lớn hơn và nóng hơn. Điều này sẽ gây ra sự bốc hơi của các đại dương và sự mất mát dần dần của nước trong khí quyển, cuối cùng biến Trái Đất thành một tàn tích nóng chảy.
Sau 12 tỷ năm tiến hóa chậm, Mặt Trời sẽ nhanh chóng leo lên giai đoạn **Nhánh Khổng Lồ Đỏ (RGB)**. Bán kính Mặt Trời sẽ quét qua hệ hành tinh bên trong chỉ trong vòng năm triệu năm, thời gian đó, Mặt Trời sẽ mất một lượng đáng kể khối lượng.
Sự gần gũi cực độ của Trái Đất với quang quyển Mặt Trời đòi hỏi phải xem xét hai hiệu ứng: tương tác thủy triều và ma sát động, cả hai đều dẫn đến mất mômen động lượng và giảm bán kính quỹ đạo của Trái Đất.
Tương tác thủy triều với Mặt Trời khổng lồ đỏ sẽ làm chậm quá trình quay của nó. Điều này dẫn đến lực kéo liên tục lên Trái Đất bởi các chỗ phình thủy triều, khiến nó xoắn ốc vào trong.
Ma sát động, do chuyển động siêu âm của Trái Đất qua khí trong sắc cầu Mặt Trời mở rộng, cũng góp phần vào sự mất mômen động lượng.
Các tính toán cho thấy rằng, bất chấp lực hấp dẫn giảm từ một Mặt Trời RGB ít khối lượng hơn, quỹ đạo của Trái Đất hầu như sẽ không bao giờ vượt quá 1 AU. Tiềm năng tăng trưởng quỹ đạo do giảm khối lượng Mặt Trời phần lớn bị cân bằng và cuối cùng bị vượt qua bởi tác động của tương tác thủy triều. Gần cuối, ma sát siêu âm cũng trở thành một nguồn mất mômen động lượng đáng kể.
Sự nuốt chửng và mất mát của Trái Đất sẽ diễn ra ngay trước khi Mặt Trời đạt đến đỉnh của RGB, khoảng 7.59 tỷ năm kể từ bây giờ.
Sự mất mát 1/3 khối lượng Mặt Trời trong quá trình tăng lên đỉnh RGB sẽ có tác động đáng kể đến sự tiến hóa tiếp theo của nó như một ngôi sao AGB. Lớp vỏ còn lại rất ít, nơi hai lớp vỏ đốt (H sau đó là He) có thể tiến vào. Do đó, lõi C/O không thể phát triển nhiều như với một mô hình bảo thủ không mất khối lượng.
Theo mô hình tiến hóa của chúng tôi, sự tiến hóa đỉnh AGB thông thường sẽ kết thúc với độ sáng chỉ 2090 L⊙, Teff = 3200 K và R = 149 R⊙. Tỷ lệ mất khối lượng AGB, sẽ không đủ để thúc đẩy gió do bụi dẫn động. Do đó, Mặt Trời sẽ không hình thành một tinh vân hành tinh thông thường.
Các tính toán tiết lộ rằng Trái Đất sẽ bị Mặt Trời nuốt chửng chỉ nửa triệu năm trước khi Mặt Trời đạt đến bán kính lớn nhất, và 1.0 (3.8) triệu năm sau khi Sao Kim (và Sao Thủy) chịu chung số phận. Trong khi chỉ riêng sự mất khối lượng Mặt Trời sẽ cho phép bán kính quỹ đạo của Trái Đất phát triển đủ để tránh kịch bản 'ngày tận thế' này, thì chủ yếu là tương tác thủy triều của lớp vỏ đối lưu khổng lồ với hành tinh quay quanh gần đó sẽ dẫn đến sự giảm đáng kể kích thước quỹ đạo của nó.
Sự mất mát khoảng 1/3 khối lượng Mặt Trời đã có những hậu quả đáng kể đối với sự tiến hóa AGB của Mặt Trời. Mặt Trời đỉnh AGB sẽ không đủ điều kiện để có gió mạnh do bụi dẫn động và do đó sẽ không tạo ra một tinh vân hành tinh thông thường. Thay vào đó, một lớp vỏ CS không đáng kể chỉ dưới 1/100 M⊙ sẽ hình thành.
Bài viết liên quan