Hoe voorkomen we dat de aarde verbrandt door de intense zon?

Ik durf te wedden dat wij als soort verliefd zijn op onze thuisplaneet (ondanks onze buitensporige CO2-uitstoot). Maar de lelijke waarheid is dat de aarde gedoemd is. Op een dag zal de zon een fase ingaan die het leven op aarde onmogelijk zal maken en uiteindelijk de planeet zal reduceren tot slechts een triest, eenzaam stuk ijzer en nikkel.

Het goede nieuws is dat als we ons erop richten – en maak je geen zorgen, we hebben nog honderden miljoenen jaren om plannen te maken – we onze wereld een gastvrij thuis kunnen houden, lang nadat onze zon gek is geworden.

Een wakende nachtmerrie

De zon wordt langzaam maar onvermijdelijk helderder, heter en groter in de loop van de tijd. Miljarden jaren geleden, toen klontjes moleculen samen begonnen te dansen en zichzelf leven noemden, was de zon ongeveer 20% zwakker dan nu. Zelfs dinosauriërs kenden een zwakkere, kleinere ster. Hoewel de zon nog maar halverwege de belangrijkste waterstofverbrandingsfase van zijn leven is, met een variabele periode van 4 miljard jaar voordat hij begint te sterven, is het de vreemde combinatie van temperatuur en helderheid die leven mogelijk maakt op deze kleine aardse wereld. Onze planeet zal binnen een paar honderd miljoen jaar uitgehold zijn. Een oogwenk, astronomisch gezien.

De zon zaait de zaden van zijn eigen ondergang door middel van de fundamentele fysica van zijn bestaan. Op dit moment kauwt onze ster elke seconde bijna 600 miljoen ton waterstof op, waardoor deze atomen samen worden geslagen in een nucleair inferno dat temperaturen bereikt van meer dan 27 miljoen graden Fahrenheit. Van deze 600 miljoen ton worden er 4 miljoen omgezet in energie, genoeg om het hele zonnestelsel te verlichten.

Deze fusiereactie is echter niet helemaal schoon. Er blijft nog een bijproduct over: de as van kernbranden: helium. Dit helium kan nergens heen, omdat de diepe convectiecycli die voortdurend materiaal in de zon verplaatsen nooit de kern van de zon bereiken waar helium wordt gevormd. Het helium zit daar dus gewoon, inert, levenloos en nutteloos, waardoor de machine verstopt raakt.

Op zijn huidige leeftijd heeft de zon niet voldoende temperaturen en druk in zijn kern om helium te laten samensmelten. Helium zit dus in de weg, waardoor de totale massa van de kern toeneemt zonder dat er iets anders is om mee te fuseren. Gelukkig kan de zon dit gemakkelijk compenseren, en deze compensatie komt via een deel van de natuurkunde dat bekend staat als hydrostatisch evenwicht.

De zon verkeert in voortdurend evenwicht en leeft op de rand van het nucleaire mes. Aan de ene kant zijn er de energieën die vrijkomen bij het fusieproces, die, als ze niet onder controle worden gehouden, zouden kunnen dreigen de zon op te blazen, of op zijn minst uit te breiden. Dit wordt tegengegaan door de enorme zwaartekracht van de ster zelf, die naar binnen drukt met alle kracht die 1.027 ton waterstof en helium kunnen opbrengen. Als deze kracht ongecontroleerd aanhoudt, zal de zwaartekracht van de zon onze ster verpletteren tot een zwart gat dat niet groter is dan een middelgrote stad.

Dus wat gebeurt er als een onstuitbare kracht onweerstaanbare druk ondervindt? Een mooie balans, en een ster kan miljarden jaren leven. Als om de een of andere reden de temperatuur van nucleaire hellevuren willekeurig stijgt, zal dit de rest van de ster verwarmen en de buitenste lagen opblazen, waardoor de zwaartekracht wordt verlicht en nucleaire reacties worden vertraagd. Als de zon willekeurig zou samentrekken, zou meer materiaal zichzelf in de kern duwen, waar het zou deelnemen aan de bedwelmende nucleaire dans, en de resulterende vrijkomende energie zou samenzweren om de ster weer tot normale proporties op te blazen.

Maar de aanwezigheid van heliumas, dat kernafval, verstoort dit evenwicht door waterstof te verdringen die anders zou samensmelten. De zon kan alleen naar binnen trekken, de zwaartekracht is meedogenloos en onverschillig. Wanneer dit gebeurt, worden de kernreacties van de kern heviger, waardoor de temperatuur stijgt, wat op zijn beurt het oppervlak van de zon dwingt op te zwellen en helderder te worden.

Langzaam, langzaam, langzaam, terwijl helium zich blijft ophopen in de kern van de zon (of een andere ster met een vergelijkbare massa), zet het uit en wordt als reactie helderder. Het is moeilijk precies te voorspellen wanneer deze opheldering een ramp zal betekenen voor onze planeet, en dit hangt af van de complexe interactie tussen straling, de atmosfeer en de oceanen. Maar de algemene schatting is dat we nog ongeveer 500 miljoen jaar te gaan hebben voordat leven onmogelijk wordt.