ในอนาคตอันไกลโพ้น หลายปัจจัยจะเข้ามามีบทบาทในระบบสุริยะ แต่ท้ายที่สุด คำสุดท้ายจะอยู่ที่ไอน์สไตน์ วงโคจรของโลกจะเปลี่ยนไปอย่างไรจนกว่าจะตายอย่างน่าเศร้า?
หากเราสามารถวัดระยะทางเฉลี่ยจากโลกถึงดวงอาทิตย์ได้ตลอดทั้งปีและหลายปี เราจะพบบางสิ่งที่รบกวนจิตใจอย่างมาก ทุกๆ ปี โลกของเราค่อยๆ เคลื่อนห่างจากดวงอาทิตย์ - ประมาณหนึ่งเซนติเมตรครึ่งต่อปี เป็นเวลาหลายพันล้านปีที่โลกค่อยๆ เคลื่อนตัวออกนอกวงโคจร และแนวโน้มนี้ควรดำเนินต่อไปอีกหลายพันล้านปี
และยังเป็นเพียงปรากฏการณ์ชั่วคราวเท่านั้น เมื่อเวลาผ่านไป โลกจะสูญเสียพลังงานในวงโคจรและบินเข้าหาดวงอาทิตย์ แม้ว่าจะไม่ได้กลืนกินโลกของเราเมื่อมันกลายเป็นดาวยักษ์แดงก็ตาม ในอนาคตอันไกลโพ้น หลายปัจจัยจะเข้ามามีบทบาทในระบบสุริยะ แต่ท้ายที่สุด คำสุดท้ายจะอยู่ที่ไอน์สไตน์ วงโคจรของโลกจะเปลี่ยนไปอย่างไรจนกว่าจะตายอย่างน่าเศร้า?
ความคิดที่ว่าวงโคจรของโลกเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลานั้นดูแปลกและทำให้หลายคนท้อใจ เพราะตั้งแต่สมัยของเคปเลอร์ นั่นคือเป็นเวลากว่า 400 ปีแล้วที่เรามีความเข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าดาวเคราะห์เคลื่อนที่อย่างไร กฎข้อแรกของการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์กล่าวว่า: วงโคจรของดาวเคราะห์แต่ละดวงเป็นวงรี ซึ่งจุดโฟกัสจุดใดจุดหนึ่งคือดวงอาทิตย์ และกฎข้อนี้สอดคล้องกับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันอย่างสมบูรณ์
สิ่งนี้น่าประทับใจยิ่งกว่าเมื่อคุณนึกถึงข้อเท็จจริงที่ว่ากฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตันถูกสร้างขึ้นมาเพียง 60 ปีหลังจากที่เคปเลอร์วางกฎของเขา อย่างไรก็ตาม กฎของเคปเลอร์และนิวตันนั้นเป็นจริงโดยประมาณเท่านั้น มีปรากฏการณ์ที่แยกจากกันหกประการที่มีบทบาทสปอยล์ในโซลูชันที่แม่นยำและเสถียรอย่างสมบูรณ์แบบนี้ มาดูรายการแต่ละรายการและบอกเกี่ยวกับผลกระทบที่ปรากฏการณ์เหล่านี้สร้างขึ้น
1. นิวเคลียร์ฟิวชันในดวงอาทิตย์ ทุกวินาที นิวเคลียสอะตอมของแสงจำนวนมากในดวงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นธาตุและไอโซโทปที่หนักกว่าในระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน เมื่อองค์ประกอบที่เบากว่ารวมกันเป็นองค์ประกอบที่หนักกว่า นิวเคลียสที่หนักกว่าจะกลายเป็นพันธะที่แน่นหนา แต่สิ่งนี้ต้องการการปลดปล่อยพลังงาน ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการหลอมรวมโซลาร์เซลล์ ฮีเลียม-4 นั้นเบากว่าโปรตอนสี่ตัวที่ก่อตัวในปฏิกิริยาลูกโซ่ 0.7%
ดังนั้นดวงอาทิตย์จึงสูญเสียมวลรวม 4 ล้านตันต่อวินาทีตามสูตร E = mc² ของไอน์สไตน์ การสูญเสียมวลนี้เล็กน้อย แต่สะสมเมื่อเวลาผ่านไป ทุกปี เนื่องจากการสูญเสียมวลดังกล่าวอันเป็นผลมาจากนิวเคลียร์ฟิวชัน วงโคจรของโลกจึงเพิ่มขึ้นหนึ่งเซนติเมตรครึ่ง ตลอดการดำรงอยู่ของมัน ดวงอาทิตย์เนื่องจากนิวเคลียร์ฟิวชันได้สูญเสียมวลจำนวนดังกล่าวซึ่งสอดคล้องกับมวลของดาวเสาร์
2. การโคจรรอบดวงอาทิตย์ โลกชนกับอนุภาค สิ่งนี้มีผลมหาศาลในช่วงแรกของการดำรงอยู่ของระบบสุริยะ เมื่อดวงอาทิตย์ถูกล้อมรอบด้วยดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ของสสาร สิ่งนี้จะมีผลมหาศาลอีกครั้งเมื่อดวงอาทิตย์กลายเป็นดาวยักษ์แดง เพราะใน 7.6 พันล้านปี มันจะปล่อยสสารจำนวนมากออกมา ซึ่งคิดเป็นประมาณ 33% ของมวลทั้งหมดของมัน
ในทั้งสองกรณี เมื่อสารนี้ชนกับโลก วงโคจรของเราจะเปลี่ยนไป จำนวนที่แน่นอนของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความเร็วของสสารที่สัมพันธ์กับโลก ระหว่างการก่อตัวของระบบสุริยะ นี่คือการเคลื่อนที่เข้าด้านใน และเมื่อสิ้นสุดชีวิตของดวงอาทิตย์ นี่คือการเคลื่อนไหวภายนอก แต่ตอนนี้เราถูกทิ้งระเบิดโดยอนุภาคของลมสุริยะเป็นหลัก ซึ่งมีมวลเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ซึ่งคิดเป็นจำนวนประมาณ 18,000 ตันต่อปี นี้มีขนาดเล็กมากภายใต้อิทธิพลของอนุภาคเหล่านี้ วงโคจรของโลกจะเปลี่ยนแปลงทุก ๆ ล้านปีโดยความกว้างของโปรตอนเท่านั้น
3. ผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่อื่นๆ ในระบบสุริยะของเรา นี้อาจหรือไม่อาจมีบทบาทสำคัญ มีวัตถุมากมายในระบบสุริยะของเราที่โคจรรอบดวงอาทิตย์และวัตถุอื่นๆ พวกมันแต่ละอันมีขนาดและมวลที่ค่อนข้างแน่นอนและค่อนข้างมาก และพวกมันใช้แรงดึงดูดระหว่างกัน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น มีโอกาสที่วงโคจรเหล่านี้จะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาและกลายเป็นความโกลาหล
ผลการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้พบว่ามีโอกาสประมาณหนึ่งเปอร์เซ็นต์ที่ดาวเคราะห์ชั้นในสี่ดวงหรือมากกว่าในระบบสุริยะ (ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก ดาวอังคาร) จะสูญเสียความเสถียรของวงโคจรในอีกหลายพันล้านปีข้างหน้า หากสิ่งนี้เกิดขึ้น วงโคจรของโลกอาจเปลี่ยนแปลงอย่างมาก เป็นไปได้ว่าภายใต้อิทธิพลของกองกำลังเหล่านี้ ดาวเคราะห์ของเราจะชนเข้ากับดวงอาทิตย์หรือออกจากระบบสุริยะ นี่เป็นส่วนที่คาดเดาไม่ได้มากที่สุดในวงโคจรของโลก
4. ดวงอาทิตย์จะกลายเป็นดาวสีแดงขนาดยักษ์ เรารู้ว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้น และเราก็รู้คร่าวๆ ว่ามันจะเกิดขึ้นได้อย่างไร แกนในจะหดตัวและเรืองแสง ชั้นนอกจะบวมและมีขนาดมหึมา ฮีเลียมฟิวชั่นจะเริ่มขึ้นในแกนกลางของดาว ดวงอาทิตย์จะเหวี่ยงมวลสารสำคัญออกไป แต่อย่างอื่นสำคัญกว่าสำหรับเรา เมื่อกลายเป็นดาวยักษ์แดงและขยายใหญ่ขึ้น ดวงอาทิตย์จะกลืนกินดาวเคราะห์ชั้นใน
ปรอทจะหายไป ดาวศุกร์ก็จะถูกดวงอาทิตย์กลืนกินเช่นกัน โลกก็จะถึงจุดจบเช่นกัน เว้นแต่จะสามารถเคลื่อนออกจากดวงอาทิตย์ได้มากกว่า 15% ของรัศมีปัจจุบัน ซึ่งเป็นที่น่าสงสัยอย่างมากและจะต้องเพิ่มความไม่เสถียรของวงโคจรในช่วงเวลาต่อจากนี้ไปเป็นการเปลี่ยนแปลงของ อาทิตย์กลายเป็นยักษ์แดง แต่เพื่อให้โลกสามารถอยู่รอดภายใต้ดาวยักษ์แดง (และสามารถทำได้) ระยะห่างจากดวงอาทิตย์จะต้องสิ้นสุดในตอนนี้
5. วัตถุอื่นๆ ในดาราจักร ในบางครั้ง มวลจำนวนมากจะเคลื่อนผ่านเข้าใกล้ระบบสุริยะของเรา เช่น ดาวฤกษ์ ดาวแคระน้ำตาล หรือดาวเคราะห์ที่เร่ร่อน ไม่น่าเป็นไปได้สูงที่วัตถุดังกล่าวจะบินเข้ามาใกล้พอที่จะทำให้วงโคจรของโลกออกจากสภาวะที่เสถียรก่อนที่ดวงอาทิตย์จะกลายเป็นดาวยักษ์แดง แต่หลังจากช่วงนี้จะมีเวลาอีกมาก เมื่อจักรวาลมีอายุถึง 100,000 เท่าในปัจจุบัน การบรรจบกันของแรงโน้มถ่วงอย่างใกล้ชิดจะมีโอกาสมากขึ้น
เมื่อดาวพุธและดาวศุกร์หายไป โลกจะกลายเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด เมื่อสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เกิดขึ้น หนึ่งในสองสิ่งสามารถเกิดขึ้นได้ ไม่ว่ามวลที่บุกรุกเข้ามาจะทำให้โลกออกจากที่สงบ ทำให้วงโคจรไม่เสถียร หรือระบบสุริยะ-โลก (อาจรวมถึงดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ที่เหลือ) จะถูกขับออกจากกาแล็กซีของเรา เป็นกระบวนการที่วุ่นวายและคาดเดาไม่ได้ และอะไรก็เกิดขึ้นได้ คุณเพียงแค่ต้องรอ
6. รังสีความโน้มถ่วง แต่ถ้าโลกยังคงผูกติดอยู่กับดวงอาทิตย์ และเป็นไปได้มากว่าถ้าเศษที่เหลือของระบบสุริยะถูกโยนออกจากกาแล็กซี รังสีโน้มถ่วงจะบังคับให้โลกเข้าใกล้ดวงอาทิตย์อย่างช้าๆ ตามทฤษฎีความโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ เมื่อมวลสองก้อนโคจรรอบกัน คลื่นความโน้มถ่วงจะถูกปล่อยออกมา
เมื่อพิจารณามวลและตำแหน่งของดวงอาทิตย์และโลกในปัจจุบัน การเปลี่ยนแปลงของวงโคจรจะอยู่ที่เพียง 1 atm ครึ่งต่อปี ซึ่งหมายความว่าจะใช้เวลาหนึ่งพันปีก่อนที่โลกจะเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ด้วยความกว้างของโปรตอนหนึ่งอัน แต่ถ้าไม่มีแรงกระทำอื่นๆ เหลืออยู่ นี่จะเป็นสิ่งเดียวที่มีความสำคัญในระดับเวลาของจักรวาล ถ้าไม่มีอะไรมาขวาง โลกจะชนดวงอาทิตย์ใน 10 ปียกกำลัง 26 ปี นี่คือ 10 พันล้านล้านเท่าของอายุปัจจุบันของจักรวาล
ปรากฏการณ์ทั้งหกนี้ค่อนข้างจริง และล้วนมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในวงโคจรของโลก แต่ละคนในเวลาที่เหมาะสมสามารถกลายเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดได้
- ในช่วงเริ่มต้นของการดำรงอยู่ของระบบสุริยะ เมื่อดาวเคราะห์และดาวเทียมของพวกมันยังคงก่อตัว การชนกันระหว่างดาวเคราะห์และแพลนโซอิมอลมีอิทธิพลอย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงในวงโคจรของโลก (โปรโต-โลก)
- ทุกวันนี้ การสูญเสียมวลอันเนื่องมาจากนิวเคลียร์ฟิวชันส่งผลกระทบมากที่สุดต่อระยะห่างของโลกจากดวงอาทิตย์
- เมื่อเกิดความไม่แน่นอนของแรงโน้มถ่วง อิทธิพลของดาวเคราะห์ดวงอื่นสามารถเปลี่ยนแปลงและทำลายวงโคจรของโลกได้ก่อนที่ดวงอาทิตย์จะกลายเป็นดาวยักษ์แดง
- เมื่อดวงอาทิตย์เริ่มกลายเป็นดาวยักษ์แดง ทุกอย่างจะขึ้นอยู่กับว่ามันจะกลืนโลกหรือไม่ หากกลืนกินโลกของเราจะสิ้นสุดลง
- หลังจากที่ดวงอาทิตย์กลายเป็นดาวแคระขาว บิลเลียดความโน้มถ่วงของจักรวาลก็เริ่มขึ้น ไม่ว่าโลกจะแตกออกจากดวงอาทิตย์หรือระบบสุริยะที่เหลือทั้งหมดพร้อมกับโลกจะบินออกไป
- แต่ถ้าเวลานั้นโลกยังคงรักษาไว้ โลกจะยังคงเคลื่อนตัวตามแรงโน้มถ่วงเข้าด้านในจนกว่าดาวแคระดำจะกลืนกินเข้าไป ซึ่งดวงอาทิตย์จะกลายเป็นเมื่อถึงเวลานั้น
ตอนนี้โลกกำลังค่อยๆ เคลื่อนตัวออกจากดวงอาทิตย์ภายใต้อิทธิพลของนิวเคลียร์ฟิวชันที่ไม่หยุดยั้งภายในดาวของเรา เมื่อเวลาผ่านไป ดวงอาทิตย์จะค่อยๆ เผาผลาญเชื้อเพลิง สูญเสียมวลและทำให้แรงโน้มถ่วงลดลง หากสิ่งนี้ดำเนินต่อไปจนกระทั่งมันกลายเป็นดาวยักษ์แดง เมื่อถึงเวลานั้นดวงอาทิตย์จะกลืนโลกหรือจะอยู่รอดและเห็นการเปลี่ยนแปลงของมันกลายเป็นดาวแคระขาว
เมื่อถึงจุดนี้ รังสีโน้มถ่วงจะทำให้การโคจรของโลกอ่อนตัวลงอย่างช้าๆ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่มันจะเริ่มเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ หากวัตถุเร่ร่อนไม่บินผ่านระบบสุริยะและผลักโลกออกไป การสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์จะดำเนินต่อไป และเมื่อเวลาผ่านไปมันก็จะตกลงบนซากศพของดวงอาทิตย์ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อเอกภพมีอายุมากกว่า 10 พันล้านเท่า ตราบใดที่โลกยังอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ ถ้าเราไม่แยกตัวออกจากดาวของเรา ชะตากรรมที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของเราในอนาคตอันไกลโพ้นจะค่อยๆ ตกลงมาบนดาวดวงนั้น