Thảm họa lớn nhất có thể xảy ra trên Trái Đất là gì?

Đối với bản thân Trái đất, những sự kiện như va chạm tiểu hành tinh hay siêu núi lửa phun trào thực ra chẳng đáng gọi là thảm họa lớn, nhiều lắm chỉ như một cơn "ngứa ngáy" thoáng qua. Vì vậy, nếu hỏi thảm họa lớn nhất mà Trái đất có thể phải đối mặt là gì, chúng ta cần xem xét những thảm họa đủ sức đe dọa đến sự tồn tại của chính Trái đất.

Liệu có thảm họa như vậy thật sao? Thực ra chúng ta không cần phải tìm kiếm đâu xa, ngay trong Hệ Mặt trời của chúng ta cũng tồn tại một thảm họa đủ sức đe dọa sự tồn tại của Trái đất. Và nguồn gốc của nó chính là Mặt trời.

Ánh sáng và nhiệt lượng của Mặt trời thực chất đến từ phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của nó. Nhưng "nhiên liệu hạt nhân" này không phải là vô tận. Theo thời gian, "nhiên liệu hạt nhân" trong lõi Mặt trời chắc chắn sẽ cạn kiệt.

Đến lúc đó, nó sẽ tiến hóa thành một sao khổng lồ đỏ. Trong quá trình này, thể tích của nó sẽ mở rộng một cách chóng mặt, đến mức Trái đất rất có thể sẽ bị nó nuốt chửng.

Vậy câu hỏi đặt ra là, nếu "nhiên liệu hạt nhân" đã cạn kiệt, tại sao Mặt trời lại phình to, và năng lượng đó đến từ đâu? Câu trả lời nằm ở một phần "nhiên liệu hạt nhân" bên ngoài lõi Mặt trời.

"Nhiên liệu hạt nhân" chính của Mặt trời là hydro, chúng sẽ hợp nhất thành heli thông qua một quá trình được gọi là "phản ứng dây chuyền proton-proton".

Vì chỉ có nhiệt độ và áp suất đủ cao mới có thể kích hoạt phản ứng tổng hợp hạt nhân, mà nhiệt độ và áp suất bên trong Mặt trời đến từ lực co lại do chính trọng lực của nó. Càng đi vào sâu, nhiệt độ và áp suất càng cao, nên chỉ có một vùng ở tận cùng bên trong mới đủ điều kiện để diễn ra phản ứng tổng hợp hạt nhân hydro. Vùng này được gọi là lõi Mặt trời.

Theo dự đoán, trong 5 tỷ năm nữa, Mặt trời sẽ thực hiện một sự biến đổi kỳ lạ

Phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi Mặt trời tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ. Ngoài việc giúp Mặt trời phát sáng và tỏa nhiệt, năng lượng này còn tạo ra một áp suất bức xạ hướng ra ngoài mạnh mẽ.

Áp suất bức xạ này cân bằng với lực hấp dẫn của chính Mặt trời, đồng thời ngăn cản vật chất từ các lớp bên ngoài Mặt trời đi vào lõi dưới dạng đối lưu. Nói cách khác, trong suốt giai đoạn sao thuộc dãy chính của Mặt trời, chỉ có phần "nhiên liệu hạt nhân" trong lõi của nó được tiêu thụ.

Nhiệt độ lõi Mặt trời vào khoảng 15 triệu độ K, trong khi nhiệt độ cần thiết để kích hoạt phản ứng tổng hợp hạt nhân heli là khoảng 100 triệu độ K. Do đó, lõi Mặt trời không thể kích hoạt phản ứng tổng hợp heli. Vì vậy, heli được tạo ra từ phản ứng tổng hợp hydro sẽ liên tục tích tụ lại. Sau khi hydro trong lõi Mặt trời được sử dụng hết, nó sẽ trở thành một "lõi heli" chủ yếu được cấu tạo từ heli.

"Lõi heli" không thể tạo ra năng lượng, bên trong Mặt trời mất đi áp suất bức xạ và do đó xảy ra hiện tượng co lại do lực hấp dẫn. Trong quá trình này, nhiệt độ bên trong Mặt trời sẽ không ngừng tăng lên. Khi nhiệt độ tăng đến một mức độ nhất định, nó sẽ đốt cháy phản ứng tổng hợp hạt nhân của lớp hydro nằm bên ngoài "lõi heli", hay còn được gọi là "phản ứng tổng hợp hạt nhân lớp vỏ hydro".

Theo ước tính của các nhà khoa học, bán kính lõi Mặt trời chỉ bằng khoảng 20% bán kính Mặt trời. Điều này có nghĩa là lượng hydro tham gia vào "phản ứng tổng hợp hạt nhân lớp vỏ hydro" là rất lớn, vì vậy năng lượng giải phóng từ phản ứng tổng hợp này sẽ vượt xa trước đây.

Dưới sự thúc đẩy của nguồn năng lượng khổng lồ, thể tích của Mặt trời sẽ giãn nở mạnh mẽ. Sự giãn nở này lại khiến mật độ công suất trên bề mặt ngôi sao giảm đáng kể, nhiệt độ giảm xuống, và do đó làm cho màu sắc của nó chuyển sang đỏ. Ngôi sao như vậy được gọi là sao khổng lồ đỏ.

Mặt khác, "lõi heli" sẽ tiếp tục co lại cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng giữa áp suất suy biến electron và lực hấp dẫn. Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, khi nhiệt độ lõi đạt 100 triệu độ K, phản ứng tổng hợp hạt nhân heli sẽ được kích hoạt.

Hiệu suất tổng hợp hạt nhân của vật chất suy biến cực kỳ cao, sẽ xảy ra phản ứng tổng hợp hạt nhân mất kiểm soát nhiệt, từ đó giải phóng một năng lượng khổng lồ trong thời gian ngắn (ước tính gấp khoảng 100 tỷ lần so với bình thường).

Khi đó, "lõi heli" sẽ giãn nở ở một mức độ nhất định, vật chất thoát khỏi trạng thái suy biến, và nhiệt độ cũng giảm xuống đôi phần. Do đó, phản ứng tổng hợp hạt nhân mất kiểm soát nhiệt sẽ dừng lại, và chờ đến lần co lại tiếp theo của "lõi heli".

Phản ứng tổng hợp heli ngắn ngủi này chính là "vụ nổ heli" nổi tiếng. Trong thời gian tiếp theo, lõi Mặt trời sẽ dần tiến hóa thành một lõi đặc chủ yếu cấu tạo từ carbon và oxy thông qua những lần "vụ nổ heli" lặp đi lặp lại.

Sau khi giai đoạn sao khổng lồ đỏ kết thúc, vật chất ở lớp ngoài của Mặt trời sẽ tiến hóa thành một tinh vân hành tinh tráng lệ, còn lõi đặc của nó sẽ tiến hóa thành một sao lùn trắng.

Vậy, khi Mặt trời tiến hóa thành sao khổng lồ đỏ, nó sẽ lớn đến mức nào? Trên thực tế, trong số các ngôi sao đã biết, có không ít ví dụ điển hình.

Chẳng hạn, trong chòm sao Trường Xà, cách chúng ta khoảng 1410 năm ánh sáng, có một ngôi sao khổng lồ đỏ tên là "V Trường Xà". Theo tính toán của các nhà khoa học, khối lượng của nó tương đương với Mặt trời, nhưng bán kính của nó lại gấp khoảng 420 lần bán kính Mặt trời. Qua đó, chúng ta có thể thấy rõ mức độ giãn nở của sao khổng lồ đỏ mạnh đến nhường nào.

Về kích thước của Mặt trời khi nó tiến hóa thành sao khổng lồ đỏ, mặc dù các mô hình lý thuyết khác nhau đưa ra những kết quả dự đoán có sự chênh lệch nhất định, nhưng về cơ bản có thể khẳng định rằng, khi đó bán kính của Mặt trời sẽ giãn nở ít nhất gần 300 lần so với hiện tại.

Chúng ta đều biết, bán kính hiện tại của Mặt trời là khoảng 696.000 km, và khoảng cách trung bình từ Trái đất đến Mặt trời là khoảng 150 triệu km. Tính toán đơn giản cho thấy, nếu bán kính Mặt trời tăng lên 300 lần so với hiện tại, thì bán kính của nó sẽ vượt quá khoảng cách Mặt Trời - Trái Đất. Điều này có nghĩa là, khi đó Trái đất sẽ bị nuốt chửng.

Vì vậy, có thể nói rằng, nếu không có gì bất thường, thảm họa lớn nhất mà Trái đất có thể phải đối mặt trong tương lai, rất có thể là bị Mặt trời - khi đã tiến hóa thành sao khổng lồ đỏ - nuốt chửng một cách không thương tiếc.

Tin tốt lành là hiện tại Mặt trời vẫn đang trong thời kỳ "tráng niên". Theo dự đoán của các nhà khoa học, "nhiên liệu hạt nhân" trong lõi của nó vẫn có thể sử dụng được trong khoảng 5 tỷ năm nữa. Hiện tại, chúng ta không cần phải lo lắng về điều này.

Có lẽ chúng ta có thể lạc quan cho rằng, nếu 5 tỷ năm sau trên Trái đất vẫn còn loài người, trình độ công nghệ của họ chắc chắn sẽ cao đến mức khó tin, đủ sức ứng phó một cách dễ dàng với mối đe dọa từ Mặt trời.

Diệu Hạnh (Theo Thương Hiệu và Pháp Luật)