Der Evolutionspfad der Sonne wurde ausführlich beschrieben, und abgesehen von subtilen Unterschieden wird er seit Jahrzehnten als solcher beschrieben - die erdverschlingende rote Riesenbühne, der Heliumblitz usw. Es scheint, dass das Wissen dazu notwendig ist Eine solche Vorhersage gibt es schon seit den 60er Jahren, wenn nicht früher.

Woher wissen wir, dass dies in den beschriebenen Zeiträumen geschehen wird? Wenn wir einige Messungen / Schätzungen der Masse und Zusammensetzung der Sonne vornehmen und unser Verständnis der Kernphysik - Energie der Fusion usw. und ein Verständnis der Newtonschen Physik (oder müssen wir Einstein anrufen?) Verwenden, tun wir das Vorhersagen fallen einfach unvermeidlich aus?

Könnten die Vorhersagen falsch sein? Gibt es ein signifikantes Maß an Unsicherheit, möglicherweise aufgrund der Empfindlichkeit bestimmter Berechnungen gegenüber Anfangsbedingungen usw.?

Ist die rote Riesenzukunft unserer Sonne eine feste Schlussfolgerung oder nur eine wahrscheinliche Möglichkeit unter einer Reihe anderer, über die allgemein gesprochen wird, nur weil sie die wahrscheinlichste zu sein scheint?

Was Sie nicht berücksichtigen, ist, dass unsere Vorhersagen für die zukünftige Entwicklung der Sonne nicht nur auf unserem Verständnis und unseren Beobachtungen der Sonne beruhen. Sie basieren auf unserem Verständnis und unseren Beobachtungen aller Sterne, die wir jemals gesehen haben. Die Sache ist, Sterne mit der gleichen Masse und Zusammensetzung müssen sich notwendigerweise auf die gleiche Weise entwickeln. So können wir auf andere Sterne schauen und einige finden, die mehr oder weniger mit unseren eigenen übereinstimmen, aber möglicherweise weiter auf dem Weg der Evolution sind. Wir können diese Sterne studieren und sehen, was mit ihnen passiert. Indem wir viele Daten über viele Sterne an vielen verschiedenen Punkten ihres evolutionären Lebenszyklus zusammenfassen, können wir ein kohärentes Bild für unsere eigene Sonne zusammenstellen.

Wissenschaftler haben große Anstrengungen unternommen, um herausragende Evolutionsmodelle zu erstellen. Zu diesem Zweck stellen sie die zahlreichen Informationen zusammen, die aus den zig Millionen von Sternen gewonnen wurden, die wir beobachtet haben, fügen eine Menge Mathematik und Physik hinzu, die die in diesen Sternen ablaufenden physikalischen Prozesse darstellen, und Sie finden, dass die "Vorhersagen einfach unvermeidlich sind ausfallen". Es gibt viele herausragende evolutionäre Codebasen, die Sie finden können. Zum Beispiel haben Pols et al. 1998wendete Sternentwicklungscode auf Sternhaufen an. Eine Figur, die aus ihrem Papier gezogen wurde, ist unten gezeigt. Es zeigt ein Farb-Größen-Diagramm des offenen M67-Sternhaufens sowie Vorhersagen der Evolutionsspur dieser Sterne. Es gibt natürlich einige Abweichungen, da nicht jeder Stern genau gleich ist, aber insgesamt kann man sehen, dass die Sterne der vorhergesagten Evolutionsspur ziemlich gut folgen.

Sobald Sie ein gut kalibriertes Sternentwicklungsprogramm haben, ist es nicht allzu schwierig, dieses Programm auf unsere Sonne anzuwenden. Es wird einige Unbekannte und Abweichungen geben, z. B. kennen wir möglicherweise nicht das physikalische Ausmaß der Expansion der roten Riesenphasen, aber wir wissen, dass dies passieren wird.

Aus der Theorie

Es ist möglich, die Gleichungen der Sternstruktur über die Zeit numerisch zu integrieren, um herauszufinden, wie sich ein Stern entwickeln wird. Einige grundlegende informierte "Vermutungen" über die zentralen und Oberflächeneigenschaften des Modellsterns müssen gemacht werden, aber während das Modell erstellt wird, können zukünftige Iterationen unterschiedliche Werte für diese verwenden, wodurch das Modell immer genauer wird, bis es selbstkonsistent ist .

Die Gleichungen basieren auf mehreren Schlüsselannahmen (für die es eine gute Menge an Beweisen gibt). Hier sind ein paar:

• Sterne befinden sich in einem ungefähren hydrostatischen Gleichgewicht
• Energie wird (größtenteils) über gut erforschte Kernfusionswege erzeugt
• Energie wird gespart
• Es gibt eine Beziehung - eine Zustandsgleichung -, die die mathematische Beziehung über viele der Schlüsselgrößen (z. B. Druck, Dichte, Temperatur usw.) beschreibt.

Aus dem Experiment

Allein in der Milchstraße gibt es Hunderte von Milliarden Sternen. Natürlich kennen wir nicht alle - und das Gaia-Raumschiff wird nur (immer noch erstaunlich viele) eine Milliarde von ihnen beobachten -, aber wir haben Beobachtungen für eine Reihe von Sternen wie die Sonne und Sterne, die sich irgendwo auf evolutionären Spuren befinden ähnlich wie vorhergesagt wird die Sonne nehmen. Daten von diesen Sternen bestätigen viele Modelle (während sie zeigen, dass andere modifiziert werden müssen).

Dank wiederholter Vergleiche von Theorie und Simulation mit dem realen Leben wurden die Modelle im Laufe der Zeit verfeinert und immer mehr Beweise für sie gesammelt. Es gibt immer ein starkes Zusammenspiel zwischen Theorie und Experiment, und die Modellvorhersagen stimmen mit dem überein, was wir am Himmel sehen, während die Dinge, die wir am Himmel sehen, uns immer bessere Daten liefern, um neuere, noch genauere Modelle zu erstellen.

In einer Nussschale . . .

. . . Wir haben gute Theorien für die Prozesse, die Sterne ermöglichen, darunter die Kernfusion. Wir wissen sehr gut, wie die Kernfusion Elemente im Laufe der Zeit verändern sollte und wie sich daher die Zusammensetzung einer Materialprobe ändern sollte. Wir wissen auch, dass Fusion der Prozess ist, den die Kräfte spielen. Daher können wir Modelle erstellen, die zeigen, wie die Fusion in einem Stern dazu führen sollte, dass er sich im Laufe der Zeit ändert und weiterentwickelt. Diese Modelle stimmen dann mit empirischen Daten überein.

Ist die rote Riesenzukunft unserer Sonne eine feste Schlussfolgerung oder nur eine wahrscheinliche Möglichkeit unter einer Reihe anderer, über die allgemein gesprochen wird, nur weil sie die wahrscheinlichste zu sein scheint?

Wenn man die winzige Möglichkeit ignoriert, dass irgendwann in den nächsten Milliarden Jahren so etwas wie ein Neutronenstern mit unserer Sonne kollidiert, ist das unvermeidlich. Es gibt einige Debatten über Grenzfälle wie Sterne mit geringer Metallizität ("Metall" bedeutet für einen Astronomen alles andere als Wasserstoff oder Helium) und Sterne mit niedriger oder hoher Masse. Unsere Sonne fällt nicht in diese Grenzfälle.