Điều gì xảy ra nếu Mặt Trời bất ngờ ngừng hoạt động?

Nếu hôm nay, bằng một phép màu nào đó, toàn bộ các phản ứng nhiệt hạch trong lõi Mặt Trời bị dập tắt hoàn toàn. Khi đó, câu trả lời từ các nhà vật lý học sẽ khiến bạn kinh ngạc: Vào ngày hôm đó, ngày mai, hay thậm chí là hàng nghìn năm sau, tuyệt đối không có gì thay đổi. Mặt Trời vẫn sẽ treo cao trên bầu trời, cây cối vẫn tiếp tục quang hợp, các nền văn minh nhân loại vẫn sẽ trỗi dậy rồi sụp đổ, và bạn vẫn có thể bị cháy nắng nếu ra đường vào buổi trưa.

Ánh sáng chiếu xuống Trái Đất hôm nay thực chất phản ánh tình trạng lõi Mặt Trời từ 100.000 năm trước. (Nguồn: Worldatlas)

Nghịch lý từ "cỗ máy" hạt nhân kém hiệu quả nhất vũ trụ

Nguyên nhân của sự "bình yên" kỳ lạ này nằm ở chính hiệu suất hoạt động cực kỳ thấp của ngôi sao trung tâm. Dù Mặt Trời tỏa ra nguồn năng lượng khổng lồ đủ để duy trì sự sống cho cả hệ hành tinh, nhưng xét trên từng mét khối vật chất, lõi của nó lại hoạt động vô cùng tệ hại. Các phép tính vật lý chỉ ra rằng trung tâm Mặt Trời chỉ tạo ra khoảng 277 watt năng lượng trên mỗi mét khối.

Để dễ hình dung, cơ thể con người với các quá trình trao đổi chất và vận động cơ bắp thực chất còn tạo ra mật độ năng lượng cao gấp 5 lần so với lõi Mặt Trời. Sự rực rỡ và nóng bỏng của thiên thể này không đến từ sự dữ dội của phản ứng hạt nhân, mà đơn giản là vì kích thước của nó quá khổng lồ.

Lý do khiến lõi Mặt Trời "chậm chạp" như vậy là vì các hạt proton (hạt nhân nguyên tử hydro) tại đây đều mang điện tích dương nên chúng cực kỳ ghét nhau và luôn đẩy nhau ra xa. Một hạt proton điển hình phải mất trung bình 10 tỷ năm - tức là dài hơn cả tuổi thọ hiện tại của ngôi sao này - lang thang trong lõi thì mới gặp được "chân ái" của đời mình để tạo ra phản ứng hạt nhân. Vì hệ thống này vốn đã vận hành với tốc độ "rùa bò" và tích lũy năng lượng chậm rãi như vậy, nên việc đột ngột tắt nguồn các phản ứng sẽ không thể làm năng lượng của Mặt Trời sụt giảm ngay tức thì.

Mặt Trời rực cháy với những dòng plasma và bùng nổ năng lượng. (Nguồn: Getty Images)

"Bể chứa nhiệt" vĩ đại và cơ chế cứu rỗi của Kelvin-Helmholtz

Lý do thứ hai khiến Trái Đất không bị đóng băng là vì phản ứng nhiệt hạch không phải là bản chất tạo ra cái nóng của Mặt Trời. Hãy tưởng tượng Mặt Trời như một chiếc chảo gang khổng lồ được nung nóng trên bếp. Phản ứng hạt nhân chỉ đóng vai trò như ngọn lửa nhỏ âm ỉ bên dưới để giữ cho chiếc chảo không bị nguội đi.

Khi ngọn lửa ấy tắt, chiếc chảo gang khổng lồ chứa đầy vật chất nóng bỏng vẫn cần hàng triệu năm để tỏa hết nhiệt lượng vào không gian lạnh giá của vũ trụ. Lúc này, một cơ chế vật lý cổ điển mang tên Kelvin-Helmholtz sẽ được kích hoạt để cứu rỗi cả Thái dương hệ.

Lord William Thomson Kelvin - nhà vật lý nổi tiếng với phép tính sai về tuổi của Mặt Trời, nhưng lại đưa ra công thức Kelvin–Helmholtz quan trọng giúp giải thích cơ chế năng lượng sao. (Nguồn Wikimedia)

Khi không còn áp suất đẩy ra từ các phản ứng hạt nhân, lực hấp dẫn khổng lồ của Mặt Trời sẽ bắt đầu kéo tất cả vật chất của nó co cụm lại vào tâm. Theo định luật nhiệt động lực học, khi một khối khí khổng lồ bị nén lại trong một không gian chật chội hơn, nó sẽ tự động nóng lên. Chính cơ chế tự co rút này sẽ tiếp tục sinh ra nhiệt năng và áp suất, giúp Mặt Trời duy trì độ sáng và bức xạ ấm áp ra xung quanh thêm một khoảng thời gian rất dài. Thực tế, ánh sáng chiếu xuống Trái Đất hôm nay thực chất phản ánh tình trạng lõi Mặt Trời từ 100.000 năm trước.

Chính vì cấu trúc chật chội, hỗn độn và quy mô không tưởng của Mặt Trời, bất kỳ sự cố "sập nguồn" nào từ tận sâu trong lõi cũng phải mất hàng triệu năm để các hạt photon ánh sáng có thể tìm đường thoát ra đến bề mặt. Do đó, nếu một ngày tận thế như vậy thực sự bắt đầu vào ngày hôm nay, loài người vẫn có thừa thời gian để tiến hóa, thám hiểm các vì sao xa xôi trước khi Trái Đất kịp nhận ra những tia nắng cuối cùng đang lịm tắt.