太陽(yáng)的一生
本文為你詳解太陽(yáng)的一生。（文末有驚喜）
太陽(yáng)表面巨大的日珥。SDO
太陽(yáng)一直都位于我們宇宙哲學(xué)體系的中心。但是隨著現(xiàn)代天文學(xué)的發(fā)展，人類開(kāi)始意識(shí)到太陽(yáng)只不過(guò)是我們宇宙中不計(jì)其數(shù)的恒星之一。在本質(zhì)上，它是一顆普通G型主序星的完美實(shí)例（又稱G2V?！包S矮星”）。和所有恒星一樣，它有自己的壽命，有形成階段、主序階段和最終的死亡。
這個(gè)生命期開(kāi)始于大約46億年前，且還將延續(xù)45至55億年，屆時(shí)它將耗盡氫燃料和氦燃料，并坍縮成一顆白矮星。但這只不過(guò)是太陽(yáng)壽命的簡(jiǎn)化版。細(xì)節(jié)才是魔鬼。
類日恒星的生命周期，左側(cè)是它的誕生，右側(cè)是它幾十億年后的紅巨星階段。ESO
太陽(yáng)已走完了其最穩(wěn)定生命階段的一半。在過(guò)去四十億年期間，在地球及整個(gè)太陽(yáng)系的誕生期間，它一直保持著相對(duì)的穩(wěn)定。而這種情況還會(huì)保持四十億年，隨后它的氫燃料就將耗盡。緊接著就會(huì)發(fā)生某種相當(dāng)極端的事件！
太陽(yáng)的誕生
根據(jù)星云說(shuō)，太陽(yáng)及太陽(yáng)系的所有行星產(chǎn)生自一團(tuán)巨大的分子氣體塵埃云。大約45.7億年前，在某種事件的影響下，星云發(fā)生了坍縮。觸發(fā)事件可能是一顆恒星從附近經(jīng)過(guò)，也可能是超新星爆發(fā)產(chǎn)生的沖擊波，但最終結(jié)果就是星云的中心發(fā)生了引力坍縮。
這張藝術(shù)概念圖描繪的是一顆被分子云包圍著的恒星，這團(tuán)旋轉(zhuǎn)的分子云就是所謂的“原行星盤”。NASA
坍縮開(kāi)始后，塵埃和氣體開(kāi)始聚集成密度較大的區(qū)域。這些區(qū)域能夠吸引越來(lái)越多的物質(zhì)，并在動(dòng)量守恒定律的影響下開(kāi)始自轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，由于壓力的升高，云團(tuán)開(kāi)始升溫。云團(tuán)中的大部分物質(zhì)落到了中央的一個(gè)球體上，其余則分散在扁平的盤面中，圍繞著這個(gè)球體旋轉(zhuǎn)。
這個(gè)中央的球體最終形成了太陽(yáng)，物質(zhì)盤則變成了各個(gè)行星。作為一顆坍縮過(guò)程中的原恒星，太陽(yáng)在其溫度和壓力上升到內(nèi)核核聚變被觸發(fā)前，經(jīng)歷了大約10萬(wàn)年時(shí)間。太陽(yáng)誕生時(shí)，是一顆金牛座T型星——這是一種相當(dāng)活躍的恒星，能夠釋放出強(qiáng)烈的太陽(yáng)風(fēng)。在經(jīng)歷了幾百萬(wàn)年后，它開(kāi)始平靜下來(lái)，達(dá)到了當(dāng)前的狀態(tài)。太陽(yáng)的生命周期由此開(kāi)始。
主序
太陽(yáng)和宇宙中的大多數(shù)恒星一樣，正處于其一生中的主序階段，正在把它核心的氫聚變?yōu)楹ぁＴ谀抢?，每秒鐘?億噸的物質(zhì)被轉(zhuǎn)化成中微子、太陽(yáng)輻射和大約4*10^27瓦的能量。太陽(yáng)的這個(gè)過(guò)程開(kāi)始于45.7億年前，從那以后一直在以這種方式產(chǎn)生能量。
但是這一過(guò)程無(wú)法永遠(yuǎn)延續(xù)，因?yàn)樘?yáng)的氫含量是有限的。到目前為止，太陽(yáng)已經(jīng)把100倍地球質(zhì)量的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成了氦和能量。隨著氫被轉(zhuǎn)化成氦，太陽(yáng)的內(nèi)核會(huì)持續(xù)收縮，太陽(yáng)的外層會(huì)向中心靠近，并承受更強(qiáng)大的引力。
NASA太陽(yáng)動(dòng)力天文臺(tái)探測(cè)器拍攝的太陽(yáng)。NASA
這會(huì)導(dǎo)致核心產(chǎn)生更大的壓力，但這種壓力會(huì)被加速的核聚變抵消掉。一般來(lái)說(shuō)，這意味著太陽(yáng)將繼續(xù)消耗核心的氫，核聚變會(huì)加速，太陽(yáng)的能量輸出也會(huì)增加。當(dāng)前，太陽(yáng)的光度正在以每1億年1%的速度增加。在今后45億年中，太陽(yáng)的光度將增加30%。
11億年后，太陽(yáng)將比今天亮10%，光度的增加意味著地球大氣吸收的熱量增加。這將在地球上觸發(fā)溫室效應(yīng)，這種效應(yīng)和把今天的金星變成地獄的失控增溫相似。
35億年后，太陽(yáng)將比現(xiàn)在亮40%。海洋將沸騰，冰蓋會(huì)永久融化，大氣中的水汽會(huì)逃逸到太空。在這樣的條件下，我們所知的生命無(wú)法在地表生存。簡(jiǎn)而言之，地球?qū)⒆兂捎忠粋€(gè)熾熱、干燥的金星。
核心氫的耗盡
一切都會(huì)結(jié)束。對(duì)我們來(lái)說(shuō)是這樣，對(duì)地球來(lái)說(shuō)是這樣，對(duì)太陽(yáng)來(lái)說(shuō)也是這樣。這不會(huì)來(lái)得很快，但在遙遠(yuǎn)未來(lái)的某一天，太陽(yáng)終將耗盡氫燃料，并緩慢地步向死亡。這一事件將發(fā)生在大約54億年后，那時(shí)太陽(yáng)將退出主序階段。
變成紅巨星的太陽(yáng)。藝術(shù)家的想像圖。
隨著核心氫的耗盡，較不活潑的氦產(chǎn)物開(kāi)始變得不穩(wěn)定，并在自身的引力下坍縮。這將導(dǎo)致核心溫度升高、密度增加，進(jìn)而使太陽(yáng)的體積膨脹，進(jìn)入紅巨星階段。計(jì)算結(jié)果表明，膨脹的太陽(yáng)足以容納水星、金星，甚至是地球軌道。即便地球幸免于難，紅太陽(yáng)的巨大熱量也會(huì)把地球燒焦，任何生命都無(wú)法幸存。
最終階段和死亡
一旦到達(dá)紅巨星分支階段，太陽(yáng)的活躍期就只剩下大約1.2億年了。但在這段時(shí)間內(nèi)，會(huì)發(fā)生很多事件。滿是氦的內(nèi)核會(huì)被氦閃猛烈點(diǎn)燃——大約6%的內(nèi)核和40%的太陽(yáng)質(zhì)量將在幾分鐘內(nèi)被轉(zhuǎn)化成碳。
太陽(yáng)的大小隨后便會(huì)收縮到現(xiàn)在的大約10倍，光度變成現(xiàn)在的50倍，溫度則稍低于當(dāng)前。在接下去的1億年中，它將繼續(xù)燃燒其核心的氦，直至氦耗盡。此時(shí)它處于漸進(jìn)巨星分支階段，體積將再次膨脹（此時(shí)的速度更快），光度也將變得更高。
雙噴射筒星云。制造這個(gè)星云的恒星擁有一個(gè)已經(jīng)變成白矮星的伴星。Hubble
在接下去的2000萬(wàn)年間，太陽(yáng)會(huì)變得不穩(wěn)定，并在一系列熱力博動(dòng)過(guò)程中失去質(zhì)量。這種過(guò)程每隔10萬(wàn)年左右就會(huì)發(fā)生一次，每一次都會(huì)使太陽(yáng)變得更大，并使其光度增加到現(xiàn)在的5000倍，半徑超過(guò)1個(gè)天文單位。
在這個(gè)時(shí)候，膨脹的太陽(yáng)將把地球容納到它的大氣層內(nèi)，生命在地球上已經(jīng)完全無(wú)法生存。而此時(shí)外太陽(yáng)系的行星會(huì)發(fā)生顯著變化，由于它們吸收了更多的太陽(yáng)能量，水冰會(huì)升華——這些天體上也許會(huì)形成濃厚的大氣層和地表海洋。大約50萬(wàn)年后，太陽(yáng)的質(zhì)量只剩下一半，其外層開(kāi)始形成行星狀星云。
螺旋星云，一個(gè)類日恒星產(chǎn)生的行星狀星云，星云中央是裸露的恒星內(nèi)核，它正在變成白矮星。Hubble
漸進(jìn)巨星分支階段之后的演化會(huì)越來(lái)越快，被太陽(yáng)拋出的物質(zhì)會(huì)被電離，變成一個(gè)行星狀星云，而其裸露的內(nèi)核溫度將達(dá)到3萬(wàn)K。最終，內(nèi)核溫度上升到10萬(wàn)K以上，隨后逐漸冷卻，變成一顆白矮星。行星狀星云會(huì)在1萬(wàn)年左右的時(shí)間內(nèi)逐漸散去，而白矮星在慢慢暗淡變黑之前，能存在數(shù)萬(wàn)億年。
太陽(yáng)的終極命運(yùn)
在提到恒星的死亡時(shí)，人們通常會(huì)想到猛烈的超新星爆發(fā)和黑洞的產(chǎn)生。但是這種情況不會(huì)發(fā)生在我們的太陽(yáng)身上，原因很簡(jiǎn)單，太陽(yáng)的質(zhì)量不夠大。雖然對(duì)我們而言它很大，但與宇宙中的超高質(zhì)量恒星相比，太陽(yáng)的質(zhì)量是較低的。
正因如此，當(dāng)太陽(yáng)耗盡氫燃料時(shí)，它會(huì)膨脹成紅巨星，拋掉外層，然后慢慢變成一顆小小的白矮星，在數(shù)萬(wàn)億年時(shí)間中逐漸冷卻。假如太陽(yáng)的質(zhì)量比當(dāng)前高20倍，它生命的最終階段就會(huì)更加震撼人心。
位于NGC 4526星系邊緣處的超新星1994D（左下角）。它爆發(fā)時(shí)的亮度超過(guò)了整個(gè)星系的亮度總和。Hubble
當(dāng)超大質(zhì)量恒星核心的氫燃料枯竭時(shí)，它們會(huì)轉(zhuǎn)而把氦當(dāng)成聚變?nèi)剂?，隨后把碳當(dāng)成聚變?nèi)剂稀＿@樣的過(guò)程會(huì)一直延續(xù)，消耗的元素會(huì)越來(lái)越重，這些元素會(huì)像洋蔥一樣一圈圈地分布在恒星外層中。每一層的元素消耗速度都會(huì)比上一層快，鎳元素的最終生成，大約只需一天時(shí)間。
隨后鎳衰變成鐵。鐵無(wú)法通過(guò)聚變?yōu)楹阈翘峁┤魏文芰?，恒星因此無(wú)法產(chǎn)生足夠的輻射壓，來(lái)抵擋自身向內(nèi)坍縮。如果恒星內(nèi)部的鐵核質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)質(zhì)量的大約1.38倍，這顆恒星就會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的內(nèi)爆，釋放出巨大能量。
假如有一顆大質(zhì)量恒星在太陽(yáng)的位置上內(nèi)爆，只需8分鐘，也就是相當(dāng)于光線從太陽(yáng)到達(dá)地球的這段時(shí)間內(nèi)，一波超乎想象的能量便會(huì)掃過(guò)地球，隨之摧毀太陽(yáng)系中的一切。這股能量閃光的亮度足以超越整個(gè)星系。隨后，居住在鄰近太陽(yáng)系上的智慧生命就會(huì)發(fā)現(xiàn)，天空中出現(xiàn)了一個(gè)新的星云（像蟹狀星云那樣的星云），一個(gè)持續(xù)擴(kuò)張的新星云。
蟹狀星云就是一個(gè)超新星遺跡。Hubble
此時(shí)這顆恒星剩下的遺骸只有一個(gè)快速自旋的中子星，甚至是一個(gè)恒星級(jí)黑洞。當(dāng)然，這并不是我們太陽(yáng)的命運(yùn)。由于受到質(zhì)量的限制，當(dāng)它熄滅時(shí)，只可能坍縮成一顆白矮星。而且這也不太會(huì)在未來(lái)的60億年中發(fā)生。60億年后，人類也許早已滅絕，或者已經(jīng)離開(kāi)了太陽(yáng)系。因而在此期間，我們擁有的陽(yáng)光仍然是足夠的！
最后，讓我們來(lái)欣賞一段美國(guó)宇航局太陽(yáng)動(dòng)力天文臺(tái)探測(cè)器升空5周年紀(jì)念視頻，感受一下地球的生命之源——太陽(yáng)。
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