天文學家推測太陽系未來
英國廣播公司《科學焦點雜誌》網站8月21日刊登題為《恆星的生命週期:我們的太陽係將如何終結?》的文章,作者是伊恩·托德。全文摘編如下:太陽在大約46億年前形成,並將再持續存在大約45億至55億年。雖然我們無法預測未來數十億年裡會發生什麼,但對恆星如何演化的了解使天文學家能夠大體上推斷太陽的生命大概如何發展。
更大質量的恆星可能在一場被稱為超新星的爆炸中結束生命,但這不大可能是等待我們太陽的情形。
1.氫燃燒階段
太陽每秒鐘將6億噸氫轉化為400萬噸能量:其餘轉化為氦“灰”。在太陽的整個生命週期中,它的能量輸出一直在增加。據信,在形成以來的46億年裡,它的亮度增加了30%。在接下來的十億年裡,隨著更多的氫轉化為氦,太陽的亮度將提高約10%左右,從而導致熱能增加。如果我們考慮人為氣候變化已經對我們地球的天氣模式產生的影響,你可以想像一下這種來自太陽本身的影響將有多強。
不斷增加的熱量將導致極地冰蓋開始融化,海洋開始變暖,從而把水蒸氣送入我們的大氣層。水蒸氣會吸收更多熱量,產生“潮濕的溫室”效應,使全球氣溫進一步升高。在大約35億年後,太陽的亮度將比現在高40%,導致我們的海洋沸騰,冰蓋完全融化,我們的大氣層被剝離。地球將變得像金星一樣:焦枯、乾旱和無生命。
2.亞巨星階段
儘管這種情況很可怕,但它只是太陽滅亡的開始。在大約50億年後,太陽將達到其生命週期主序階段的盡頭,並將耗盡其核心的所有氫。
由於沒有核聚變過程來抵消重力的作用,核心將開始收縮,隨著時間的推移密度也會越來越大。在這一過程中,太陽的溫度會升高,並最終點燃核外剩餘的氫。
這個新的燃料源將產生巨大的能量,把外層向外推,使太陽的直徑擴大到目前的兩到三倍,使它變成一顆亞巨星。
3.紅巨星階段
隨著太陽的表層進一步向外推,太陽將發展成一個巨大的發光體,稱為紅巨星。
這些老化的恆星的大小可以達到太陽的100至1000倍,而不斷擴大的表面積將導致外層的溫度下降到大約3000攝氏度(太陽表面目前為5500攝氏度)。較低的溫度意味著這些恆星在色譜中較紅的部分發光,因此得名“紅巨星”。
當太陽經歷這個過程時,它會延伸到內行星水星和金星的軌道之外,完全吞沒它們,甚至可能到達地球的軌道。不過,我們的地球可能不會被完全毀滅,因為在這一膨脹過程中,太陽將不斷失去質量:一些估計表明,在它最大的時候,可能只剩下65%至70%。
引力將因此減弱,太陽系中剩餘行星的軌道將開始向外漂移。也許地球會僥倖逃脫。與此同時,太陽核心會變得越來越小,越來越熱,在形成120億年後,將發生一場新的核反應。
4.新的紅巨星
太陽的核心將繼續收縮,直到溫度達到約1億攝氏度——溫度高到足以點燃氫消耗過程中產生的氦氣,並將其轉化為碳和氧。由於緻密的核心無法膨脹以增加能量輸出,氦將劇烈燃燒,產生稱為“氦閃”的短暫爆炸。這將降低核心的密度並帶來暫時的穩定,因為氦現在將能夠以更可控的速度燃燒。
然而,新的燃料源過不了多久就會耗盡;只需約1億年。隨著氦繼續燃燒,它將產生巨大的能量,就像氫的燃燒一樣,這將導致太陽再次膨脹,進入第二個紅巨星階段。
5.行星狀星雲
儘管發生膨脹收縮、質量損失和燃料消耗,但太陽的生命週期還沒有結束。這顆紅巨星將繼續把氦轉化為碳和氧,但核心永遠無法達到點燃碳所需的6億攝氏度,因此它將再次收縮。
隨著氦耗盡,太陽外層將進一步向外推,消失在太空中,因此在太陽形成約125億年後,它的質量剩下一半。膨脹的外層將被熾熱的內核照亮,產生一個發光的宇宙雲,被稱為“行星狀星雲”。