求学时期,我们普遍接受的观念是太阳能源源不断,宛若取之不尽的能源宝库。然而,现实并非一成不变。即便是如太阳这般的天体,其生命也有走向尽头的一刻。

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太阳迄今为止已历经50亿年的岁月,科学家所推算,太阳的寿命大约为100亿年,这意味着太阳现在正处中年期,亦是它最为稳定、繁荣的阶段,这对于人类及地球而言,无疑是一种福祉。

太阳是地球上一切生命之源,几乎所有的能源形式皆与太阳有关,除地热等少数能源外,例如水能、风能、潮汐能等,均受太阳的影响。

和所有生命一样,太阳也逃不过生命的轮回。随着太阳核心的氢燃料逐渐耗尽,太阳会越来越不稳定,几十亿年后,它会膨胀成为红巨星,可能将水星和金星等内行星吞噬,甚至可能危及地球。

那么,太阳膨胀的背后原因又是什么?又是什么力量在驱动这一膨胀过程?

我们需要从太阳内部的机制讲起。

大约在50亿年前,宇宙散布着诸多星云,星云分布不均导致引力分布也不均。某些星云拥有较大的引力,它们逐渐吸纳周围物质,不断壮大,质量逐渐增加。

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质量的增长意味着引力的增强,引力增强又会吸引更多物质。在这一过程中,星云内部的温度和压力急剧上升。当温度和压力达到某一临界值,核聚变就会开始,一个新的恒星就此诞生!

在太阳核心,温度高达1500万摄氏度,但即使如此高的温度,理论上也无法引发核聚变,因为需要至少1亿度的高温。例如,氢弹的爆炸,需要先引爆原子弹,来达到引发氢弹所需的温度。

那么,太阳核心的温度不够,是如何实现核聚变的呢?

在极高的温度和压力下,太阳核心成为等离子态,电子和原子核四处游离,像一锅粒子粥。

从宏观角度来看,核聚变似乎不会发生。但从微观角度来看,量子世界中存在量子隧穿效应。“量子隧穿”是什么?

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简而言之,在宏观世界中需要大量能量才能完成的事情,在微观世界中,即便没有足够的能量也有可能实现,只不过概率极低。

举个例子,假如有一堵3米高的墙,在现实中你无论如何努力都无法跳过去。但在微观世界,你有极小的概率能跳过去,只是这种可能性极低。

尽管太阳核心的温度不够高,但在量子隧穿效应下,由于太阳质量庞大,粒子数量众多,量子隧穿效应总会发生。因此,太阳能够持续进行核聚变。

在核聚变过程中,太阳会释放能量,产生向外的辐射压力。同时,太阳巨大的质量产生强大的引力,当辐射压力与引力达到平衡时,太阳整体便保持稳定。目前,太阳正处于这种稳定状态。

随着核聚变的持续,太阳的氢燃料将逐渐耗尽。随着时间的推移,辐射压力和引力的平衡将逐渐被打破。

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氢燃料的减少意味着向外辐射压力的降低,而引力相比之下变化不大,因此向内的引力会占上风,太阳外层物质开始向内坍缩,与核心发生剧烈碰撞,释放出大量能量,使核心温度上升,触发新一轮的核聚变,形成更重的元素。

在太阳稳定时期,外层物质(主要为氢)并未发生核聚变,但在向内坍缩的过程中,外层物质不断补充进核心,随着温度的上升,也开始进行核聚变。辐射压力再次占据优势,促使太阳向外膨胀。

更重的元素如氦的核聚变所产生的辐射压力远超氢核聚变,这将进一步推动太阳的加速膨胀,且膨胀过程中的温度远高于之前,整个太阳都在进行核聚变。

然而,太阳的膨胀并非一蹴而就,而是一个持续数亿年的过程。在这个过程中,太阳的半径将扩大至数百倍,可能会吞噬内行星,如水星和金星,甚至地球也可能面临危险。

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即使地球能够幸免于难,也将不再适宜居住。太阳膨胀将导致地球温度持续上升,海洋蒸发,地表被烧焦。届时,太阳系的宜居带将逐渐外移至火星、木星附近。届时,木星的多个卫星可能成为宜居星球。

总而言之,太阳的膨胀和最终消亡,并非我们当下所需忧虑之事,毕竟这是几十亿年后的情景。若人类文明得以延