你见过宇宙中绚烂的行星状星云吗?很少有人知道,遥远的未来,太阳生命的终点,也会绽放这样一场烟花。
现在让我们走进太阳的“变迁史”,看看现在人们对于它的认识与理解吧!
太阳的前身——原恒星
和所有的恒星一样,太阳是一团气体球。这些气体的前身是弥漫在星际空间的冷暗分子云,范围横跨几十光年,主要由氢和氦组成,密度相当于地球上最好的真空保温杯里抽出的“真空”。
这个时期的太阳还算不上是一颗真正的恒星,只是一颗“原恒星”。它还需要花上大约4000万年,才能点燃自己核心的核聚变,并让向外的压力和向内的引力达到平衡,正式开启自己作为恒星的一生。
稳定燃烧的主序星
当氢聚变向外辐射的能量和自身质量造成的引力达到平衡时,太阳也就进入了自己一生中最漫长、最稳定的阶段——“主序星”。现在的太阳也正处于这个阶段。
氢聚变内氨,核心处氢含量降低
在整个主序星阶段,太阳的亮度和直径持续增加,因为随着核心的氢聚变为氦,核心内的原子核变少了,向外的压力随之减小,于是核心区域向内收缩,由此增加的温度和压力又会提高核心处氢聚变的效率,向外辐射出更多的能量,增加的辐射压力让太阳逐渐膨胀。这样的平稳聚变还将持续大约50亿年,直到太阳核心的氢核全部转化为氦核,在中心形成一个氦球。
最终核心处的氢耗尽,核心变为氦核
“情绪”跌宕起伏的红巨星
这个时期的太阳又分为红巨星支、水平分支和渐近巨星支3个阶段。
体积不断膨胀的红巨星支阶段
这时,太阳中心的氦核已经变得非常巨大,占据整个太阳质量的大约40%,其质量造成的压力使得中心的氦终于达到聚变条件。
氢的聚变反应慢慢向外壳转移,体积也随之增大
这时的氦聚变会极其迅速,在短时间内消耗掉大量的氦并释放能量,这就是“氦闪”,因为这次的氦闪发生在核心处也被称为核氦闪。也就是说,氦闪并不是红巨星支阶段的开始,而是结束。
进行平稳氦聚变的水平分支阶段
氦闪是一次猛烈的爆发,随后,太阳核心区之外的部分由于猛烈膨胀而迅速冷却,为核外的氢聚变踩下“刹车”。于是,太阳因为内部供能突然断崖式减少而迅速收缩,直径大约相当于现在太阳的10倍,颜色也回到橙黄色。
核心处的氦开始聚变,核外的氢聚变也被踩下“刹车”
接下来,太阳要在大约1.2亿年的时间里快速走完自己的一生,这一次氦原子核暂时扮演了原本氢核的角色:相对稳定的氦聚变让太阳缓慢地变大和变亮,持续大约1亿年的时间,核心的氦不断聚变生成碳和氧,然后核心的氦耗尽,核心再次坍缩,氦聚变逐渐向外层转移,太阳再次开始膨胀。
核心的氦不断聚变生成碳和氧,然后核心的氨耗尽,核心再次坍缩,氦聚变逐渐向外层转移
再次膨胀的渐近巨星支阶段
太阳变得极其不稳定,核心外层的氦燃烧壳层出现一次次小型的“氦闪”,这次的氦闪也被称为壳氦闪。让太阳突然变大又突然缩小,出现越来越剧烈的振荡,同时把外层的气体一层层抛到太空中。这些气体外壳将会形成所谓的“行星状星云”,被星核的高温激发发光,并保持着向外扩散的速度,在大约1万年后消散。
天琴座北部的一个行星状星云
迈向“终结”的白矮星
而裸露出来的太阳核心主要由氦聚变的产物——碳和氧组成,质量大约是目前太阳的一半。这个残骸中的原子核彼此紧邻,密度极大,也属于致密星的一类。它因为高温而呈现白热的状态,但由于表面积很小,总体亮度很低,所以被称为“白矮星”。
白矮星
白矮星不再产生能量,终将因为彻底冷却而销声匿迹(这个阶段也被称为黑矮星)。
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责任编辑|赵青云
运营编辑|李雅欣 麦芷琪(实习)
质量审核 | 原飞燕
图文来源 | 《知识就是力量》杂志《太阳的“变迁史”
》,撰文/刘茜(北京天文馆),原文有删改,原创作品转载请注明来源。
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