科学家研究表明,人类将要面临一个不可逆的现实,在未来的50亿年后,人类赖以生存的太阳将会膨胀成为红巨星,到时候人类如果无法逃离太阳系,将会面临灭绝的可能。虽然50亿年对于我们来说太过遥远,但这一科学发现还是引起了人们的关注。

目前的太阳系演化模型认为

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46亿年前一次临近的超新星爆发,打破了原太阳星云的平静,导致其开始在引力作用下发生坍塌,氢和氦在这一过程中聚拢并旋转升温,待到温度和压力都“达标“后,氢元素开始热核聚变反应,太阳正式诞生。

虽然太阳伴随着整个人类文明史,但人类直到上世纪初,才知道了太阳的能量来自于氢元素核聚变反应,所以人类对太阳的了解其实并不算多,但关于太阳有一点可以肯定,那就是太阳和人类一样也会死亡,只不过相较于人类的“生年不满百”,太阳的寿命长达100亿年。

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在刘慈欣的科幻小说《流浪地球》和《微纪元》中,太阳都是严重威胁人类文明的存在,因为在小说和现实中,太阳晚年会膨胀成超过自身体积数百倍的红巨星,吞噬火星轨道以内的所有太阳系天体。

那么太阳为什么要膨胀呢?

这个问题要从太阳的本质说起。

本质上来说,太阳内部的物理反应并不复杂,就是简简单单的“氢元素在高温高压下核聚变”,进而发出光和热,但太阳的核聚变反应和地球上氢弹的核聚变反应有一个最大的不同,那就是太阳可以持续稳定将核聚变反应维持100亿年,而氢弹在一瞬间就会把能量全部释放。

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太阳能够持续核聚变的秘诀在于其巨大的质量,在我们的太阳系中,太阳的质量占到了星系总质量的99.86%,尽管太阳每秒钟都有数百万吨的质量完全化为能量,但这些能量与恒星外壳在引力作用下的坍塌,形成了平衡关系,这种平衡保证了太阳既不会像氢弹一样炸开,也不会在万有引力作用下坍塌。

但这种“辐射压与引力”的平衡并不会永久存在

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因为太阳内部的氢元素是有限的,随着时间的流逝,越来越多的氢元素化作能量被释放到太空后,“由内而外的辐射压”就会减少,太阳的外壳将在引力作用下向心坍塌,此时太阳的体积就会变小。

但因为太阳外壳也是由氢元素构成的,而且外壳的坍塌还会让内核的温度和压力进一步升高,所以恒星外壳的氢元素在进入内核后,马上就会因为温度和压力而发生核聚变反应,然后太阳由内而外的辐射压就会大大增强,辐射压增强,意味着万有引力将不再是辐射压的对手,所以太阳体积将终止缩小,转而在辐射压的“推动“下极速膨胀,最终让太阳从一个黄矮星膨胀成红巨星。

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所以说太阳的体积的变化,归根结底就是辐射压和万有引力的博弈,辐射压超过引力 太阳就会膨胀,小于引力,太阳就会收缩。

根据恒星物理学家的研究,辐射压与万有引力的“拉锯战”将发生在太阳最后的10亿到20亿年,但地球上的人类很可能撑不到那个时候,因为在“拉锯战”打响之前,太阳光度每1.1亿年就会增强1%,所以10亿到20亿年后,太阳和现在相比,亮度将提升五分之一,届时地球海洋就会被蒸发殆尽,人类文明到那个时候如果还在地球上的话,就完蛋了。

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太阳会在红巨星时代待多久?

太阳膨胀成红巨星这一过程,就是太阳最后的辉煌,因为红巨星时代的太阳内部氢元素只够再“消耗”1亿年,因此1亿年后,氢元素消耗殆尽的太阳,将无法产生足够的辐射压来对抗万有引力。

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所以红巨星时代的太阳外壳,到那个时候就会在引力作用下发生坍塌,红巨星的体积将在这个过程中极速变小,而当大量的外壳物质“坍塌”向,已经几乎不存在氢元素的内核后,红巨星内核剩下的氦元素,就会在高温高压下发生核聚变反应。

只不过氦元素和氢元素相比,消耗速度非常快,因此氦聚变很快就会停止,而当氦聚变停止之后,唯一剩下的就只有红巨星的核心,一颗地球大小的白矮星,以及由恒星残余物质组成的,极其稀疏的行星状星云。

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白矮星作为太阳最后的“灵魂”,体积极小密度极大,一立方厘米的白矮星,质量就高达10吨左右,密度如此之高的白矮星,是由原子核与原子核紧密“堆砌“在一起形成的,这意味着它不可能发生任何核聚变反应,只能靠着高温辐射来发光发热。

天文学家认为,由于白矮星没有外部能量来源所以它早晚会因为辐射而冷却下来,成为一颗不发光也不发热的“黑矮星”,但天文学家同时也认为,以白矮星的辐射释放速度,需要数百亿甚至上千亿年后,才会冷却成黑矮星。而宇宙诞生不过138.2亿年,所以现在的宇宙中很可能没有黑矮星。

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总结

从一团稀薄的星云,坍塌成一颗黄矮星,在辐射压的驱动下变成红巨星,再在引力作用下坍塌成白矮星,然后再随着辐射慢慢变成一颗地球大小,不发光不发热的黑矮星。

以上就是太阳持续上千亿年的一生。

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