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太阳的末日

2022-11-25科技

太阳是我们这个星系赖以生存的能量源泉。如果没有太阳,地球上的人类、动物和植物都无从生长,我们美丽的地球将会一片死寂。太阳,带给人类温暖和光明,从古至今都被视为至高无上的象征。太阳会有衰老死亡的一天吗?它的未来将会如何?

太阳的末日

宇宙中,太阳是离地球最近的恒星。其核心温度高达1500万~2000万K,每秒都有6多吨的氢聚变为氦,每4个氢原子核在这一过程中聚变为1个氦原子核,太阳也就因此向外辐射出能量。地球植物的生长和光合作用,煤、石油等矿藏的形成,大气循环、海水蒸发、云雨生成等等,均源于太阳的活动。10亿年来,地球的温度变化很小,不超过 20℃。这是太队稳定活动的证据,这也为生命的孕育、演化打下良好基础。

太阳的末日

太阳上的氢聚变反应至今为止已经历了几十亿年,从不间断。氢持续减少,氦不断产生太阳的未来是怎样的呢?

恒星演化理论诠释了「主星序阶段」,即从恒星中心核内的氢开始燃烧直至全部生成氦。恒星在主星序阶段上称为「主序星」。各恒星体根据各自质量在主星序中存在的时间是不同的天文学家爱丁顿发现,恒星体的质量与它为抗衡万有引力而产生的热量成正比;星体膨胀速度与产生热量成正比。产生的热量越多,星体膨胀速度越快,相应地留在主星序中的时间越短。太阳现在就处于主星序阶段,科学家计算,太阳最多有100亿年左右的时间停留在主星序阶段,至今为止它已有 46 亿年处于这一阶段了。大于太阳 15倍质量的恒星只能在主星序阶段停留1000万年,相当于1/5太阳质量的恒星则可以存在长达1万年之久。

恒星漫长的青壮年期--主星序阶段一旦度过,进入老年期就会成为「红巨星」。在这个阶段,恒星将膨胀到大于本来 10亿多倍的体积,因此被称为「巨星」。之所以被加上「红」,是由于随着恒星迅速膨胀,其外表面越来越远离中心,温度也随之降低,发出的光也愈发偏红。红巨星尽管温度降低,光度却增大,变得极其明亮。人类肉眼能看到的亮星,就有许多是红巨星。我们最为熟悉的就是猎户星座的参宿四,其直径为太阳直径的800倍,达11亿千米。若参宿四在太阳的位置发光,红光会遍及整个太阳系。「主序星」到「红巨星」的衰变,变化不仅是外在的,内核也发生了巨大的转变--从「氢核」成为「氦核」。氦核逐渐:大,氢燃烧层也不断向外扩展。

太阳的末日

一旦形成红巨星,它便会发展到恒星演化的下一阶段--「白矮星」。外部区域迅速膨胀,氦核受反作用力向内收缩,其中的物质温度增高,内核温度最终将超过1亿度,引发氦聚变氦核经过几百万年燃烧殆尽,而恒星的外壳混合物仍然以氢为主。这时恒星结构复杂了许多氢混合物外壳下隐藏着一个氦层,还有一个碳球埋藏在内。这样,恒星体的核反应更加复其内部温度上升,最终使其变为其他元素。红巨星外部与此同时也开始急剧地脉动振荡:恒星半径大小不定,稳定的主星序恒星变为多变的大火球。火球内部的核反应更加动荡,忽忽弱。恒星内部核心的密度增大到每立方厘米10吨左右,此刻,一颗白矮星便在红巨星内诞生。

太阳的末日

白矮星的特征是体积小、亮度低、质量大、密度高。例如天狼星伴星,体积类似地球却差不多和太阳一样重!

它的密度为每立方米 1000万吨左右。由白矮星的半径和质量,算出其表面重力差不多是地球表面重力的1000万~10亿倍。任何物体在这样高的压力下都将毁灭,即使是原子也会被压碎;电子也将脱离原子轨道而自由运动。

由于没有热核反应来为单星系统提供能量,白矮星一边发光,温度一边降低。100亿年的漫长岁月过去后,白矮星将停止辐射而死亡,躯体会变成硬过钻石的巨大晶体--「黑矮星」,在宇宙中孤单地飘浮。

一些科学家们认为,几十亿年后,太阳会在快要灭亡时迅速膨胀,所有太阳系内的星体和星际物质都会被「吞噬」掉。到那时,太阳会剧烈地抖动,大量物质在脉动过程中被抛入星际空间,而太阳会失掉大部分的质量,其余部分则缩为白矮星。银河系中发现的大量变星表明,恒星死亡过程中脉动和质量的抛失极为普遍,一些变星每年能够抛出等于地球质量的大量物质。想要更好地了解包括太阳在内的恒星如何灭亡,可以研究这种质量的抛失。

一些科学家认为,虽然目前还不太清楚恒星的演化过程,但50亿年后,可以基本肯定太阳会成为红巨星。那时地球上的一切生命都会灭亡,地面温度将高于现在2~3倍,北温带夏季最高温度会达到100℃;而地球上的海洋也会蒸发成为一片沙漠。太阳大概会在红巨星阶段4留10亿年,光度会提高到今天的几十倍;体积也将会极大地膨胀,若从地面观察,会看整个天空都是太阳。

太阳的末日

自然,「世界末日」距现在还很遥远,但因为提前几十亿年了解这样的「大结局」,人们不禁会疑惑:「生命的进化必将是一场悲剧,那其意义究竟为何呢?