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天文学家推测太阳系未来

天文学家推测太阳系未来

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参考消息网9月21日报道 英国广播公司《科学焦点杂志》网站8月21日刊登题为《恒星的生命周期:我们的太阳系将如何终结?》的文章,作者是伊恩·托德。全文摘编如下:

太阳在大约46亿年前形成,并将再持续存在大约45亿至55亿年。虽然我们无法预测未来数十亿年里会发生什么,但对恒星如何演化的了解使天文学家能够大体上推断太阳的生命大概如何发展。更大质量的恒星可能在一场被称为超新星的爆炸中结束生命,但这不大可能是等待我们太阳的情形。

1.氢燃烧阶段

太阳每秒钟将6亿吨氢转化为400万吨能量:其余转化为氦“灰”。在太阳的整个生命周期中,它的能量输出一直在增加。据信,在形成以来的46亿年里,它的亮度增加了30%。在接下来的十亿年里,随着更多的氢转化为氦,太阳的亮度将提高约10%左右,从而导致热能增加。如果我们考虑人为气候变化已经对我们地球的天气模式产生的影响,你可以想象一下这种来自太阳本身的影响将有多强。

不断增加的热量将导致极地冰盖开始融化,海洋开始变暖,从而把水蒸气送入我们的大气层。水蒸气会吸收更多热量,产生“潮湿的温室”效应,使全球气温进一步升高。在大约35亿年后,太阳的亮度将比现在高40%,导致我们的海洋沸腾,冰盖完全融化,我们的大气层被剥离。地球将变得像金星一样:焦枯、干旱和无生命。

2.亚巨星阶段

尽管这种情况很可怕,但它只是太阳灭亡的开始。在大约50亿年后,太阳将达到其生命周期主序阶段的尽头,并将耗尽其核心的所有氢。

由于没有核聚变过程来抵消重力的作用,核心将开始收缩,随着时间的推移密度也会越来越大。在这一过程中,太阳的温度会升高,并最终点燃核外剩余的氢。

这个新的燃料源将产生巨大的能量,把外层向外推,使太阳的直径扩大到目前的两到三倍,使它变成一颗亚巨星。

3.红巨星阶段

随着太阳的表层进一步向外推,太阳将发展成一个巨大的发光体,称为红巨星。

这些老化的恒星的大小可以达到太阳的100至1000倍,而不断扩大的表面积将导致外层的温度下降到大约3000摄氏度(太阳表面目前为5500摄氏度)。较低的温度意味着这些恒星在色谱中较红的部分发光,因此得名“红巨星”。

当太阳经历这个过程时,它会延伸到内行星水星和金星的轨道之外,完全吞没它们,甚至可能到达地球的轨道。不过,我们的地球可能不会被完全毁灭,因为在这一膨胀过程中,太阳将不断失去质量:一些估计表明,在它最大的时候,可能只剩下65%至70%。

引力将因此减弱,太阳系中剩余行星的轨道将开始向外漂移。也许地球会侥幸逃脱。与此同时,太阳核心会变得越来越小,越来越热,在形成120亿年后,将发生一场新的核反应。

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4.新的红巨星

太阳的核心将继续收缩,直到温度达到约1亿摄氏度——温度高到足以点燃氢消耗过程中产生的氦气,并将其转化为碳和氧。由于致密的核心无法膨胀以增加能量输出,氦将剧烈燃烧,产生称为“氦闪”的短暂爆炸。这将降低核心的密度并带来暂时的稳定,因为氦现在将能够以更可控的速度燃烧。

然而,新的燃料源过不了多久就会耗尽;只需约1亿年。随着氦继续燃烧,它将产生巨大的能量,就像氢的燃烧一样,这将导致太阳再次膨胀,进入第二个红巨星阶段。

5.行星状星云

尽管发生膨胀收缩、质量损失和燃料消耗,但太阳的生命周期还没有结束。这颗红巨星将继续把氦转化为碳和氧,但核心永远无法达到点燃碳所需的6亿摄氏度,因此它将再次收缩。

随着氦耗尽,太阳外层将进一步向外推,消失在太空中,因此在太阳形成约125亿年后,它的质量剩下一半。膨胀的外层将被炽热的内核照亮,产生一个发光的宇宙云,被称为“行星状星云”。

这些现象是天文学家所熟知的,并且是与太阳质量相当的老化恒星的典型特征,但与行星无关。它们被称为“行星状星云”只是因为它们圆形、膨胀的形状。

6.白矮星阶段

随着太阳外层最终消散,只剩下一个被称为白矮星的炽热致密内核。白矮星是宇宙中密度最大的天体,但通常只比地球略大一点。但它们的温度可达到10万摄氏度以上。

在太阳的老化过程中,核心中产生的大部分热量将被困在这个恒星残骸中,它需要数百亿甚至数千亿年才能冷却下来。

7.黑矮星阶段

白矮星的残余最终会耗尽剩余的所有热能和光能,并(或许在数千亿年后)逐渐进入最后阶段:一颗没有生命的黑矮星。目前,黑矮星仅仅是假设,因为宇宙的年龄是138亿年,还没有老到产生任何黑矮星,但人们认为这将是我们太阳的最后命运。

仿佛要让这个故事变得更加悲惨,我们曾经威猛的恒星的低质量将使它失去大部分引力,导致行星漂移得更远,只剩下冰冻、烧焦的岩石。

但是,当我们太阳系的残余物消失在太空中,来自我们死去的太阳的粒子可能合并,重新开始恒星形成的过程。这可能导致形成具有岩石体、大气和液态水的行星,为新生命做好准备。

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