【原】為什么太陽(yáng)也會(huì)死亡？太陽(yáng)死后誰(shuí)來(lái)接班？

太陽(yáng)是一顆黃矮星，這種恒星的壽命大概就100億年左右，這估計(jì)大家都知道了，但它為什么會(huì)死，又是怎么死的，太陽(yáng)死后還有人來(lái)接班嗎？

太陽(yáng)為什么會(huì)死？

要了解太陽(yáng)為什么會(huì)死，可能要先了解下它是怎么來(lái)的！大概在200多年前的時(shí)候，法國(guó)天體物理學(xué)家和德國(guó)哲學(xué)家康德都分別提出了星云說(shuō)，現(xiàn)在稱之為“康德-拉普拉斯星云說(shuō)"，兩位大佬不約而同的認(rèn)為太陽(yáng)系是一團(tuán)星云通過(guò)萬(wàn)有引力收縮而成的。首先形成的是太陽(yáng)，然后其它星云物質(zhì)形成了行星。

• 太陽(yáng)的形成

這個(gè)理論盡管還非常初級(jí)，但不得不說(shuō)這兩位大神的猜測(cè)是正確的，現(xiàn)代天文理論認(rèn)為太陽(yáng)誕生于上一代超新星爆發(fā)后形成的星云，在某次擾動(dòng)形成的不穩(wěn)定中開始了坍縮，在形成的吸積盤中心形成了太陽(yáng)，為什么超新星爆發(fā)后的星云物質(zhì)堆積就能形成太陽(yáng)？

1. 能超新星爆發(fā)的恒星有大量的氫元素沒(méi)有消耗掉

2. 中心物質(zhì)形成的天體足夠大時(shí)能留住氣體元素

3. 留住的氣體超過(guò)木星質(zhì)量的13倍時(shí)候?qū)⑿纬珊职牵ㄈ紵龤渫凰仉?/p>

4. 超過(guò)80個(gè)木星質(zhì)量時(shí)能形成能燒氫元素的紅矮星。

太陽(yáng)質(zhì)量的大小和開始坍縮區(qū)域的星云質(zhì)量是有關(guān)的，沒(méi)有形成雙星是我們的幸運(yùn)，沒(méi)有形成三星是我們的造化（開始坍縮的區(qū)域可能會(huì)分裂形成多個(gè)坍縮區(qū)域，從而形成雙星或者多星）

• 太陽(yáng)是怎么發(fā)光的？

我們現(xiàn)在都知道是氫元素核聚變產(chǎn)生的能量發(fā)光發(fā)熱的，早先科學(xué)家有猜測(cè)太陽(yáng)可能是引力坍縮能發(fā)光的，也有猜測(cè)是小行星撞擊而發(fā)光，更扯的有太陽(yáng)是燒煤的。

最早提出恒星靠譜能量來(lái)源的是英國(guó)科學(xué)家愛(ài)丁頓，他在1920年提出了恒星從氫元素的聚變中獲得能量，1928年喬治·伽莫夫推導(dǎo)出了伽莫夫因子，使得太陽(yáng)的核合成理論得以繼續(xù)（因?yàn)樵缙诳茖W(xué)家計(jì)算太陽(yáng)的溫度并不足以引發(fā)核聚變，所以大家都看著一顆發(fā)光的太陽(yáng)發(fā)呆），伽莫夫給出兩顆原子核在足夠近時(shí)強(qiáng)作用力可以克服庫(kù)侖障壁的量子力學(xué)公式。所以太陽(yáng)發(fā)光名正言順了。

質(zhì)子反應(yīng)鏈

1939年時(shí)漢斯貝特推導(dǎo)出了完整的質(zhì)子反應(yīng)鏈過(guò)程，并且指出太陽(yáng)還有部分能量來(lái)自碳氮氧循環(huán)，到此太陽(yáng)的發(fā)光原理已經(jīng)搞定了！

碳氮氧循環(huán)

• 太陽(yáng)能發(fā)光多久？

剛剛我們說(shuō)了伽莫夫的原子核強(qiáng)作用力克服庫(kù)侖障壁的量子力學(xué)公式，這就是著名的隧穿效應(yīng)，這個(gè)取決于概率，大約十億次碰撞才有這樣一次機(jī)會(huì)，不過(guò)好在太陽(yáng)內(nèi)部這種次數(shù)幾近天文數(shù)字，所以仍然發(fā)生了，不過(guò)這個(gè)比例比較低，所以速度比較慢。

量子隧穿效應(yīng)

因?yàn)樘?yáng)發(fā)光最初的氫元素中的同位素氕氕反應(yīng)成氘才可以和氕結(jié)合成氦三，大量釋放出能量，所以這個(gè)氕氕的反應(yīng)很慢，導(dǎo)致了后面的反應(yīng)也很慢，相當(dāng)于制造燃料的速度被限制了，所以太陽(yáng)發(fā)光時(shí)間很久，但再久也有個(gè)時(shí)間，所以太陽(yáng)最終也會(huì)耗盡自己的燃料后死亡。

但太陽(yáng)并不能徹底耗盡自己的燃料！

太陽(yáng)是怎么死的？

太陽(yáng)就是一個(gè)等離子球體，所以很多朋友都認(rèn)為太陽(yáng)上到處都在核聚變，其實(shí)這是一個(gè)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，太陽(yáng)真正發(fā)生核聚變的地方在1/4半徑處，整個(gè)區(qū)域只有太陽(yáng)整個(gè)體積的1/64都不到，正因?yàn)槿绱耍鞣N恒星就開始粉墨登場(chǎng)了！

• 紅矮星質(zhì)量不太夠，所以內(nèi)核到外殼形成了一個(gè)對(duì)流層

• 黃矮星和更大質(zhì)量的恒星，因?yàn)橘|(zhì)量高，壓力大，所以在內(nèi)核和外部對(duì)流層之間有一個(gè)輻射層

各種質(zhì)量的恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

恒星的這種特殊結(jié)構(gòu)決定了恒星的壽命跟恒星的質(zhì)量是成反比的，我們來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)原因，上文中的紅矮星結(jié)構(gòu)圖看不清，下面再單獨(dú)來(lái)張紅矮星的結(jié)構(gòu)：

紅矮星結(jié)構(gòu)圖

內(nèi)核從氕聚變到氘，再?gòu)碾圩兂珊ぃ@是所有恒星都會(huì)經(jīng)歷的事情，但太陽(yáng)和紅矮星都不能燒氦，所以太陽(yáng)這些氦就會(huì)在內(nèi)核堆起來(lái)，但紅矮星不會(huì)不會(huì)堆積，因?yàn)闀?huì)隨著對(duì)流將整顆恒星的氫元素都交換到內(nèi)核徹底燃燒，由于紅矮星的燃料氕氕結(jié)合成氘更慢，而且能徹底利用整顆恒星的氫元素，所以紅矮星的壽命高到發(fā)指，可能會(huì)高達(dá)數(shù)千億到上萬(wàn)億年！

• 太陽(yáng)的死法

因?yàn)樘?yáng)的氦元素堆積在內(nèi)核，盡管太陽(yáng)現(xiàn)在不能燒氦元素，但并不表示太陽(yáng)以后不能燒氦元素，所以這個(gè)過(guò)程會(huì)在未來(lái)發(fā)生，下面簡(jiǎn)單了解下太陽(yáng)的死法

太陽(yáng)會(huì)逐漸耗盡內(nèi)核的氫，內(nèi)核逐漸被氦元素堆積，所以能量產(chǎn)生會(huì)降低，這會(huì)導(dǎo)致輻射壓也同步降低，外殼物質(zhì)的超高壓會(huì)壓縮內(nèi)核，同時(shí)太陽(yáng)的輻射層的氫元素也會(huì)進(jìn)入內(nèi)核區(qū)域，這會(huì)有兩個(gè)結(jié)果：

• 內(nèi)核受到更高的壓力，溫度會(huì)持續(xù)增加；

• 輻射層的氫元素會(huì)進(jìn)入更高溫的內(nèi)核區(qū)域，燃燒會(huì)加快；

前者持續(xù)增加的壓力和溫度，會(huì)太陽(yáng)下一步的發(fā)作：氦閃做好了準(zhǔn)備，后者更高溫會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)內(nèi)核區(qū)域輸出的能量大幅增加，更高的輻射壓會(huì)導(dǎo)致外殼膨脹，太陽(yáng)的紅巨星就是怎樣來(lái)的。第一次氦閃大約會(huì)發(fā)生在太陽(yáng)離開主序星帶大約12億年發(fā)生，因?yàn)槌掷m(xù)在核心累積的氦元素以及壓力和溫度，滿足了氦元素點(diǎn)燃的條件，因?yàn)楦邏禾?yáng)的內(nèi)核已經(jīng)形成了簡(jiǎn)并態(tài)的氦核，無(wú)法調(diào)節(jié)核聚變反應(yīng)帶來(lái)的熱壓力，所以會(huì)導(dǎo)致失控的核反應(yīng)，大約在幾分鐘之內(nèi)太陽(yáng)的內(nèi)核氦元素就燃燒成為碳。

《流浪地球》就是因?yàn)樘?yáng)氦閃而逃離太陽(yáng)系，太陽(yáng)的氦閃確實(shí)會(huì)破壞宜居行星的環(huán)境，因?yàn)楹らW輸出能量極大，而且非常短暫，相當(dāng)于一次迷你超新星爆發(fā)，盡管炸不散太陽(yáng)，但太陽(yáng)的高能物質(zhì)會(huì)在黃道面附近向周圍擴(kuò)散，就像是一次超超超超級(jí)的太陽(yáng)活動(dòng)，地球就完蛋了。

• 太陽(yáng)的死亡

在第一次氦閃后，內(nèi)核會(huì)重新坍縮，積蓄氦元素，然后在劇烈燃燒，其能量將比主序星階段高成百上千倍，在超高的輻射壓下，太陽(yáng)直徑也會(huì)越來(lái)越大，最終膨脹成一顆紅巨星，它的直徑最大能達(dá)到大約地球軌道附近，此時(shí)核心對(duì)于外殼的的引力越來(lái)越薄弱，而內(nèi)核產(chǎn)生的高輻射壓也將推離這些物質(zhì)，最終內(nèi)核氫元素耗盡后，外殼將漸漸擴(kuò)散成行星狀星云。

貓眼星云

而內(nèi)核則早已在于引力的對(duì)抗中處于了簡(jiǎn)并力對(duì)抗引力的狀態(tài)，簡(jiǎn)并力并不是一種力，而是量子力學(xué)中的費(fèi)米子不能處于同一種狀態(tài)的斥力，白矮星這種狀態(tài)是兩者處在了平衡狀態(tài)，而中子星就是引力戰(zhàn)勝了電子簡(jiǎn)并力，和中子簡(jiǎn)并力平衡，黑洞則是引力戰(zhàn)勝了一切！

費(fèi)米子不相容

這個(gè)時(shí)間大約會(huì)發(fā)生在50億年后，未來(lái)太陽(yáng)就是一顆白矮星，所以整個(gè)太陽(yáng)系的未來(lái)一片黯淡，好在是這個(gè)時(shí)間足夠久。

太陽(yáng)有后嗎？

太陽(yáng)誕生的是行星狀星云，這個(gè)質(zhì)量已經(jīng)難以形成一顆恒星了，所以到太陽(yáng)就結(jié)束了，不過(guò)木星倒是有點(diǎn)可能在行星狀星云擴(kuò)散期間吞噬大量的星云氣體，假如它能再增加12個(gè)自身的質(zhì)量，那么它將滿足最小的心愿：一顆褐矮星！假如它能積攢到80個(gè)自身的質(zhì)量，那么它將誕生為太陽(yáng)系里第二個(gè)太陽(yáng)，這種可能性很低，但木星如果錯(cuò)過(guò)這個(gè)機(jī)會(huì)就再也沒(méi)有下一個(gè)店了。

木星和太陽(yáng)的比例

當(dāng)然各位不必?fù)?dān)心，如果沒(méi)有意外的話，地球生命在紅巨星初級(jí)階段就會(huì)燒成灰了，氦閃將會(huì)再掃蕩一次，等紅巨星階段來(lái)臨之時(shí)，地球又將被燒烤一次，所以完全不必?fù)?dān)心沒(méi)有烤透，在太陽(yáng)系里，地球沒(méi)有未來(lái)，但宇宙并沒(méi)有限制人類必須呆在太陽(yáng)系！