或许没有什么比太阳更古老、更永恒不变了,这是一颗 黄矮星,它照亮了地球超过 40 亿年。
但我们的太阳,也终将消逝。科学家们对它消逝时的情景相当确定。
太阳通过其核心内的氢原子聚变(或结合)来提供能量。这会产生氦和大量的能量。但就像发条玩具会耗尽能量一样,太阳核心中的氢也会耗尽。当这种情况发生时,大约在 50 亿年后,太阳将不得不寻找新的能源。
起初,这不成问题。如今,氢聚变还能让太阳核心对抗向内挤压的外层。当核心无法再支撑时,外层中的氢会涌入并加热——为太阳提供更多的聚变燃料。一切看起来都会很好。
但这会付出代价。这些事件的副作用会导致太阳变红、变冷,并膨胀到比现在大一百多倍,吞噬水星、金星甚至地球的轨道。太阳将变成一颗红巨星,就像我们在天空中能看到的 牧夫座大角星 或 毕宿五 一样。
[相关:我们仍然不真正了解太阳内部有什么——但这种情况可能很快就会改变]
这一切都是为了补充氢,这只能为太阳争取额外 10 亿年的寿命。当这些氢也耗尽时,太阳将被迫寻求次优的选择:它一直以来产生的氦。
当太阳开始聚变氦时,这可能看似一切恢复正常。氦会部分修复核心的残骸,膨胀的恒星会失去大部分体积。天文学家称之为氦闪。但有一个问题:氦闪会在几分钟内烧掉太阳近十分之一的完好的氦。
此后,越来越衰老的太阳面临一个致命的问题:作为燃料,氦根本无法与氢相比。氦聚变不像氢聚变那样能产生大量能量,而且它会产生碳和氧。虽然可以聚变这些元素,但要困难得多,效率也低得多。
剩余的氦只能为太阳再争取大约 1 亿年的时间。
当太阳无法再聚变氦时,它将进入另一个艰难时期。它会再次膨胀,拼命寻找任何可以聚变的氢或氦的“口袋”。即使核心开始坍缩,恒星也可能会将其外层推得更远,甚至可能一直推到小行星带之外。
这只能持续一段时间。最终,太阳会抛掉它所有的外层。邻近星系的观测者可能会看到壮观的景象,就像一个明亮的光环。对于我们所认识的太阳来说,这 10000 年是它死亡的时刻。
它将留下一个被称为行星状星云的天体墓碑,尽管它与行星无关——除非曾经的木星、土星、天王星和海王星那些黑暗、死亡的残骸能够阻止自己被吹走。
但对太阳来说,死亡并非终结。虽然它大约一半的质量会消散,但其余部分将在行星状星云的中心挤压在一起。这将变成太阳核心的一个微小、明亮、超致密的余烬,大小不超过地球。这种燃烧的残骸被称为白矮星。
太阳漫长、最后的、孤独的形态由此开始。在数万亿年的时间里,在比宇宙当前年龄长数百倍的时间里,这颗白矮星将——非常、非常缓慢地——失去剩余的热量,最终归于黑暗。
这个故事最初刊登在《大众科学》2021年夏季“热”特刊中。阅读更多 PopSci+ 故事。
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