50亿年后,太阳将膨胀为红巨星可能吞噬地球,太阳为何会膨胀?

上学时我们都学过,太阳能是可再生能源,是“取之不尽用之不竭”的能源。但事实上并非如此。即使永恒如太阳这样的星球也有走向终结的一天。

我们的太阳目前已经50亿岁,科学家们计算出太阳的寿命大约100亿年,也就是说目前太阳正处于中年时期,也可以说是最好的最稳定的时期,这是人类和地球的福分。

地球上的万物生长都要靠太阳,除了地热等少量能源,地球上几乎所有能源形式都属于太阳能,比如说水能,风能,潮汐能等都离不开太阳。

生命避免不了生老病死,太阳也是一样。科学家们计算得知,随着太阳的燃料氢元素越来越少,太阳会变得越来越不稳定,在几十亿年之后会膨胀成为红巨星,吞噬内行星水星和金星,甚至有可能吞噬地球。

那么太阳为什么会发生膨胀呢?膨胀的动力又是什么呢?

我们需要先从太阳内部的运行机制谈起。

大约50亿年前,宇宙中存在很多原始星云,这些星云分布并不均匀,意味着引力也不均匀。某些引力比较大的星云不断吸引周围的星云,一点点发展壮大,质量不断增加。

质量变大,意味着引力变大,引力越大就会吸引更多的星云。星云内部温度和压力也急剧攀升。当达到一个临界点,核聚变就发生了,一颗恒星诞生了!

太阳的内核温度高达1500万摄氏度,但是即便如此高的温度,理论上也不足以发生核聚变。想要发生核聚变起码需要1亿度的高温才可以。氢弹的制造过程就是先通过引爆原子弹,让温度达到可以引爆氢弹的程度。

那么温度不够高的太阳内核为何会发生核聚变呢?

在高温高压下,太阳内核呈现等离子态,这种状态更像一锅粒子粥,电子原子核到处乱跑。

从宏观角度讲,核聚变不会发生。但是从微观角度来看,量子世界中存在着量子隧穿效应。何为“量子隧穿”?

通俗地讲,在宏观世界需要很大能量才能做到的事,但在微观世界即使没有足够的能量也可以做到,只是概率很低罢了。

举个宏观的例子,比如说一堵3米高的墙,现实中无论怎么努力你都不可能跳过去。但在微观世界,你是有可能跳过去的,只不过几率很低罢了。

尽管太阳内核温度不够高,但在量子隧穿效应下,由于太阳质量足够大,粒子数量足够多,意味着量子隧穿效应总是会发生的。所以太阳会持续进行核聚变。

在太阳核聚变过程中,会释放能量,向外产生辐射压力。同时由于太阳质量巨大,也会产生巨大的引力,当辐射压力与引力保持平衡时,太阳整体就处于一种稳定状态。目前我们的太阳就处于这样一个状态。

太阳的辐射压力与温度的四次方成正比,所以恒星内核温度越高,向外的辐射压力就越强。

虽然目前我们的太阳比较稳定,体积没有明显变化。但随着核聚变持续进行,氢燃料会不断被消耗。随着时间推移,辐射压力和引力的平衡会慢慢被打破。

氢燃料的减少,意味着向外的辐射压力变小,而引力相对变化不大,向内的引力就会占据上风,太阳外层物质开始向内坍缩,与内核发生激烈碰撞,释放出大量能量,使得内核温度开始上升,开始新一轮聚变,聚变成更重的元素。

而太阳稳定时期外层物质(主要是氢)并没有发生核聚变,当太阳向内坍缩过程中,外层物质也开始不断补充进内核,在温度不断上升的情况下,也开始发生核聚变。辐射压力会再次占据上风,促使太阳向外膨胀。

而更重的元素,比如氦元素的聚变产生的辐射压力要比氢核聚变多得多,所以这又会推动太阳加速膨胀,而且膨胀过程产生的温度比之前要高很多,整个太阳球体都在发生着聚变!

不过太阳的这种膨胀远不是一瞬间完成的,而是会持续漫长的时间,至少能维持10-20亿年之久。在膨胀过程中,太阳半径会增大至现在的几百倍,吞噬内行星,比如说水星和金星。或许我们的地球也不能幸免。

即使地球没有被吞噬,地球也不再适合生存。在太阳膨胀过程中,地球温度会持续升高,海洋蒸发,地球会被烤焦。届时太阳系的宜居带会一步步外移,到火星,木星附近。届时木星的众多卫星很可能成为宜居星球!

无论如何,太阳的膨胀和死亡都不是我们担心的,毕竟那是几十亿年之后的事情。如果人类有幸把文明延续到几十亿年之后,我们肯定早就飞出太阳系了,肯定会发现更多适合人类生存的家园!

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