太陽有壽命嗎?地球上的生命還能維持多久?

那麼當太陽最終迎來生命的終結,將會發生什麼?要想回答這個問題,我們首先必須弄清楚太陽是如何發光的。恆星形成於巨大的星雲之中,這些星雲的大部分物質成分是氫氣和氦氣,以及少量其他元素。氣體本身擁有質量,因此如果你將足夠多的氣體放在一起,它們會在自身重力的作用下發生塌縮過程。

太陽有壽命嗎?地球上的生命還能維持多久?

這一收縮過程會產生大量熱量(在天文學上這被稱作“開爾文-亥姆霍茲收縮”)從而造成核心位置氣體的加熱,直到這些氣體發生電離(也就是其原子核中的電子脫離原子核,成為自由電子,從而導致原子帶電)。當達到一定臨界條件時,氫原子之間開始引燃核聚變過程,氫原子(各包含一個質子)聚變為氦原子(包含兩個質子和兩個中子)。

這一過程會以光和熱的形式大量釋放能量,而這會產生自內向外的擴張力,從而阻止其他進一步塌縮的進行。當這兩股力量達到平衡狀態時,一顆恆星便就此誕生了。

一顆恆星內部的氫燃料足夠維持其持續發光發熱長達數十億年的時間。但這些燃料總有耗盡的那天,到那時候,恆星內部的氫燃料幾乎已經全部經過核聚變轉變成了氦。此時我們的太陽便再也無法產生足夠多的能量併產生足夠強大的外向壓強來對抗自身重力的影響了,於是它將開始在自身重力的作用下繼續向內塌縮。

太陽有壽命嗎?地球上的生命還能維持多久?

太陽的老年時代:氦的燃燒和地球的毀滅

但隨著越來越多氫物質經過核聚變後將氦殘渣落入核心,太陽中心位置的氦核越來越大,它開始在自身重力作用下塌縮。這種情況也將釋放能量,當然並非經由核聚變的方式,而是簡單的壓縮產熱過程。這一過程產生了額外的光和熱,造成這一時期的太陽變得格外明亮。但這股力量也同時造成了太陽的膨脹,此時它將變身為一顆紅巨星。紅巨星的光呈現一種紅色色調,因為相比現在的太陽,紅巨星階段的太陽因為體積大大增加,其最外層的表明溫度將會相應降低,於是顏色會顯得偏紅一些。

2008年的一項研究顯示,當太陽進入紅巨星階段時其半徑將變得極其巨大,最外層幾乎將抵達1.7億公里之外,從而將水星、金星和地球全部吞噬。太陽完成向紅巨星轉化的整個過程大致需要500萬年左右,相比恆星的壽命,這幾乎可以說是一瞬間的事。

太陽有壽命嗎?地球上的生命還能維持多久?

另外,太陽的光度一直在以大約每10億年增加10%左右的速度持續上升。因此太陽周圍的所謂“宜居帶”範圍也將逐漸發生變化。所謂宜居帶是指恆星周圍距離適中,因而其地表溫度較為適中,允許水以液態形式在行星表面存在的區域範圍,目前太陽系的宜居帶範圍大致是在距離太陽0.95~1.37個天文單位(AU) 之間。

隨著太陽光度的上升,這一區域將逐漸向外移動。當太陽最終成為紅巨星時,火星在那之前便早就已經被納入宜居帶範圍內了。而與此同時地球距離太陽就太近了,它將在與日俱增的太陽光熱炙烤下逐漸乾涸,海洋將全部蒸發殆盡,水分子將在紫外線作用下被分解為氧氣和氫氣並全部逃逸到太空之中——在太陽真正吞噬地球之前很長時間,地球便早已成為一片不毛之地。

我們的命運

在地球上的氧氣和氫氣逐漸消失的過程中,大氣中的氮氣和二氧化碳將逐漸成為地球大氣的主要成分,就像今天的金星大氣,儘管我們目前還不能斷言當時的地球大氣中二氧化碳的濃度會不會達到今天的金星那麼驚人。這一問題的答案部分將取決於到那時地球上還有多少火山仍在持續噴發,以及當時地球上的板塊運動是否還依然活躍。

太陽有壽命嗎?地球上的生命還能維持多久?

我們希望我們的後代到那時候已經變得足夠強大,也足夠有智慧,在這樣的命運到來之前便已經全體移民火星甚至是太陽系中其他更加遙遠的星球,以便躲過這一滅頂之災。


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