当太阳死去地球会怎样?海王星或成人类庇护家园

與萬事萬物一樣，恆星不斷產生，繁盛，然後死亡。我們賴以生存的太陽也不會是例外，而當太陽走向死亡之時，我們生活的地球也將隨之消亡。但地球的消亡將不 會是無聲無息的，相反，它將在已經成為紅巨星的太陽強烈的高溫作用下被炙烤，然後蒸發。這或許不是你想聽到的故事，但如果你現在就想出門去找地方辦理一份 「恆星死亡保險」的話，請先等一等，因為時間還很長——這樣的情景要發生，至少是在70~80億年之後。

2016年4月13日的太陽。儘管已經燃燒了45億年之久，但太陽正值壯年，還有一半的壽命

藝術示意圖：當恆星膨脹為一顆紅巨星時吞噬旁邊的一顆氣態巨行星。太陽也是一樣，當太陽成為紅巨星時，其體積將大大膨脹，將水星、金星和地球吞入其中徹底摧毀

行星狀星雲NGC 6565，這是一顆恆星死亡後的裹屍布

相比之下，全部的人類歷史加起來也只不過是這個時間長度的一個零頭。如果將地球的年齡濃縮成一天的時間，那麼人類的誕生不過是這一天的最後一秒鐘發生的事。這樣的對比能夠最生動地表現我們人類自身面對宇宙的渺小和卑微。

太陽的青年時代：氫的燃燒

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。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。然而這一收縮過程產生的熱量將不足以像一開始在塌縮過程中引發氫的核聚變過程那樣引發氦的核聚變過程。但殘留在這個氦核外緣的氫物質將達到足夠高的溫度並開始發生核聚變，這一過程會產生足夠多的熱量讓太陽繼續維持一段時間的相對穩定。

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。

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。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。

但即便我們的後代移民到了火星上，這裡也並非久留之地。一旦太陽成為紅巨星，太陽系的宜居帶將向外推移到距離太陽49~70個天文單位處。在這樣的情況下，在今天的海王星軌道可能都會太熱而不適合生命生存，到那時，太陽系中我們的庇護所或許將是冥王星和其他柯伊伯帶天體，彗星或者其他小型冰凍星球。

另外，在2008年的論文中，研究人員指出像太陽這樣的恆星會隨著時間推移而逐漸丟失質量，主要的途徑是太陽風。在這樣的情況下，行星圍繞太陽公轉的軌道半徑就會逐漸增加。這樣的過程太過緩慢，無法拯救地球被太陽吞噬的命運，但如果海王星也會經歷同樣的軌道演變，那麼海王星系統或許在未來就將能夠成為人類在太陽系中的庇護家園。

然而這樣的狀況並不能持久——太陽氦核外圈的剩餘氫燃料很快就將耗盡，此時太陽將再次進入塌縮過程，產生大量熱量並最終抵達足夠高的臨界溫度，從而開啟另一個輪迴的核聚變機制——氦聚變。在接下來的大約20億年內，太陽將藉助氦聚變維持發光發熱，在此過程中產生的「灰燼」則是碳和少量的氧。而 一旦氦也被消耗殆盡之後，太陽已經沒有其他可以用來維持自身的燃料了。此時塌縮過程將再次啟動，太陽核心將收縮成為一顆白矮星。而在此過程中，太陽的外層物質將幾乎不受什麼明顯的影響，因為在那之後由於太陽外層已經膨脹地太過巨大，外層物質已經實際上與內核部分聯繫很弱了。於是太陽的外層物質便逐漸散去， 最終飄散形成一個行星狀星雲。

由於白矮星的加熱機制是收縮產熱而不是核聚變，因此一開始它們的溫度會很高，表面溫溫度常常可以達到2.8萬攝氏度左右，它們會照亮周圍逐漸擴散的星雲物質，在這一階段，天琴座的指環星雲就是一 個很好的案例。這也就是說，在遙遠的將來，一個遙遠的外星文明遠遠地透過望遠鏡觀察曾經的太陽系方向，他們將會看到的或許就是類似指環星雲的模樣，而我們人類是否仍然存在則不得而知了。

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