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太陽的未來(圖)


太陽的未來(圖)太陽耀斑


太陽已經50億歲了。它度過了漫長的前半生,已經進入了中年時期。現在,它容光煥發,華光四射,率領著太陽家族中的一切成員居住在銀河系中。太陽的一生是從星雲開始的,最後一直到紅巨星、白矮星,成為太陽的死骸,這一過程大約要經過100億年,也就是說再過50億年將是太陽的死期,而我們人類生活的地球將在太陽變成膨脹的紅巨星時被其吞掉。如果我們人類能生存到那個時代的話,就只能飛到其他星球上去生活了。


據天文學家估計,太陽的壽命是100億年。也就是說,太陽還能夠活上50億年。那麼,太陽將怎樣度過它的後半生呢?50億年以後,它變成了什麼呢?太陽的中年時期是一個相對穩定的階段。太陽內部蘊藏著大量的氫。這些氫是維持太陽生命的「糧食」。太陽內部是一個高溫和高壓的地方,在那裡正在進行著熱核反應, 熱核反應進行的時候,釋放出大量的能量。於是,太陽放出強烈的光和熱。由於氫聚變為氦的反應,進行得比較緩慢,因此,太陽的中年時期比較長,佔了太陽一生中的絕大部分時間。熱核反應產生的巨大能量,使太陽大氣處在劇烈的熱運動中。太陽大氣的熱運動,產生了向外的壓力,這個壓力叫做輻射壓,它是一種向外排斥的力。太陽上除了這種斥力以外,還有自身產生的引力。它是一種向內的,跟斥力方向正好相反的力。太陽一生的變化,就是因為這兩種力不斷變化而造成的。現階段,太陽上的這兩種力勢均力敵,處在相持的情況下。因此,太陽既不膨脹,也不收縮,光度變化也不大。

雖然太陽表面局部地區在發生各種各樣的活動,例如黑子、耀斑、日珥等活動,而且活動的規模和釋放出的能量比地球上最猛烈的火山爆發要強幾十萬倍,拋射出大量的物質,但是這些活動都不足以引起太陽的嚴重創傷,無損於太陽的光輝。太陽的這種穩定的局面,雖然能維持一個很長的時期,但是最終有一天要被打破的,踏上通向「死亡」的道路。天文學家計算,太陽內部靠近中心的地方,溫度最高,壓力也最高,氫聚變為氦的熱核反應主要在中心進行。因此,越接近太陽的中心,氫越早消耗完畢。這樣,在中心部分就形成一個由氦組成的核心, 叫做氦核。這個氦核隨著熱核反應的進行不斷增大。這時候,太陽結構開始發生了變化:中央是一個氦核,外面是正在燃燒著的由氫組成的殼層,再外面是還沒有燃燒的由氫組成的殼層。那時候,太陽中心的溫度只有1500萬度,密度只有每立方厘米100克,溫度和壓力都不夠高,不能使氦發生核反應。因此,氦核形成以後,太陽中心部分由一個產生能量的地方變成一個不產生能量的地方。內部沒有能量供應,向外的斥力減弱,斥力和引力之間的平衡遭到了破壞,引力逐漸地大於斥力,佔了上風。


計算表明,當氦核的質量占整個太陽質量的百分之十到百分之十五的時候,太陽內部物質就要進行一番調整,核心部分在引力作用下收縮。氦核收縮的時候,要釋放出大量的能量。這些能量,一部分使氦核升溫,另一部分就輸送到外殼。外面的太陽大氣得到從裡面送來的熱量以後,受熱膨脹,表面積迅速增大。這時裡面收縮、外面膨脹的過程進行得極快,外部熱量的增加趕不上表面積的增長。因此,太陽表面每單位面積所發出的熱量反而比以前少。這時候,太陽的表面溫度降低,但是因為整個太陽的體積大大增加,所以太陽的光度仍然很大。到這時候,太陽已經變成一顆表面溫度比較低、顏色偏紅、體積很大、平均密度很小、光度很高的星。由於個兒大,發出的又是紅光,所以叫做紅巨星。


太陽變成紅巨星的時候,體積大得可以把水星都吞進去。它的光度將要比現在的太陽大幾十倍。我們地球上的氣溫將升高好幾倍。那時候,我們的地球也就變成了一個人類無法居住的地球了。太陽變成紅巨星的過程中,隨著氦核的收縮,中心溫度越來越高,密度越來越大。等到溫度升高到一億度,密度升高到每立方厘米10萬克的時候,氦開始發生熱核反應,死灰復燃,重新放出大量的熱量。太陽經過一次劇烈變動以後再一次穩定起來。太陽在紅巨星階段大約要維持10億年。氦原子核聚變為碳原子核的熱核反應不斷進行,中心部分逐漸地變成一個碳核,等到碳核增大到一定大小的時候,又一次發生外面膨脹、裡面收縮的過程。太陽再一次劇烈變動。這種核反應在太陽內部一個接一個地進行。當碳核收縮,中心溫度升高到六億度的時候,碳開始熱核反應,聚變為氧。碳聚變過程更快,只要一萬年就結束。碳聚變反應完了以後,等到中心溫度升高到20億度的時候,氧發生熱核反應,聚變為氖。氧的熱核反應進行得更快,只要一年時間。這樣的反應一直到形成鐵才停止。停止的原因是:物質密度太大,氣體的性質發生了變化,再收縮的時候,溫度不再升高。


太陽進入紅巨星階段以後,隨著熱核反應一個接一個地進行,不斷發生變化,時而膨脹,時而收縮,很不穩定。最後,中心溫度升高到60億度,內部會發射出大量的中微子,中微子能把大量的能量帶走,剩下的能量在1000秒鐘里用完。這時候,太陽遭受了一次巨大的災難,引力失去了平衡力。在強大的引力作用下,太陽內部迅猛地坍縮。坍縮的時候,會發出強烈的衝擊波,衝擊波使太陽發生一次爆炸,把外殼猛然地拋向星際空間。在外殼被拋向星際空間的同時,內部物質在巨大的引力下坍縮,變得很密,體積縮得很小,溫度升得很高,發出強烈的白光。這時候,太陽已經變成了另一種星體。由於它個子矮小,又發出白光,所以叫做白矮星。白矮量的特點是個兒小,有的只有月亮那麼大,可是它的質量卻很大,光度小。人們發現的第一顆白矮星是天狼星的伴星。這顆白矮星比太陽小得多,直徑只有太陽的五十分之一。但是,它的質量卻和太陽的質量差不多,密度是每立方厘米175千克。

後來人們發現了更多的白矮星,其中有些白矮星的密度高達每立方厘米十幾噸。白矮星表面重力很大,一個一百幾十斤重的人,在白矮星上會變成幾十萬噸。太陽變成白矮星以後,內部不再進行熱核反應,靠冷卻來發光。大約經過十億年,能量用光,太陽變成一顆不發光, 冷冰冰、又矮又小的黑矮星了。黑矮星就是太陽的結局。至於黑矮星將怎樣變化下去,天文學家只提出了一些猜測性意見,一種可能是粉身碎骨,成為星際物質,瀰漫在星際空間,成為形成下一代恆星的原料;另一種可能是它重新吸積周圍的星際物質,重新燃燒起來,死而復生。那麼太陽有沒有可能變成密度更大的中子星,甚至變成黑洞呢?經過天文學家計算,認為太陽只能變成白矮星,不可能變成中子星和黑洞。原因是質量不夠大,以致坍縮的壓力不夠,物質不可能壓得像中子星和黑洞那樣密。總之,太陽的後半生將走一條從紅巨星經過爆發到白矮星,再到黑矮星的道路。

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