從恆星的生命演化周期看太陽

科技 07-30

宇宙中的任何事物都有其生命的演化周期，都會經歷誕生、成長、壯年、衰弱、老年、死亡的過程，誰都無法避免，包括我們所生存的地球和所依賴的太陽。

太陽近距離照片

太陽作為一顆恆星也是具有其生命周期的，當然我們所說的恆星的生命周期其時間尺度以億年為單位的，與我們人的生命周期完全不同。首先我們通過下圖來看看恆星的生命演化周期。

恆星的生命演化周期圖

從上圖我們可以得出恆星的生命周期大概可以分為以下幾個階段：

1、誕生——主序星之前的階段

星際空間普遍存在著極其稀薄的物質，主要由氣體和塵埃構成。它們的溫度約10～100K，密度約10-24～10-23g/cm3，相當於1cm3中有1～10個氫原子。星際物質在空間的分布並不是均勻的，通常是成塊地出現，形成瀰漫的星雲。星雲里3/4質量的物質是氫，處於電中性或電離態，其餘是氦以及極少數比氦更重的元素。

哈勃望遠鏡拍攝的星雲照片

在星雲的某些區域還存在氣態化合物分子，如氫分子、一氧化碳分子等。如果星雲里包含的物質足夠多，那麼它在動力學上就是不穩定的。在外界擾動的影響下，星雲會向內收縮並分裂成較小的團塊，經過多次的分裂和收縮，逐漸在團塊中心形成了緻密的核。當核區的溫度升高到氫核聚變反應可以進行時，一顆新恆星就誕生了。

哈勃望遠鏡拍攝的船底星雲

2、成年期——主序星階段

恆星以內部氫核聚變為主要能源的發展階段就是恆星的主序階段，稱為主序星。主序階段是恆星的青壯年期，恆星在這一階段停留的時間占整個壽命的90%以上。這是一個相對穩定的階段，向外膨脹和向內收縮的兩種力大致平衡，恆星基本上不收縮也不膨脹。恆星停留在主序階段的時間隨著質量的不同而相差很多。質量越大，光度越大，能量消耗也越快，停留在主序階段的時間就越短。例如：質量等於太陽質量的15倍、5倍、1倍、0.2倍的恆星，處於主序階段的時間分別為一千萬年、七千萬年、一百億年和一萬億年。

主序星太陽、天狼星和紅巨星北河三、大角星

目前的太陽也是一顆主序星。太陽現在的年齡為46億多年，它的主序階段已過去了約一半的時間，還要50億年才會轉到另一個演化階段。與其他恆星相比，太陽的質量、溫度和光度都大概居中，是一顆相當典型的主序星。主序星的很多性質可以從研究太陽得出，恆星研究的某些結果也可以用來了解太陽的某些性質。

NASA太陽照片

3、中年期——紅巨星階段

當恆星中心區的氫消耗殆盡形成由氦構成的核球之後，氫聚變的熱核反應就無法在中心區繼續。這時引力重壓沒有輻射壓來平衡，星體中心區就要被壓縮，溫度會急劇上升。中心氦核球溫度升高後使緊貼它的那一層氫氦混合氣體受熱達到引發氫聚變的溫度，熱核反應重新開始。如此氦球逐漸增大，氫燃燒層也跟著向外擴展，使星體外層物質受熱膨脹起來向紅巨星或紅超巨星轉化。

太陽變成紅巨星後和現在的太陽對比

預計太陽在紅巨星階段將大約停留10億年時間，光度將升高到今天的好幾十倍。到那時侯，地面的溫度將升高到今天的兩三倍，北溫帶夏季最高溫度將接近100℃。

4、老年期——白矮星階段

大質量恆星經過一系列核反應後，形成重元素在內、輕元素在外的洋蔥狀結構，其核心主要由鐵核構成。此後的核反應無法提供恆星的能源，鐵核開始向內坍塌，而外層星體則被炸裂向外拋射。爆發時光度可能突增到太陽光度的上百億倍，甚至達到整個銀河系的總光度，這種爆發叫做超新星爆發。超新星爆發後，恆星的外層解體為向外膨脹的星雲，中心遺留一顆高密天體。