太阳的一生
很多人认为太阳的一生应该是极其壮烈的,尤其是在最终死亡的时候或许有一次惊天地泣鬼神的大爆炸,但实际上并非如此,太阳的死到底是咋样的呢?
其实这个问题和恒星的演化有关,事实上也确实存在一些恒星在演化的过程中会发生爆炸,下文我们会具体提到。
目前我们对于太阳这类恒星的研究还是比较透彻的,所以对于太阳的一生也有大致的了解。我们都知道恒星时时刻刻都在燃烧自己照亮别人。那太阳内部到底是在烧什么呢?最早有人猜是烧煤了,结果有人真的算了算,结果发现如果太阳是烧煤的,那寿命可能只有几千年。
后来,在一帮粒子物理学家们的努力之下,终于搞清楚了恒星内部的燃烧机制,也就是核聚变。想要了解这个问题,我们要想搞清楚太阳内部的情况。太阳起源于星云物质的引力坍缩。
引力使得太阳核心的压力变得很高,同时温度要飙升,这个温度大概可以达到1500万度。这时候太阳核心的物质再也不是一个个原子构成的了,由于温度实在太高,导致原子结构都无法保持住,电子和原子核到处乱串,这也就是等离子态。
如果我们把太阳看成是一个大火炉,那它的燃料其实是原子核,而不是原子。(毕竟这个时候原子核已经不是和电子一起行动了。)
我们要补充一点,原子核其实是带正电荷的,所以原子核和原子核之间有库伦斥力,说白了就是相互排斥。所以,1500万度还不足以引发核聚变的条件,地球上的氢弹引爆时,都会预先引爆原子弹让温度达到1亿度左右。不过,由于在微观世界中存在一种量子效应:量子隧穿效应。
说白了就是原本很难的事情,在微观世界也有一点的概率发生,不过这个概率极其小。不过,由于太阳足够大,内部的原子核数量足够多,所以能够引发核聚变反应,但只能缓慢地进行。而到底引发的是什么核聚变反应呢?
实际上,宇宙诞生于一次宇宙大爆炸,在那之后,宇宙中的温度慢慢冷却,形成了原子结构,这当中大部分是氢原子(占据了70%左右),剩余的基本上都氦原子,其他的元素特别特别少,不到1%。
所以,恒星内部的元素基本上都是氢和氦。而氦的核聚变反应条件要比氢更苛刻,因此想点燃的是氢原子核的聚变反应。也就是说,太阳一开始的燃料是氢原子核,炉渣是氦原子核。
这个过程大概会持续100亿年,我们现在大概是在40多亿年的时候,也就是说太阳燃烧氢原子核还有50多亿年的时间。
50多亿年后,太阳核心的氢原子核烧得差不多后,由于太阳辐射层把内核和外层隔离开,使得外层的氢原子核不容易进入太阳内核。于是,当内核的氢原子核烧完后,反应条件又不足以支持氦原子核的核聚变反应,于是内核在引力的作用下持续收缩,而外层则会因为核聚变反应的对外压力的作用向外膨胀开来,此时的太阳会变成一颗红巨星,半径大概会膨胀到原来的200倍,水星和金星都会被吞噬掉,而地球大概在那个时候会在太阳大气附近。(补充一点,此时地球的最终结局还未可知,并不一定会被太阳吞噬)
然后,核心在引力的作用继续收缩,直到引发氦核的核聚变反应。在点燃氦核聚变的那一刻就会发生氦闪。
这之后太阳的核心大概会维持10亿年左右的氦核聚变反应。我们可以粗暴地理解成燃料是氦原子核,而炉渣是碳原子核或者氧原子核。
当氦原子核也烧完后,太阳的外层会继续膨胀形成行星状星云。
而内核会继续在引力作用下收缩,但遗憾的是,由于自身质量有限,引力不足以触发碳原子核和氧原子核的核聚变反应。
于是,太阳只能等着慢慢凉掉成为一颗白矮星,此时核心主要是主要是氧原子核和碳原子核。当热量都完全散去之后,最终成为一颗黑矮星。
以上就是太阳的一生,到了白矮星阶段我们就基本上可认为恒星的路已经走到了头了。所以,太阳并不会像很多人想象中的那样终局特别悲壮,相反太阳的死是悄无声息地,默默暗淡下去,在1千万年后,太阳表面的温度将会下降到只有5K,仅仅高于绝对零度5度。