在距离我们光年外的半人马座,一个被称为NGC的行星星云,星云是像我们太阳这样的恒星遗迹,当它寿终正寝时的称呼。
这张由哈勃望远镜拍摄NGC的照片不止是让我们想知道这颗恒星的过去,同时也会引起你对未来太阳的深思。
一个恒星的老去和到达它生命的尽头是一个既漫长又缓慢,不时被骤变的插曲打断的故事,就像NGC一样,最终会变成一颗摆脱它外层的气体红巨星。
在未来的百万年里,它自身会变成一颗照亮它的大气层的白矮星,此时已蜕变成行星状星云。
此时,我们的太阳处于主星序。它的氢转变为核内部的氦,结果就是,大量的能量被释放出来,温暖着地球,并维持着那里的生命。(实际上大多数热量并不是核聚变本身,而是质子-质子连锁反应)
恒星是外部核聚变压力和内部自身重力压力的平衡法则,这个平衡被成为流体静力平衡,它不能永远保持下去。
时间慢慢流逝,几千万年过去了,太阳持续把氢聚变成氦元素,释放热量,同时失去质量,像我们的太阳这样的恒星看起来还是很稳定,没什么变化,在未来看似也不会有什么改变
太阳每秒钟大概把百万吨的氢聚变成氦,同时也损失质量。它在把物质转换为能量,同时失去质量的过程可由爱因斯坦的E=mc^解释。
这个数量是相当巨大的。实际上,在太阳的45亿年中,它失去的质量大概与木星相当。
最终反应的平衡会被打破,因为太阳终将失去足够的质量,使得它向内的重力不能再与向外核聚变的力量抵消,那时它将膨胀成一个红巨星。
通过天文学家们计算,我们的太阳将在50亿年后变成一个红巨星,那时它将膨胀到吞没水星和金星,可能地球也不会幸免。
在那之前,太阳的亮度将会大概为现在的两倍。那时,地球将会接收到更多的能量,大概与目前金星接收的相当,基于这个预测,那时对生物来说非常不利。
在红巨星阶段之后,太阳将会变成亚巨星。它的体积将在5亿年中膨胀一倍,然后在接下来的又一个5亿年中,再膨胀一倍,同时亮度会是当前的倍。
此时,太阳将会极其庞大,明亮,威胁到已经变红的物体,并且消灭掉太阳系的内行星。
此时,太阳将会处于红巨星的分叉点。它将具有一个由氢层包围的氦核心。在几十亿的生命活动后,太阳只剩下1亿年的生命,但是在这1亿年的时间里,包含了很多的活动。
首先,太阳将在燃烧40%质量的地方出现氦闪。它将通过把大概6%的氦转换为核心内的碳来实现。这个过程只需几分钟——一个在太阳的几十亿年的生命中,令人震惊的变化前奏。
在失去这么多质量后,太阳会缩小至目前的1/10大小,亮度也降为目前的1/50。那时,太阳处于横向分支,它会在接下来的数百万年中继续燃烧核心的氦,体积和亮度会有所增加。
但目前太阳的燃料已燃烧殆尽。核心的氦已进一步枯竭,并且失去了更多的质量。它会像它第一次进入红巨星阶段一样,无法阻止的再次膨胀。
但这次膨胀会非常快速。
太阳上的物质加速运动,并且愈发变得不稳定起来,我们曾经一成不变的太阳正在进入它生命的最终阶段。它此时已处于渐近巨星分支阶段,这个阶段的早期将会持续2千万年。
它的核心由不活泼的氧和碳组成,壳层由氦聚变成的碳组成,还有另一个由氢聚变成氦的壳层。还有很多正在进行着。
太阳在一系列热脉冲和损失质量过程中会震动。每个脉冲只会会持续年,伴随着每次脉冲太阳都会膨胀并变得更亮。脉冲还一次比几次更强烈,这个周期大概持续万年。
计算显示,太阳可能会在它生命的末期发生4此这样的脉冲。
这些脉冲已透过太阳的外层,太阳现在变成一个白矮星。白矮星只会包含太阳原始质量的50%。
行星星云。(美国国家宇航局/欧洲航天局/戴尔天文台/哈勃团队/太空望远镜科学研究所/美国大学天文研究协会)
由于已经没有核聚变发生,太阳已经死去。作为一个白矮星,它能发射的只有储存的能量。这些能量由密集排列的褪去电子的物质组成,核聚变无法代替。
但是太阳仍会发光,在热脉冲期间,它发射的能量会攻击外面包裹的气体层,使气体层电离因此发光。接下来,我们的太阳会变成跟我们目前观测到的NGC一样的行星星云
NGC是太阳生命最终的一个缩影。就像NGC一样,我们的太阳会在几十亿年后的某一天,仅仅成为昔日辉煌的遗迹——作为一个给予生命的等离子球体。
先不考虑行星星云的命名,它附件已不再有行星存在。行星已经在它数次膨胀的过程中被摧毁了。这时存在的只有气体。
但是气体也终将消失。它会离开恒星,并冷却。在行星星云阶段的1万能后,太阳会成为一颗虚弱的白矮星持续数万亿年。
理论上,在那之后,太阳会变成一颗黑矮星。它将完全冷却下来,不再散发任何能量。由于目前还没有观测到黑矮星,因此这只是一个理
论。事实上,恒星变成假设的黑矮星要花的时间比我们目前宇宙本身的年龄还要长。
离开的行星星云气体还扮演者另一个角色。贯穿了太阳演变末期的几个阶段,根据恒星核合成理论,它产生了比氢和氧更重的元素
这些在天文学上被称为金属的元素,会被发送到太空中,成为另一个孕育中的恒星的一部分。它们会帮助下一颗恒星的诞生,新的行星也将在这颗未来的恒星周围诞生。
行星星云这个名字在天文学早期其实是误称。它们与行星并不相关。而是由于最早的恒星残骸发现者,用望远镜发现它们的时候,看到弧形的形状,并假设他们是行星。
现在我们了解到,这是错误的。目前我们已辨认出它们是什么。每一个星云类似持续几百万年的快照的叠加到目前的状态。这将是我们的太阳最终的命运,虽然我们人类或许没有机会看到这些。
读者笔记:
这里涵盖了大量的生命及太阳最终的死亡的细节。当我们提到:氢聚变成氦释放热量,其实背后有大量细节,我们无法在文章中完全展开。
如果你想要对恒星有更多的了解。推荐由塔夫茨大学的天文学教授肯尼斯朗著作的《恒星的生死》,他对恒星的所有细节有着非常深入的见解。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.sciencealert-EVANGOUGH,UNIVERSETODAY-hacker
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