太陽滅亡全過程!恆星走完生命的一剎那我們看到了太陽的未來!

2021-01-15 遨遊世界科學

本文參加百家號科學#了不起的天文航天#系列徵文。

生命的誕生意味著必須面臨死亡,宇宙萬物似乎都逃脫了不了走到生命終點的剎那,恆星也一樣!

在大約一萬光年之外的人馬座,有一個行星狀星雲,叫做NGC 5307。這顆行星狀星雲是像我們的太陽這樣恆星的最後階段,它已經到達了它生命的盡頭。這張哈勃拍攝的ngc5307圖像不僅讓你對這顆恆星的過去感到好奇,更關鍵的是它讓我們想起了我們自己的太陽的未來。或許你無法接受最終的結局,就算整個太陽係為之「哭泣」,但這一切終會到來,那就是我們太陽系的核心----太陽的結局。

太陽的結局

我們知道一顆恆星衰老並走向生命終點的過程是一個漫長而緩慢的故事,其間發生著難以想像的情節。就像NGC 5307一樣,我們的太陽最終會變成一顆紅巨星,釋放出它的外層氣體。在幾十億年後,它本身將變成一顆白矮星,照亮它作為行星狀星雲所釋放的氣體層。

現在,我們的太陽正值壯年,它的核心將氫聚變成氦。由於核聚變,大量的能量被釋放出來,地球被加熱,生命得以繼續。但是恆星是在聚變的外部壓力和自身重力的內部壓力之間進行平衡的。這種平衡被稱為流體靜力平衡,它不可能永遠持續下去。

45億年已經失去了一個「木星」

一年又一年,一個世紀又一個世紀,太陽不斷地把氫聚變成氦,釋放熱量,再失去質量。雖然像我們的太陽這樣的恆星看起來穩定不變,但是自然界中沒有什麼是一成不變的。你知道嗎?太陽每秒將大約6億噸氫聚變成氦,在此過程中失去了大量質量,並轉化為能量,產生光和熱造福太陽系。

我們用愛因斯坦的E = mc也可以來解釋,式中E為能量,m為質量,c為光速,光速為每秒30萬公裡,把數值帶入,可以得出一個很大的數目。事實上,到目前為止,在其大約45億年的生命中,太陽已經失去了與木星相當的質量。最終,平衡的行為將永遠改變,因為太陽將失去足夠的質量,其內部的重力將不足以容納其聚變的外部力。這顆恆星將膨脹成一顆紅巨星。

太陽系的「紅巨星」

天文學家計算出,當我們的太陽變成一顆紅巨星時,大約50億年後,它將膨脹到足以吞沒水星、金星,或許還有地球。在此之前,太陽的亮度將會是現在的兩倍。到那時,地球從太陽接收的能量將和金星現在接收的能量一樣多,顯然對生命的適宜已經不復存在,不過那時候估計人類早已撤離或者不復存在。

隨後它的規模將在5億年的時間裡翻倍。然後進入另一個5億年的階段,它的大小再次翻倍,亮度也提高了2000倍。此時的太陽現在是一個巨大的,明亮的,具有威脅性的物體,它已經變成紅色併吞噬了太陽系內的大部分行星。

當一顆恆星變成紅巨星時,它會膨脹到巨大的尺寸,即使它已經失去了質量。不過失去的質量意味著壓縮恆星的引力更小。

最後的「氦閃」

此時,太陽將會處於在紅巨星的末尾階段,它的核心是氦,周圍有一層氫。經過數十億年的活躍周期之後,太陽只剩下大約1億年的活躍生命,但是在這1億年裡可以有很多活動。

首先是氦閃,在這個階段太陽將燃燒40%的質量。它將通過將其核心約6%的氦轉化為碳來做到這一點。而這只需要幾分鐘,與太陽數十億年的生命形成了驚人的對比。在失去所有的質量後,它會進化到目前大小的10倍,亮度的50倍。在接下來的一億年間,它將繼續燃燒核心的氦,變得更大更亮。

但是到了現在,太陽的燃料已經快用完了。其核心的氦被進一步耗盡,它將會失去更多的質量。沒有什麼能阻止這一切的發生,太陽將再次膨脹,就像它第一次進入紅巨星階段時那樣。但這種擴張將會快得多,或許更貼切的說是迴光返照。

迴光返照,最後的掙扎

太陽的速度在加快,它變得越來越不穩定。我們曾經堅不可摧的太陽正在進入它的最後階段。它現在處於漸近巨分支階段,在這一階段的早期將花費大約2000萬年。它有一個由氧和碳組成的惰性核心,一個氦聚變生成更多的碳,另一個氫聚變生成氦。它會發生一系列的熱脈衝和質量損失。每一次脈衝只持續100年左右,在每一次脈衝中,太陽都會膨脹並變得更加明亮。每一次脈衝都會比前一次更強,這一周期大約持續10萬年。計算表明,我們的太陽很可能在它生命的盡頭經歷四次這樣的脈衝。

太陽的死亡

經過這些脈衝的折磨,太陽會平靜下來。無論如何,這時候太陽已經死了。或者至少在昏迷中。脈衝已經脫離了它的外層,現在它是一顆白矮星。這顆白矮星只包含太陽原來質量的50%。太陽死了,因為不再有核聚變了。作為一顆白矮星,它只釋放儲存的能量。它由密度很大的電子-簡併物質組成,不可能發生聚變。

但它仍然在發光,它發出的能量將撞擊它在熱脈衝過程中釋放的氣體層,電離氣體並將其點亮,最後我們的太陽將成為行星狀星雲。

而NGC 5307是我們對太陽生命終結的完美例子。就像NGC 5307一樣,數十億年後的某一天,我們的太陽將只剩下它昔日輝煌的殘餘,那僅僅是一個賦予生命的等離子球。儘管有行星狀星雲的名字,但附近不會有行星。在它擴張的時候,它已經毀滅了他們,只有殘缺的氣體。

但即使是星雲終也會消失,它會遠離恆星並冷卻。在作為行星狀星雲存在約1萬年之後,前太陽將作為一顆虛弱的白矮星存在數萬億年。之後,根據理論,太陽將變成一顆黑矮星。它會完全冷卻,不釋放任何能量。這是理論上的,因為還沒有觀測到黑矮星。事實上,一顆恆星演化成這種假想的黑矮星狀態所需的時間,比迄今為止宇宙本身的年齡還要長。但毫無疑問,這可能就是我們的太陽的最終命運。

相關焦點

  • 我們的太陽到底是什麼恆星?
    如你所知,我們的太陽就是一顆恆星。它是距離我們最近,也是我們最為熟悉的恆星,但它仍只是一顆恆星。在浩瀚宇宙中,存在著無以計數的恆星,天文學家們已經能夠分辨出具有不同形態、不同大小、不同金屬含量以及不同年齡的各種恆星了。
  • 太陽和恆星裡的核能
    太陽像大多數恆星一樣,主要是由氫組成。因此我們要問,太陽的輻射是否可能由氫聚變來補償?以後我們將會看到,氫的聚變確實是太陽的能源。不過在證明核反應維持了太陽的生命,從而也維持了我們的生命以前,我們應假想一下,假如在太陽和恆星內氫原子不斷地聚變為氦原子,並釋放出核能來維持恆星的輻射,其後果是什麼。
  • 太陽的宿命——死亡
    眾所周知,太陽是我們這個星球賴以生存的能量源泉。沒有太陽,人類和其他動物植物都不能生長,生機勃勃的地球將是一片死寂。但你想過有那麼一天,太陽會衰老死亡嗎?
  • 與其他恆星相比,太陽既懶又無聊
    人類生活在太陽系,太陽每天放出熱量為生命提供能量,然而與其他恆星相比,太陽的表現實際上是非常懶惰的。研究小組將太陽與300多個類似的恆星進行了比較,這些恆星具有相近的旋轉周期、化學成分、質量、年齡和表面溫度,通過對比觀察,我們可以發現太陽系的獨特特徵。
  • 50億年後太陽滅亡,人類能發展到什麼地步?文明能延續嗎?
    50億年後太陽滅亡,人類能發展到什麼地步?文明能延續嗎?人類一直希望可以擁有永恆的生命,這樣我們就可以一直生活在地球上。但是現實卻不容我們人類樂觀,如果我們地球不會出現問題,也不會發生遭受襲擊,留給地球的時間也是非常少的。
  • 太陽最終的宿命是黑洞嗎?恆星的何去何從呢?
    我們最熟悉的恆星——太陽恆星是一種天體,由引力凝聚在一起的一顆球型發光等離子體體,太陽就是最接近地球的恆星。地球每天都能迎來太陽光,這對地球的生物實在太重要了,那麼太陽會「死」嗎?一篇星雲會產生很多的恆星恆星形成是分子雲的高密度區崩潰成為球形的等離子體形成恆星的過程。
  • 太陽並非普通的恆星?太陽對地球的神秘影響到底有多廣泛?
    在地球上,人類無論從哪個角度去觀察日出,我們總是能看到以下類似的景象:一輪紅紅的龐大圓球從地平線上緩緩升起,初升的太陽散發的光芒很柔和,並不刺眼.由於萬事萬物都依靠太陽提供能量,太陽對於地球的重要性不言而喻,那麼太陽對地球到底有什麼令人意想不到的影響,它是一顆怎樣的恆星呢?
  • 垂死恆星的光可以摧毀小行星,當太陽走向盡頭,小行星帶首當其衝
    眾所周知,我們的太陽並不會在一次超新星爆炸中結束自己的生命,因為太陽本身的質量和能量並不足以讓它演變成超新星(恆星質量達到8至25個太陽質量的恆星才有可能),它最終只能變成白矮星。但即使太陽不會發生超新星爆炸,也會給太陽系中的小行星帶帶來災難,最新的研究表明:垂死恆星的光足以粉碎幾百個地日距離外的小行星。
  • 比太陽還大的恆星你知道多少?
    但是隨著所有這些反應的進行,就會縮短恆星的壽命。我們將發現的最大恆星可能正處於生命的邊緣。當我們到達魯赫曼16星系,在這裡我們會找到其中最小的恆星之一棕矮星,這裡的小呢,指的是木星的大小。現在讓我們靠近它的巨大鄰居天狼星A,不用望遠鏡,已從地球上就能輕易的看到這顆恆星,它比我們的太陽重兩倍,比太陽寬一點五倍。他是我們夜空中最亮的恆星。現在我們從地球飛了550光年,進入仙后座。大約一百年前,這裡發生了宇宙爆炸。一些氣體被扔進太空之中,在那之後,他就成了星座中最亮的恆星,它比我們的太陽還要寬上十倍。
  • 大約一半的類太陽恆星存在宜居的巖石行星
    自從天文學家證實了太陽系以外存在行星(稱為系外行星)以來,人類一直想知道可以容納多少生命。現在,我們離找到答案還有一步之遙。根據一項使用NASA退休的行星狩獵任務克卜勒太空望遠鏡的數據進行的最新研究,克卜勒太空望遠鏡的大約一半恆星的溫度與我們的太陽相似,可能有一個能夠在其表面支撐液態水的巖石行星。
  • 目前已知最大的恆星,太陽在它面前猶如沙粒,竟是太陽的50億倍!
    在無邊無際的星空中,我們總能看到各種星星。他們都有著與眾不同的體積與質量!但是,在我們普通人的認知中,都覺得太陽是最大的!其實不然,在浩瀚的宇宙中。有很多很多的恆星以及行星。我們太陽的太陽是我們太陽系中最大的星球,直徑大約是139.2萬公裡。
  • 我們太陽的誕生
    儘管太陽 是特別典型的中年恆星,但光帶、光環、熱斑(亮)、冷斑(暗)都是極端活動的證據。 我們傾向於把太陽想的特殊,事實確實如此,太陽對於創造和維持我們這個行星上的所 有生命有著決定性的作用。我們不容易把太陽想得典型、平均、甚至平凡,但在很多方面, 它也的確普通。我們的太陽是已知宇宙中的100萬億億(1後面22個0)顆恆星中的一顆, 所有的恆星都是物質(大部分是氫)和引力相作用的自然結果,在高溫、高壓下向周圍空間 釋放巨大的能量。
  • 宇宙最大恆星能有多大?太陽宛如一粒塵埃
    太陽是距離地球最近的恆星,它能裝下130萬個地球,要知道有超過70億人居住在地球上。因而,太陽的個頭非常龐大,超乎我們的想像。然而,與宇宙中的眾多其他類型恆星和天體相比,太陽又是微不足道的。當然,我們的太陽並非個頭最小的恆星(這個頭銜屬於紅矮星),但它絕對遠非最大的恆星。那麼,恆星究竟能有多大?
  • 太陽對於人類極其重要,那太陽上有生命跡象嗎?
    太陽上沒有發現有生命跡象,太陽表面溫度約六千度,內部溫度越來越高,中心溫度可達到一千五百萬度,目前地球上已知的生命,最高也只能承受百度左右的高溫。當然在很多科幻小說裡,很多恆星上也存在著生命,這就不是我們所討論的了。
  • 太陽爆炸,宇宙的毀滅,是真的嗎?
    所有的恆星都消亡了,而有些恆星比其他恆星更猛烈。當我們的太陽消耗了它核心中的所有氫燃料的時候,它也將達到其生命的終點。天文學家們估計距離這一天到來還將有短短70億年時間。幾百萬年後,它將會擴展成像一個紅色巨人,膨脹著它的外層。然後它會坍塌成一個白色的矮星,並且慢慢冷卻下來到宇宙的背景溫度。我相信你知道有一些星體在滅亡時會爆炸。
  • 太陽與其他的恆星有什麼不同,為啥被叫做太陽系?
    這0.14%都是圍繞著太陽運行,其中,木星是這烏央烏央群體的老大,佔有了0.14%中0.1%的份額,也就是除太陽和自身外,木星是所有天體質量加起來的2.5倍。我們地球在整個系統質量中只佔有0.0003%。3、幾乎所有的恆星都是一個小系統。但恆星系統與真正的星系完全不是一碼事,因此絕對不要混淆。
  • 仙王座"恆星寶寶"誕生區或揭示恆星形成全過程
    科學家正在研究一個名為Cep OB3b的年輕星團,其中包含有大量的正在形成中的恆星和行星。  【搜狐科學消息】據國外媒體報導,最新研究表明,超過半數的普通恆星(包括太陽)形成於巨大的星團中,隨著時間的推移,剛形成的這些恆星最終會各奔東西。美國託萊多大學的科學家Thomas Allen正在研究一個這樣的恆星形成區域。  觀察恆星的誕生並不是一件容易的事情,形成像我們太陽類似的恆星需要數千萬年的時間。
  • 恆星都誕生在星團裡,那太陽是一顆流浪恆星嗎?
    宇宙中的恆星大部分都是在星系中活躍的恆星形成區域誕生的,並且都聚集在一起形成了集群或星團結構,那我們的太陽為什麼孤零零一個漂浮在宇宙中的?那麼太陽之前的星團去哪了?這個問題我們可以通過觀察宇宙中現有的開放星團推斷出來!我們下面就以離我們最近的畢宿星團為例!
  • 「流浪恆星」直奔太陽而來,這或許是地球最大劫難
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  • 宇宙太陽地球的來龍去脈以及與生命的關係淺談
    早期的宇宙只有氫和氦,以及少量的鋰等輕元素,隨著第一代恆星的誕生和死亡,超新星大爆炸的高溫高壓才生成很多重元素。至今,我們的宇宙已經可觀測直徑達到930億光年,星係數萬億個,恆星無數。構成我們宇宙的元素已知有118種,其中92種從大自然中發現,26種人工製造。其實這26種人工製造的元素也存在於大自然,只是由於其壽命太短暫,很難在大自然中留存而已。