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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。