在54億年後,太陽將進入所謂的紅巨星演化階段。一旦堆芯中的氫耗盡,堆在那裡的惰性氦灰變得不穩定並在自身重量下崩塌,劇烈的溫度這將導致地核變熱,密度變大,導致太陽體積變大。
據計算,不斷膨脹的太陽將變得足夠大,足以包圍水星、金星甚至地球的軌道。即使地球在被吞噬的過程中倖存下來,它與這顆紅色太陽的強烈熱量的新接近也會燒焦我們的星球,使生命完全不可能生存下去。然而,天文學家注意到,隨著太陽的膨脹,行星的軌道也可能發生變化。
當太陽到達恆星演化的後期階段時,它將通過強大的恆星風損失大量的質量。基本上,隨著它的增長,它會失去質量,導致行星向外旋轉。所以問題是,膨脹的太陽會超過向外旋轉的行星,還是地球(甚至金星)會逃脫它的控制?
根據薛丁格和史密斯的說法,當它到達71億年的年齡時,太陽的亮度將比現在高67%。當太陽在75.9億年後變成一顆紅巨星時,它的質量將開始迅速減少,當太陽真的開始膨脹時,它會迅速膨脹,在500萬年內席捲整個太陽系內部。然後它將進入相對短暫的氦燃燒階段,這一階段大概持續1.3億年。在這一階段,它將擴展到水星軌道,然後是金星這將使地球成為離太陽最近的行星,但不是在太陽內部。然而,到了這個時候,地球將被無情的太陽蹂躪,所有的生命,所有的水,所有的大氣層都將被剝奪。當它接近地球時,它將損失4.9×10的20次方噸質量,這個質量是地球的8%。
隨著太陽年齡的增長,內部核聚變爐成熟,以容納核心不斷增長的氦「灰」(或氫聚變的副產品),太陽將從核心熔化氫氣,轉變為在一個包裹著難以置信密度的氦核心的外殼中熔化氫。在接下來的10億年左右,它的亮度上升到致命的2.2倍;再過幾百萬年,它的亮度就上升到原來的34倍;在那之後的幾千萬年裡,它的亮度就躍升到105倍,然後在4000萬年後飆升到2300倍。有趣的是,一旦太陽達到它作為紅巨星的最大亮度,它每六百萬年燃燒的核燃料將比之前110億年作為主星序恆星所消耗的核燃料還要多。
但這時候地球還能生存嗎?關於這一點,科學家提出了兩個可能,一個是壞消息,一個是好消息。壞消息是地球將無法在太陽的膨脹中存活下來,地球上所有的生命都將在幾十億年後消失。地球很長一段時間就會變成光禿禿的巖石,沒有水和大氣,然後變成熔融的巖石,然後變成沸騰的巖石。即使地球可以擴展到比現在遠50%的軌道上,達到了1.5AU,它也沒有機會存活(1AU是一個天文單位,代表了地球和太陽的平均距離)。膨脹的太陽將在到達紅巨星階段的頂端之前吞沒地球,而太陽還有0.25au和500000年的增長時間。
一旦進入太陽大氣層,地球將與氣體粒子相撞。它的軌道會衰變,它會盤旋向內。如果地球現在離太陽稍微遠一點,在1.15au,它將能夠在膨脹階段存活下來。如果我們能把我們的星球推到這個距離,我們也會有一絲希望。然而,這樣的言論完全是推測性的,目前還屬於科幻小說的範疇。
好消息是,早在我們的太陽進入紅巨星階段之前,它的可居住區就會消失。天文學家估計,這個區域將在大約10億年後擴展到地球軌道之外。加熱的太陽會蒸發掉地球上的海洋,然後太陽輻射會把水中的氫氣吹走。地球再也不會有海洋了,它最終會融化。
為什麼這是個好消息呢?因為這樣做的好處是,我們可以滿懷信心地說,人類將被迫在被太陽吞噬之前離開自己的「巢穴」。考慮到我們正在處理的時間線遠遠超出了我們真正能處理的範圍,我們甚至不能確定其他災難性事件是否會更早地奪走我們的居住地,或者說我們不會遠遠超過我們目前的進化階段。而且太陽可居住區邊界的變化也將改變太陽系。雖然地球,只有1.5AU,將不再屬於太陽的可居住區,但太陽系外的大部分地區將是新的宜居地。這一新的可居住區將從49.4AU延伸至71.4AU,已經達到了柯伊伯帶,這意味著以前冰封的星球將融化,液態水將出現在冥王星軌道之外。屆時人類或許有更多的選擇。