太阳将如何老去

2021-11-08 08:21席金合
发明与创新·中学生 2021年5期
关键词:矮星白矮星光和热

席金合

我们头顶的一轮红日,是一个表面温度高达5500℃的炽热气体球,中心部分不时发生着热核反应,每秒钟产生的光和热相当于几百万颗原子弹同时爆炸。其中,辐射到地球上的那部分光和热为地球上的生物提供了生存保障。

根据科学观测,太阳外层有很厚的“光焰”和带电粒子流。不过,太阳的诞生之初并不是这样,它与任何事物一样,也有出生和死亡的阶段。

盛年期——主序星

大约45.7亿年前,宇宙中有一個由气体和固体微粒组成的超大气团,它在高速旋转的同时不断向内收缩,使内部的物质越来越密集,温度也越来越高,形成一个不太稳定的球体,这就是原始太阳。

随后,又经过极其漫长的岁月,通过内在压力和宇宙射线的共同作用,它的温度继续上升,内部物质转化为核燃料(成分为氢),当温度和压力上升到足够高时,便像氢弹爆炸一样,发生轻核聚变反应,形成一个相当于130万个地球大的火球,向外发出大量的光和热,这就是今天我们看到的太阳。与处于热核反应阶段的恒星一样,这个时期的太阳叫主序星,它既不收缩又不膨胀,是其一生最稳定的阶段。

老年期——红巨星

一旦进入老年阶段,太阳内部的核燃料几乎消耗殆尽,整体变成气体。太阳中心部位的压力高达2500亿个大气压,于是,它的表层以惊人的速度开始向外膨胀,变得越来越稀薄,发出的光越来越红,如同快熄灭的灰烬一般。这时的太阳如同一个巨型红气球,不停膨胀,一直扩大到原来的几百倍,相当于由一粒绿豆变成了一个鸡蛋。由于它的外观又大又红,所以被称为红巨星。到了那时,太阳的年龄接近100亿岁,膨大的体积使它的表面几乎触及到火星。

当然,处于火星轨道内侧的地球有被超大太阳吞没的危险。不过不必担心,因为那将是很久很久以后的事,相信到那时之前,人类的科技水平已发展到了极高程度,早已在宇宙深处寻找到了新的家园,有能力造出先进的飞行器,飞到另外的星球上安然生活。

死亡期——白矮星

当红巨星到了晚年期,由于没有热核反应供热,温度逐渐下降,膨胀力消失,于是,在内部引力的作用下猛烈收缩。与此同时,伴随着多次长时间的剧烈震动,红巨星的外层部分被抛射出去,形成非常稀薄的云气,笼罩在星体周围。

剩下的中心部分在继续收缩的过程中,如同空调机的制冷剂受压一样,向外放热。但放热过程并不平和,而是间断性地猛烈喷发,并聚集在自身表面,当温度升至足够高时,便生成耀眼的白焰,形成白矮星。

太阳的红巨星阶段并不长,大约持续1亿年后就变为白矮星。离地球8.6光年的天狼星B就是白矮星。

僵尸期——黑矮星

当白矮星度过上万亿年后,向外辐射微光、粒子完全停止,就变成黑矮星了。

太阳在黑矮星阶段,温度很低,内部物质变得结实、坚硬,不再释放一丝的光和热,相当于一具冰冷的尸体,就这样无限持续,使地球沉浸在漫漫长夜中,所有生命将无法存活。不过,这只是猜想,人们至今还未观测到有关黑矮星的蛛丝马迹。事实上,恒星演化成黑矮星所需的时间比宇宙年龄还要长。

知道了太阳衰亡的过程,就会明白从去年以来,我国乃至世界各国为什么会向月球和火星频繁发射航天器,开展宇宙探测活动。这样做的目的之一是为了在太阳死亡前,为移居太阳系以外的星球寻觅合适的家园。不过,我们不必为太阳消亡导致天文灾难而过分担忧,那将是五六十亿年后的事。所以,人类完全有足够时间做好充分准备。

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