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太阳,也会走上不归路

2016-05-30汪开祺

第二课堂(初中版) 2016年12期
关键词:核聚变外层星云

汪开祺

时空的概念是什么?这个问题看似有点傻,其实的确有两个不同的理解:一个是生物时空观,也就是我们人类眼里的有限时空距离,“一万年太久,只争朝夕”;另一种是天文时空观,比如地球的年龄是45亿岁,一个天文单位是1.496亿千米(也就是地球和太阳的距离)。

直径长达139.2万千米,表面温度高达5500℃的超级熔炉——太阳,已经熊熊燃烧了50亿年,它目前正值青年和中年的交界点,天文学家估计它还有五六十亿年的光阴,期间会经过数次嬗变,那规模之浩瀚与阵势之壮观,是任何自然奇观也无法比拟的。

有了卫星导航,在大海上航行就无须靠舵手了,但万物生长一定要靠太阳,人类能吃到嘴的东西,没有一样不是直接或间接依靠光合作用。说太阳为我们提供生存所需的一切,一点都不夸张。所以,多了解一点地球万物的保护神——太阳的来龙去脉,体验一下天文时空观,对拓宽我们的视野和思想是很有好处的。

核聚变造就了太阳

宇宙大爆炸之后,无边的宇宙空间内到处弥漫着不同密度和质量的星云团,混沌黑暗主宰着一切,直至星系和恒星出现才有所改变。50多亿年前,在银河系的一隅,一块有几光年跨度的星云团逐渐聚集叠加,直至产生引力塌陷,一道亮光迸发如闪电划过暗夜,我们的救世主——太阳,终于诞生了!

几十亿年的磨砺修炼,用区区几分钟能说清吗?其实都是水到渠成的事情,并不像你想象的那么复杂。这些星云的确就是制造恒星的原材料,它们大部分物质成分是氢气和氦气,以及少量其他元素。而气体本身就意味着巨大的质量,将足够多的气体放在一起,它们在自身重力的作用下会发生塌缩。这一塌缩过程会产生大量热量。现代科学模拟实验证明,气体的塌缩会造成核心位置气体的加热,直到这些气体发生电离,也就是原子核中的电子脱离原子核,成为自由电子,从而导致原子带电。当达到一定临界条件时,氢原子之间开始引燃核聚变过程,氢原子聚变为氦原子。这一过程会以光和热的形式释放出大量能量,而这又会产生自内向外的扩张力,从而阻止其他塌缩的进一步进行。当这两股力量达到平衡状态时,一颗恒星便闪亮登场了。

核材料锐减扭曲了太阳

哈勃太空望远镜的多年观测发现,证明了科学家早前的猜想,恒星炽热庞大,令人叹为观止。但恒星与万事万物一样,也遵循孕育、产生、繁盛,然后死亡的生命规律,连难寻边际的银河系,甚至宇宙也一样会践行这个规律,永生不死的东西,根本是不存在的。

太阳是整个太阳系的主宰,它一旦死亡,我们的地球自然也将随之消亡。值得庆幸的是,即使人类在太阳变为红巨星吞噬地球时无法脱逃,所面临的痛苦也是短暂的,简直就是转瞬即逝。想想看,连地球这个大家伙也转眼之间就气化蒸发了,人类痕迹的湮灭,是否可以忽略不计了呢?

太阳是个超级熔炉,要燃烧就需要燃料,太阳内部的氢燃料足够维持其持续发光发热长达数十亿年的时间。但这些氢燃料总有耗尽的时候,到那时,太阳内部的氢燃料几乎已经全部经过核聚变转变成了氦。此时的太阳再也无法产生足够多的能量并产生足够强大的外向压强来对抗自身重力的影响了,于是它将开始在自身重力的作用下继续向内塌缩。这一塌缩过程产生的热量虽然不能与以前相提并论,但残留在这个氦核外缘的氢物质将以更高的温度开始发生核聚变,这一过程依然会产生足够多的热量,让太阳继续维持一段时间的相对稳定。

随着氢物质逐渐耗尽,氦残渣在太阳的核心位置的累积越来越多,太阳命中注定开始在自身重力作用下持续塌缩。其过程虽说也将释放能量,但已经不是核聚变了,而是简单的物理压缩产生热的过程。其短时间产生的光和热,导致这时的太阳变得格外明亮。但这股力量也同时造成了太阳的膨胀,随着膨胀的不断加剧,太阳已经不是过去的太阳,它将变身为一颗红巨星。此时的太阳已变大变红,原因是它外层的表面温度相应降低了很多,当然,说降低只是相对而言,以万亿平方千米面积计算的巨大熔炉,其威力自然不容小觑。

谁能目睹太阳消失的标志

科学研究显示,当太阳进入红巨星阶段时,其半径将变得极其巨大,最外层几乎将抵达1.7亿千米之外,超过地日之间一个天文单位的距离,这就意味着水星、金星和地球全部被太阳吞噬。当然,这么大的事情不会突然发生。燃料是一点点耗尽的,所以太阳完成向红巨星转化的整个过程大致需要500万年左右的时间,相比恒星100亿年的寿命,它连个零头都算不上。

在这500万年内,太阳周围的“宜居带”范围会逐渐向外延展,地球很快因炙热难耐,而不再适于生命存在。随着红巨星前锋势力的迅速扩张,我们的江河海洋全部蒸发殆尽,水分子将在紫外线的作用下被分解为氧气和氢气,并全部逃逸到太空之中——在太阳真正吞噬地球之前,地球便早已成为一片不毛之地。人类如有足够智慧的话,此时应该已经移居出太阳系,或者是来到相对安全的太阳系边缘了。

科学家预测,太阳演变为红巨星后,“宜居带”将向外推移到距离太阳49~70个天文单位处。那样的话,连今天冰冻的海王星都会成为蒸腾烫手的天体。到那时,太阳系中可以庇护生灵的所在或许只有冥王星和其他柯伊伯带天体,也就是彗星或者其他小型冰冻星球。

氦核外圈的剩余氢燃料很快就将耗尽,此时的太阳将再次进入塌缩过程,产生大量热量并最终抵达足够高的临界温度,从而开启另一个轮回的核聚变机制——氦聚变。

大约20亿年后,一旦氦也被消耗殆尽之后,太阳已经没有其他可以用来维持自身的燃料了,它剩余的只是燃烧后的碳灰烬和一些气体。此时塌缩过程将再次启动,太阳又从红巨星蜕变成为一颗白矮星。而在此过程中,太阳的外层物质将处于逃逸状态,由于太阳外层已经膨胀得太过巨大,外层物质实际上与内核部分的联系已经很弱了。于是太阳的外层物质像撤离宴席的宾客,逐渐散去,最终飘散形成一个行星状星云,重新回到它形成恒星时的原始状态,像卵和蛹的轮回。

哈勃太空望远镜清晰观测到的行星状星云NGC6565,就是一颗恒星死亡后的凄惨景象,人们形象地称为“死亡恒星的裹尸布”。

人类有幸移居外星系后,不知谁能首先瞥见太阳的这一最后景象。

(编辑 孙世奇)

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