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科學探索:太陽為什么最終要爆炸?

科學探索:太陽為什么最終要爆炸?

光明網 2016-05-24 07:38

太陽會爆炸嗎?我想你已經知道答案了。所有的事物都有開始和終結,太陽也不例外。但是,太陽為什么最終要爆炸呢?下面我們就一起來看看具體介紹吧。

有時候,我們會困惑,人類是怎么來的?宇宙到底有多大?如果萬物出生、生長、消亡是一個必然的過程,那么宇宙是如何形成的?宇宙之外還存在什么東西?也許我們目前的知識還不足以充分的解釋種種宇宙現象,但我們可以猜想,根據已有的知識去推測未知。宇宙學家曾經達成一個共識,認為宇宙的年齡大約有150億年,但是1994年的觀察使這個數字降低了50億年。這讓人不可思議,宇宙居然源于比原子還小的微粒,誕生于一次大爆炸。

爆炸產生的熾熱能源冷卻成為物質。萬有引力把次原子粒子吸引成為物質團,形成氦和氫等簡單原子,氫氣團隨著引力的增強變得更熱更大,于是誕生了星星。幾百萬顆星星聚成星團,幾十億顆星星聚成星系,銀河系擁有200萬顆星星,其中一顆就是我們須臾不能離開的太陽。球狀的氣體由于引力的增加而密度變大,形成了恒星,其溫度急劇升高引發了核反應,于是恒星就能夠發光了。核反應連續不斷,恒星中的氫氣就變成了氦氣,而引力的反作用力可以使它不發生爆炸。氫氣逐漸耗盡,恒星開始變大,色彩也變成了紅色。氫氣完全耗盡,星體自身又把氦氣轉換成碳,繼而再轉換成其他更重的元素。當其中一些比較大的恒星轉化成鐵元素的時候,引力就足可以使其核心發生爆炸,紅色巨星爆炸成超新星,含有大量重元素的碎片飛散到星系的每一個角落,這些元素將來在形成新的恒星時起到重要作用。這種爆炸使得我們的太陽和其他行星快速形成,使氣體和塵埃星云崩潰。

讓我們為我們生活的這個地球、這個太陽系、這個銀河系、這個宇宙做一個歷史回溯和前景展望吧:50億年前的一次星云爆炸產生了太陽,太陽太小無法形成新物質,因此我們體內的鐵元素來自超新星的碎片,現在太陽已接近壯年,但它的氫氣要過50億年以后才能耗盡,那時太陽的晚年就到了,它會逐漸衰退。在氫氣耗盡的過程中,太陽會越來越大,越來越紅,水星和金星被吞噬,地球上的水被煮沸,遙遠的泰坦星上的冰被融化,而冥王星上可能會產生生命。一旦太陽的燃料耗盡,它就會黯淡下來,逐漸收縮,喪失了光和熱的太陽再沒有了往日的“奪目光彩”,變成了比地球還小的白矮星,在它的外圍覆蓋著一層太陽碎片,一群新星的生命起源。新一輪的星球循環又開始了。

我們知道,絢麗多彩的星空中,有無數的恒星,我們太陽系所在的銀河系就有約一千多億顆恒星,它們的形態多種多樣千差萬別,最大的恒星直徑可以將土星軌道也容納在內,小恒星的直徑可以比地球還小。恒星光度的差別更大,亮的可以比太陽亮千萬倍,而暗的星則暗得使我們很難發現。

但是,恒星的質量差別卻是比較小的,最重的恒星也只是太陽的十多倍,最輕的恒星是太陽重量的十分之一,而且許多觀測事實表明,恒星的質量大小決定了恒星的一生。所有的恒星都是在氣體或塵埃云中形成的。原始恒星是一團巨大的氣體和塵埃,在萬有引力的作用下,由于聚合作用原始恒星逐漸收縮,中心的溫度也越來越高,當達到700萬度時,四個氫原子合成為一個氦原子的熱核反應開始,恒星將變得越來越熱,最后變成炙熱發光的恒星。熱核反應一般只在恒星的中心進行,恒星內部的熱量通過輻射和對流傳導到恒星外部。

離我們最近的恒星——太陽,它中心的溫度約為1500萬攝氏度,這個數據是理論推算的結果,因為我們畢竟不能直接觀測到。質量太小的恒星由于聚合作用較弱,中心不能形成較高的溫度,因此只能形成小的矮星,發展進程非常緩慢,壽命也很長。質量低于太陽質量百分之八的原始恒星,不能演化成恒星。以木星為例,盡管木星含有極其豐富的氫,但木星的質量只有太陽的千分之一,所以木星不可能演化為恒星。

質量巨大的恒星由于聚合作用很強,在恒星中心將形成極高的溫度,從而引起劇烈的熱核反應,將會很快地消耗氫燃料。巨大恒星的壽命都比較短,十倍于太陽質量的恒星,據推算壽命只有兩萬年。我們的太陽是一個中等質量的恒星,它的壽命可以有100億年。現在太陽的年齡約為四十六億年,正值壯年,正處于十分穩定的時期,所以根本不存在爆炸的問題。

當然太陽也是有變化的。太陽有約11年的太陽黑子周期,在太陽活動峰年的時候,日面上黑子和日珥增多,有時還會產生大的耀斑或光斑,這就是我們所說的太陽爆發,實際上它只是太陽表面很小的局部現象。實際上,太陽活動引起的太陽輻射量變化是很小的,一般不超過太陽總輻射量的千分之三,因此對地球的影響很小。太陽可能還存在數百年的變化周期,變化幅度也可能更大一些,幾十億年來地球上地質變化和生命的演化過程表明,太陽在過去的幾十億年中,輻射變化始終十分平穩。

所有的事物都有開始和終結,太陽也不例外。太陽上的氫燃料還可以保證太陽再發光50億年以上。有人對太陽最終的演化作如下描述:在氫燃料用去10%之后,太陽將開始收縮;中心溫度繼續升高,達到1億度時,氦開始點火燃燒,合成更重的元素,然后繼續收縮;中心溫度繼續升高,點燃了更重元素的核反應……到最后,當太陽外殼抵抗不住內部的壓力時將會產生爆炸,太陽的中心部分演化為白矮星,太陽的外殼演化為行星狀星云。所以,太陽最終是要以爆炸的形式來結束自己的生命的。但是對于這一結果,我們完全沒有必要杞人憂天,因為人類的歷史還不到一萬年,而人類的科技水平正在迅速提高,人類將有更強的能力去控制和改造自然,也許我們人類的后代在幾億年后會移居到別的星球或宇宙呢!




將死恒星能把寒冷的行星轉變成宜居的世界,這是生命最后的希望!

2016-05-29 15:58

Lazarus行星

根據紐約康乃爾大學(Cornell University)天文學家最近的發現,恒星演化成紅巨星真的能夠培育在它們附近的死亡行星,成為適合生命居住的天堂。

把這個觀念帶近我們的發源地(太陽系),當我們的太陽最終到達它的恒星演化最后階段,它會在它的核心開始熱核聚變,逐步地讓附近的行星過熱。然而也鼓舞了距離更遠的行星溫暖起來,并且出現生命。

康乃爾大學Carl Sagan學院研究小組成員Ramses M. Ramirez說:“當一顆恒星老化并且明亮起來時,適居帶會向外推移,基本上會給行星系統再次振作起來。”

簡單地說,如同在南極西邊冰層下800公尺(2,623英呎)發現茂盛的微生物生態系統,原始生命也能夠在冰冷的天體開始;像是土星和木星的月亮,當它們的表面溫度由于紅巨星的太陽活動而上升。

上圖為太陽系宜居帶隨著太陽老去時的變化,幾十億年之后的地球將成大火爐

明亮的未來

但這是生命能承受的嗎?Ramirez說:“對于像是我們太陽但更老的恒星,這類變暖的行星能夠維持溫暖達5億年,那可不是短暫的時間。這些新的生物將會繁榮、進展,而且想得到地:持續存在。如同他們所說:“生命找到一個方法,以及生命繼續下去。”

順著這樣的情節,由于鄰近演化的紅巨星太陽,地球將會轉變成熾熱的灰燼,地球將會不適合居住。

但因為這個相同的現象將會使鄰近的冰凍世界變暖和,我們可以考慮移居到這些重生行星之一的可能性,來延續人類的存在。當然,假設我們依然存在,而且沒有演化成接近像神的心智;或是相反的,退化成沒有想法的存在。

發現外星生命了嗎?遷移到另一顆行星?這些不會在短時間內發生,因為我們依賴的太陽處在它健康的高峰期。但我們向前看數十億年后,它是可能的。

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