有的朋友提出這樣的問題：“通過高中物理的學習，得知太陽的核燃燒還能維持幾十億年。而地球上消耗的能量，絕大部分來自太陽，即太陽內部核聚變時釋放的核能。如果波及范圍會減小，假設傳不到地球，那么地球會不會走向滅亡？而另一個太陽系中的行星—金星會不會產生新的生命呢……” 這個問題的答案，涉及恒星演化方面的知識。太陽是浩瀚的恒星世界中的普通一員。恒星跟宇宙間其他事物一樣，都有個從幼到老、從生到死的演化過程。現在人們看到的千千萬萬的恒星，并不是“同齡的”，而是有老、中、青之分，各自處于不同的演化階段。因此，了解了恒星演化的一般規律，就可以知道太陽的未來。 （一）恒星的誕生和演化 宇宙空間充滿著極其稀薄的彌漫星云。它們在自身引力作用下逐漸形成原恒星。當原恒星中心的溫度升高到能夠持續不斷地發生熱核反應以后，恒星就進入一個相對穩定的時期，到了恒星演化史中的“主序星”階段。一旦恒星中心的核燃料耗盡，恒星將會出現不穩定，先膨脹為為“紅巨星”，然后出現坍縮乃至爆發，最終按其質量的差異，分別演化為“白矮星”、“中子星”或者黑洞。 （1）原恒星 彌漫星云的一個特點就是大尺度、大質量、低密度。有的直徑可達1000光年，質量可達太陽的10倍至1000倍，但密度卻是每立方厘米只有幾十個原子。這些星云的成分跟今天地球大氣不同。主要是氫，還有少量氦原子以及微量的更復雜原子。在沒有干擾存在時，這些星際云可以千載不變。但是，來自星系碰撞、星系所產生的密度波、超新星爆發的激波，或在附近誕生的恒星的干擾會使它們發生變化。一個質量足夠大的低溫星云，因自身的引力而不斷收縮，導致其中心的密度增大，體積縮小。在收縮過程中，大量物質以自由落體運動的速度向其質量中心集中，巨大的引力勢能轉換為動能，導致溫度升高，開始輻射紅外線。由高溫產生的向外的輻射壓力逐步增強，當強到能夠與引力相對抗時，星云就不再收縮，于是原恒星就形成了。 （2）主序星 當原恒星中心的溫度達到絕對溫標1000萬度時，氫核聚變為氦核的反應就持續不斷地發生。這時因其內部的輻射壓力跟引力平衡，恒星就進入相對穩定的主序星階段，這是恒星一生的鼎盛時期（鼎盛期的恒星按其光度和溫度，在“赫羅圖”上處于“主星序”的位置，故名“主序星”）。原恒星和主序星的區別和分界線，就是恒星內部是否發生了持續的熱核反應。如果一個星體的質量小于0.08個太陽質量，其核心溫度不可能達到絕對溫標1000萬度，也就永遠引發不了熱核反應，只能靠引力收縮發光，因而不經過主序星階段，直接由紅矮星轉化為黑矮星。不同質量的恒星演化到主序星的時間長短取決于本身的質量。因為恒星質量決定了其內部的溫度，質量大的原恒星，因為其內部溫度比較容易達到產生穩定熱核反應開始的條件，所以到達主序星的時間比較短。例如，具有15個太陽質量的原恒星到達主序星需要16萬年，而具有0.5個太陽質量的原恒星則需要1萬億年的時間才能達到主序星階段。 恒星是相當穩定的熾熱等離子體結構，處于流體力學平衡狀態，滿足質量、動量和能量守恒。熱核反應不斷產生能量，經輻射轉移或對流把能量傳輸出去。由于恒星內部含有大量的氫，故氫氦聚變反應可進行相當長的時間，所以恒星在主序星階段停留時間最長。質量不同的恒星的“鼎盛期”各不相同。質量愈大、光度愈強的恒星，氫消耗得愈快，在主序星階段停留的時間就愈短。因而質量較小的恒星壽命較長，質量大的壽命較短。根據愛丁頓的恒星演化理論，恒星壽命跟其質量的立方成反比。質量相當于20個太陽、光度很大的藍白色的恒星，在主序星階段停留的時間只有幾百萬到幾千萬年，質量和光度較小的白色和黃白色的恒星則可停留10億年左右。我們的太陽屬于黃矮星，它的壽命是100億年，目前它已經50億歲，正處于中年階段。至于質量和光度比太陽小的恒星，在主序星階段停留的時間就更長了，例如，相當于0.2個太陽質量的恒星的鼎盛期長達1萬億年。 （3）恒星的晚期 一旦核能耗盡，恒星將會因抗衡不住自身引力而收縮下去，直到出現一種新的、更強大的向外的力來抗衡引力才能達到新的平衡。 過了主序星階段之后，恒星中心部分的氫已經全部轉化為氦，中心部分以外的區域由于溫度的增高，又開始了氫氦聚變的反應，并且核反應迅速向外層轉移，推動外層膨脹，使得恒星體積很快增大千倍以上。這樣，就變成又大又紅的“紅巨星”。 紅巨星中心的溫度相當高，高達絕對溫標1億度，開始發生由三個氦核聚變為一個碳核的熱核反應。這種反應跟外層氫聚變為氦的反應同時進行，一起為恒星提供能量，因此恒星的體積和光度都很大。但由于氦燃料的“燃燒”所產生的能量比氫氦聚變所產生的能量要少，所以紅巨星階段只能維持幾百萬年到十億年。 過了紅巨星階段之后，恒星便進入老年期。老年恒星的重要特點就是不穩定。其外層收縮，表面積變小，表面溫度升高。這時恒星往往會經歷一個脈動階段，出現周期性的膨脹和收縮。“變星”的一類“造父變星”正是處于脈動階段中的一類恒星。恒星從紅巨星到脈動往往不是單向的和一次完成的。由于恒星內部氦聚變反應的變動，恒星會在脈動變星和紅巨星之間來回變動。經過幾次折騰，恒星度過了它的脈動生涯，走向一種更不穩定的形態—爆發變星。也有的恒星不經過脈動階段直接從紅巨星變為爆發變星。 經過紅巨星或脈動階段以后，若此時恒星質量小于太陽質量的1.44倍（天體物理學中叫做“昌德拉塞卡極限”），往往會演變成“行星狀星云”的中央星。行星狀星云呈圓盤或圓環狀，它實際上是中央星爆發時拋射出的物質構成的。中央星在拋射物質后，會很快演化為體積小、光度弱而質量特別大的“白矮星”。白矮星的平均密度可達每立方厘米1000千克（1噸）以上。在這樣的高密度下，恒星已縮小到如太陽系中一個較小的行星那么大。白矮星內不再進行熱核反應，只靠散發體內剩下的熱能而發光，最后逐漸消失它的光輝。 質量較大的恒星，在經過紅巨星或脈動階段后，如果其質量大于“昌德拉塞卡極限”，往往會經歷“超新星爆發”的階段。這時它的核心部分溫度持續升高，不僅氦聚變為碳的反應能夠進行，而且還會引起新的核反應。例如聚變為氧、氖、鎂等，這些聚變使恒星中心的溫度進一步升高，甚至達到幾十億度。在這樣的高溫下，上述核聚變反應的生成物進一步俘獲氦核，先后形成硅、硫、鈣，直到鐵。在這些反應中，熱能不斷被釋放出來，恒星的輻射壓頂住了自身的引力，使恒星處于新的平衡狀態。但是在形成鐵以后，再繼續聚合為更重的元素時，不僅不能產生能量，而且還要從外界吸熱。于是恒星就無法平衡，而迅猛地向中心塌縮，導致中心的壓力猛增，電子被壓到原子核內，與核內的質子結合成中子。恒星核心部分的密度可增到每立方厘米1至10億噸。其質量跟太陽是同一個量級，直徑則縮小到1至20千米，形成一個由中子構成的高溫高密核心，即“中子核”。這個中子核的表面引力比太陽的表面引力要強10億到100億倍。因此，外殼的大量物質向這個中子核坍縮時就會在很短時間內釋放出驚人的能量，于是引發恒星軀殼的爆炸，這就是人們偶爾所看到的“超新星爆發”。 超新星爆發把大量物質拋射到宇宙空間，如果其剩余部分的質量小于太陽質量的3倍（這叫“奧本海默極限”），它就會坍縮成一個中子星；若超過這個極限，那么它就繼續收縮下去，直到形成黑洞。拋射出去的物質就會成為下一代恒星的原料。 （二）太陽的現狀與歸宿 太陽是太陽系的中心，是離人類最近的恒星。目前正處于主序星階段。其距離為1.496億千米，半徑為69.6萬千米，質量為1989億億億噸，平均密度為每立方厘米1.409克。由測得的太陽常數（0.136焦耳／平方厘米·秒）可算出其功率為380億億億瓦，還可求得太陽表面每平方厘米發出的功率為6285瓦。根據“斯忒藩—波爾茲曼定律”，恒星表面每平方厘米每秒鐘發出的能量跟溫度的四次方成正比。已知上述功率數據，按此定律可求得太陽表面溫度為絕對溫標5770度。 太陽中心的溫度和密度還要高得多。根據羅素和沃克提出的定理，恒星的結構可由其質量和化學組成惟一地決定。只要給定了恒星的質量和各點的化學組成，則其他的量，如各點的溫度、壓力、密度、光度等等就可以惟一地確定下來。按照這個定理，天文學家計算出了從太陽中心到表面各層的溫度、密度和壓力的數值。太陽中心的“氣候”數值如下： 溫度：絕對溫標1550萬度，相當于太陽表面溫度的2700倍。 密度：每立方厘米160克，相當于水銀密度的12倍。 壓力：每平方厘米34000億牛頓，相當于地球表面大氣壓強的3000億倍。 在太陽內部高溫高壓的環境下，各種元素的原子失去了全部或大部分的核外電子。最簡單也是最豐富的氫原子，赤裸裸地只剩下它的原子核，即質子。粒子熱運動的速度極大，它們互相碰撞，發生熱核反應。由四個氦核聚變為一個氦核。四個氫核的總質量為4.0291碳單位，一個氦核的質量為4.0015碳單位。因此每一次反應，質量虧損了0.0276碳單位。虧損的質量被核反應中放出的能量帶走了（因為熱核反應產生氦核的同時，還釋放出正電子、光子和中微子）。1克氫聚變成氦，質量虧損0.0069克，相對應的能量為6270億焦耳。這個數字比科學家測定的自太陽誕生以來平均每克物質產生的能量188.1億焦耳大幾十倍。所以，盡管太陽質量不斷地虧損，但這種虧損是非常小的。如果太陽一直按目前的功率發出能量，100億年后其質量僅損失0.06﹪，好像一個體重60千克的人減少了36克，微乎其微。 當然，太陽的質量和能量都是有限的。按照前面說過的恒星演化規律，它的鼎盛時期結束以后，就要演變為一顆紅巨星。現在，太陽已經在茫茫宇宙中度過了50億年的漫長歲月。再過50多億年，太陽中心部分的氫完全聚變成了氦，于是核心外圍的氫又開始了聚變為氦的反應。并且從里到外逐步擴展。核聚變所產生的強大輻射壓力把太陽外層的大氣向外推，太陽就會膨脹起來。目前太陽的半徑是69.6萬千米，到那時會脹到大約7000萬千米，相當于0.467個天文地位，完全可以吞沒水星，威脅金星。在膨脹的過程中，太陽外層大氣的溫度逐漸下降，表面溫度從目前的5770度下降到3500度（絕對溫標），發出的光也逐漸變為紅色，成為名符其實的紅巨星。但由于其巨大的外表，亮度將比現在亮一百倍。在這個紅巨星的照射下，地球溫度大幅度升高，熱浪滾滾，所有生物必然滅絕（滅絕之前究竟進化到什么形態，今天實在難以想象，可以說與今天的人類無關）。位于地球軌道以內的金星，本來就是太陽系中的“地獄”，到那時它幾乎接近太陽表面，當然更不會有任何生物了。至于地球軌道以外的火星、木星、土星等行星，那時溫度當然比今天要高得多，但火星的大氣極其稀薄，氣壓僅為地球表面壓強的千分之七。其百分之九十六是二氧化碳；木星和土星都是流體行星，表面由液態氫組成，大氣成分主要是氫、氨和甲烷，氣壓為地球表面的300萬至上千倍。所以即使溫度升高，也不可能形成像今天的地球這樣生機勃勃的世界。 太陽在紅巨星階段最多只能維持十億年。它的質量正好在前面提到的“昌德拉塞卡極限”以內，由此可以知道，它的歸宿不是中子星或黑洞，而是“白矮星”和“行星狀星云”。具體地說，隨著它的輻射壓力大大降低，遠遠不能跟引力相抗衡，因而引起坍縮，體積縮小，密度增大，溫度升高。在六億度的高溫下，原子核外的電子全部電離，變成赤裸裸的原子核和核外的自由電子。原子核一個挨一個地擠在一起。這樣，一個跟太陽差不多大小的恒星就變成和地球差不多大小的密度很高的白矮星了。由于自由電子可以產生巨大的壓力來抵抗引力，白矮星就不再坍縮，成為穩定的恒星。但在紅巨星內部坍縮、其中央形成白矮星的同時，由勢能轉化為動能而產生的巨大反沖力會使外層大氣向四周逃離而拋射大量物質。這些物質會圍繞著中央星而形成“行星狀星云”。 處于各個不同演化階段的恒星，在今天的星空中都可以找到相應的典型代表。包括太陽在內的大多數恒星都屬主序星，不用一一列舉。現將其他各“年齡段”的一些恒星列舉如下： （a）位于麒麟座的玫瑰星云背景上的球狀體、獵戶座中的赫比格—阿羅天體，以及紅外源貝克林—諾伊吉保爾天體，就是正在形成中的恒星； (b)天蝎座中的心宿二、牧夫座中的大角以及獵戶座中的參宿四，都是著名的紅巨星； (c)仙王座中的造父一、鯨魚座中的蒭藁增二，就是處于脈動階段的變星； (d)大犬座內天狼星的伴星是著名的白矮星； (e)在金牛座的“蟹狀星云”內，就有一顆高速自轉的中子星。 (f)位于天琴座中的M57,或稱NGC6720,乃是人類發現的第一個“行星狀星云”（十八世紀英國天文學家赫歇爾發現）。 | 
