【原】太陽的昨天今天和明天——太陽的年齡

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

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今天的太陽，大約有45.7億歲了。這比我們?nèi)祟惖哪挲g長很多，原因之一就是太陽非常的巨大。這個年齡是由電腦模型以及太陽系最古老的物質(zhì)年齡測得的。太陽如同人類一樣也有生老，它現(xiàn)在的年齡，就相當(dāng)于人類的“中年期”，在大約50億年后開始“衰老”。

我們今天所看到的太陽，已經(jīng)“走過”了自己一半的“路程”，相當(dāng)于正直的壯年時期。這前半段“路程”有40多億年的時間，對于人類來說這是一個相當(dāng)漫長的歲月，但對于太陽來說，只是它的一半而已。在這40多億年里，太陽非?！鞍察o”，并不“調(diào)皮”，穩(wěn)定的燃燒自己，把光和熱“無私”的奉獻給地球。太陽這種穩(wěn)定的燃燒，還將持續(xù)50多億年,直至其核心的氫聚變停止，屆時太陽內(nèi)部和外部都將發(fā)生巨大的變化。

比較當(dāng)前作為主序星的太陽和將來成為紅巨星的太陽。圖：MQQ

太陽的形成年齡

在大約46億年前一團巨大的分子云坍縮形成了我們的原始太陽，該分子云主要由氫元素和氦元素組成的，其他恒星的誕生或許也是這個原因。太陽的這個年齡是由恒星演化（Stellar evolution）和太初核合成（核宇宙編年學(xué)）的計算機模型估算的。使用放射性定年法我們可以得到太陽系內(nèi)最古老物質(zhì)的年齡，其年齡約為45.67億年，這與太陽的年齡非常吻合。對原始隕石的研究，我們得到了短壽命同位素穩(wěn)定子核出現(xiàn)過的痕跡，例如鐵-60，不過這些同位素只在短壽命恒星的爆炸中形成。

這一結(jié)果表明一個或多個超新星爆發(fā)的位置必定發(fā)生在原始太陽系附近。來自附近超新星爆發(fā)的激波會通過壓縮氫分子云中的物質(zhì)，從而導(dǎo)致某些區(qū)域在自身引力作用下產(chǎn)生坍縮（引力坍縮），從而觸發(fā)太陽的形成。當(dāng)氫分子云的一部分坍塌時，由于角動量守恒，這部分也開始旋轉(zhuǎn)起來，并隨著壓力的增加而升溫。大部分的質(zhì)量都集中在了中心形成原始太陽，而其余部分變成了一個可以形成原始行星或其他太陽系天體的圓盤。由于分子云核心內(nèi)部的引力和壓力會從周圍的圓盤中吸積更多的物質(zhì)，所以核心部分最終會引發(fā)核聚變，從而產(chǎn)生大量的熱量向外輻射以抵抗引力。

HD 162826和HD 186302是假設(shè)中的太陽恒星“兄弟”，據(jù)認(rèn)為它們是在類似于我們太陽系這樣的分子云中形成的。

太陽目前位于主序帶

太陽正處于其主序階段中的一半“路程”上，在此階段內(nèi)，太陽的核聚變反應(yīng)類型為，將其核心部位的氫聚變成氦。在太陽的核心內(nèi)，每秒鐘有超過四百萬噸的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為了能量，并產(chǎn)生了中微子和太陽輻射。以這個速度，太陽到目前為止已經(jīng)將100倍于地球質(zhì)量的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為了能量，約占到太陽總質(zhì)量的0.03%。太陽作為一個主序星，它將需要花費大約100億年的時間來耗盡自己。太陽在它的主序帶中，隨著時間的推移其溫度會逐漸的上升，因為核心中的氦原子比融合的氫原子占據(jù)的體積更小。

因此，根據(jù)平方反比定律，其核心正在慢慢收縮，這會導(dǎo)致太陽的外層更靠近核心并承受更大的引力（壓力）。這股強大的力量增加了對核心的壓力，從而又導(dǎo)致核聚變發(fā)生的速率逐漸增加，最終的結(jié)果是抵抗了這種壓力。隨著核心逐漸變得更致密，這個過程將會被加速。據(jù)估計，在過去的45億年中，太陽的亮度增加了30％左右?，F(xiàn)在，我們太陽的亮度正以每1億年增加約1％的速度上升。

藝術(shù)家描述的類太陽恒星的生命周期。從左下角的主序星開始，然后膨脹經(jīng)過次巨星和巨星的階段，直到在右上角將外層拋離，形成行星狀星云。圖作者 ESO/S. Steinh?fel

當(dāng)太陽核心的氫被耗盡后

太陽沒有足夠的質(zhì)量可以演化到超新星狀態(tài)。太陽將在大約50億年后退出主序帶序列，并開始演化成一個紅巨星。作為一個紅巨星，太陽的體積將變得非常的巨大，以至于可以將水星、金星，甚至地球吞噬。

在變成紅巨星之前，太陽的亮度將會增加近一倍，那個時候地球接收到的太陽光熱和今天金星接收到的一樣多。太陽在54億年內(nèi)，一旦其核心的氫被耗盡，它的體積將會膨脹到一個亞巨型的狀態(tài)，并在大約50億年的時間里緩慢地加速膨脹。然后，它將在大約50億年內(nèi)迅速膨脹，直到它膨脹到比今天大200倍并且發(fā)光量比今天增加2000倍為止。這個時候太陽便開始了紅巨星的分支階段，在這個階段里，太陽將花費大約10億年的時間來燃燒，并消耗掉大約三分之一的自身質(zhì)量。