真糟糕,也许太阳终将吞噬地球

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简介:我们的太阳若何酿成红巨星?酿成红巨星的太阳会带来什么?太阳系其他行星尤其是我们的地球的运气将会若何?

我有一个好新闻,也有一个坏新闻。

好新闻是,当太阳最先衰竭并膨胀成一个红巨星的时刻,我们坐拥绝佳观景位。

坏新闻是,这个座位将会在太阳内部。

不外别忧郁,这场好戏70亿年后才会上演。

不如让我们先来畅想下,像太阳这样的恒星最先衰竭时会发生什么吧。

太阳现在是一颗异常稳固的恒星,其焦点的氢正举行着核聚变,转化为氦和能量。从焦点释放到上层的能量是太阳保持膨胀的缘故原由,就像一个热气球一样。这一切,已经连续了40亿年。但随着时间的推移,氦会在焦点积累。氦是惰性的,氦聚变需要更大的压力和更高的温度。太阳就这样默默燃烧着,直到约60亿年后,其焦点的氢会耗尽。这时,太阳的焦点会缩短,中央温度会升高,氢会在核外的一个薄壳内发生聚变。这将导致有更多的氦进入到核内,使其进一步缩短和升温。最终,几亿年后,太阳的环境逐步恶劣,使氦自己发生了聚变。上述历程循环往复,唯独这一次,在核内的氦聚酿成碳和氧,发生大量的能量*。

这一切都发生在太阳焦点的深处,太阳外层对此反映缓慢。当氢壳聚变最先时,外层会伟大膨胀,太阳则酿成一颗红巨星。当氦最先聚变时,太阳会略微缩短,然后在碳和氧积累时再次膨胀。

太阳现在的巨细(140万公里)与它在70亿年后酿成红巨星时的巨细对比图。1天文单元是现在地球到太阳的距离,为1.5亿公里。图源:Oona R is nen

有趣的事情正要最先。

当太阳酿成红巨星时,它一定会变得相当大,大到足以吞没水星和金星。被吞噬后,它们会在太阳内部存在一段时间。在穿过热等离子体的历程中,它们的公转轨道会逐渐消逝,行星逐步陨落,最终完全蒸发。

地球的运气却没有云云清晰。随着太阳逐渐膨胀,它最先吹起一股亚原子粒子风,就像现在的太阳风,但密度要大得多。太阳质量的削减将导致其引力削弱,这意味着行星的公转轨道将扩大。巧的是地球正好位于被红巨星太阳吞噬和幸运逃离这两种运气的分界线上。这一切都将取决于到时刻详细的情形,好比太阳到底会损失若干质量,这个话题在期刊上已经争论了有一段时间了。

这幅图描绘的是地球被膨胀成为红巨星的太阳烤焦的场景。

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图源:Wikimedia commons / fsgregs

我的硕士生导师诺姆・索克说他曾盘算过这些垂暮的恒星的数据。在2018年揭晓的一篇论文中,他研究了太阳将失去若干质量。若是一颗弥留的恒星吞没了一颗巨行星(好比木星),那么它将失去许多质量,由于这颗行星在其内部旋转,就像用叉子搅动一碗鸡蛋液一样。恒星旋转得越快,物质越容易剥落。许多恒星周围都有围绕其公转的巨行星。

但若是恒星缺少这样一个近距离的行星,它就不会失去那么多质量。这就意味着,当这些恒星膨胀时,它们仍然会捉住它们的内行星。

那就是地球。水星和金星在太阳内部不会起太大的作用,它们都市逐渐消逝,以是太阳风不会变得异常强,太阳也会保持更多的质量。这意味着它的引力不会像之前以为的那样减小。

反过来说,当太阳膨胀成一颗红巨星时,它会离地球异常近,而且最终吞噬地球。

从现在起的75亿年内,太阳的巨细随时间的转变曲线(Gyr =十亿年)。上图:与太阳现在巨细的对比(太阳现在的半径是70万公里)。下图:与地球公转轨道巨细的对比。差其余物理模子以差其余颜色显示,但都显示了太阳随着时间的推移不停膨胀、缩短和再膨胀。下图中,若是太阳的巨细跨越1,那它就会吞噬地球。好几个模子中都发生这样的情形。

若是幸运存活,情形也不容乐观。纵然地球乐成地留在太阳之外,太阳也会膨胀到充满地球的天空。难耐的高温会使我们星球上的固体岩石沸腾,以是无论是在太阳内部照样外部,地球都将是一个被烤糊的星球。

固然,以上讨论的都是78亿年后的地球,人人不必过于忧郁。只是,太阳确实正在逐步升温,再过几亿年地球就已经不相宜人类生计了。

我希望无论人类在未来会酿成什么样子,我们都有足够的智慧脱离银河系去寻找宜居的地方。也许我们真的可以像《落难地球》中形貌的一样把地球推走,但忠实说这很难题。由于太阳在红巨星阶段会有很大的颠簸,导致地球仍需要围绕其公转。

比起这些,现在另有更紧迫的事情需要我们关注。想知道未来会怎样总是一件有趣的事情,也许我们可以从中学到一些主要的器械。珍惜现在所拥有的时间,并尽我们所能地去行使好每一分每一秒。没有什么是永恒稳固的,行星和恒星亦或云云。

BY: Phil Plait

FY: 忙碌的北�T

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