太阳可以燃烧多少亿年——100个科学问题之20

太阳是位于太阳系中心的恒星,它的质量的大约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦,包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%

大约45.7亿年前在一个坍缩的氢分子云内形成了太阳。太阳已经到了中年,现在的核聚变是在核心将氢聚变成氦。每秒有超过400万吨的物质在太阳的核心转化成能量,产生中微子和太阳辐射

20 太阳还能使地球上的生命维持多久?科学家认为太阳可以燃烧什么年

《你知道吗?——现代科学中的100个问题》

阿西莫夫著 暴永宁等译 碧声扫 https://www.tuenhai.com 整理

据我们所知,只要太阳保持着目前的能量辐射状态,就能使地球上的生命存在下去。我们可以确定出这个状态能持续多久的上下限

太阳的辐射是在氢聚变成氦的过程中产生的。太阳要产生这么强烈的辐射,聚变物质的数量一定也该是很大的。实际上也是如此。在每一秒钟里,就有630,000,000吨氢聚变成625,400,000吨氦;其余的4,600,000吨则转化为辐射能,永远不再属于太阳了。这些能量中有一小部分射到地球,就足以维持我们这个星球上的生命了

从太阳每秒钟消耗的氢的数量来看,它似乎不会维持很久。但是,这是由于没有考虑到太阳的巨大质量的缘故。太阳的质量为2,200,000,000,000,000,000,000,000,000吨(即二千二百亿亿亿吨)。这个质量当中大约有百分之五十三是氢。这就是说,太阳目前约含有1,160,000,000,000,000,000,000,000,000吨氢

如果你想知道的话,不妨告诉你:太阳质量的其余部分几乎全都是氦。比氦更复杂的原子,占太阳质量的百分之零点一弱。氦比氢更致密些。在相同的条件下,氦原子的质量是同量氢原子的质量的四倍。如果换算成体积——所占据的空间,太阳大约有百分之八十是氢

如果假设太阳最初全部由氢组成,而且它一直以每秒钟六亿三千万吨的速率把氢转变成氦,并将保持这种速率的话,那么,我们就可以计算出:太阳已经辐射了大约四百亿年,并将继续辐射六百亿年

实际上,事情并不如此简单。太阳是一颗“第二代的恒星”,它是由在好几十亿年前就已燃烧光、并已爆炸掉的恒星所留下的尘埃和气体所组成的。因此,在一开始时,太阳的组分中就含有大量的氦,几乎跟现在一样多。这就是说,用天文学的尺度来衡量,太阳只辐射了一段很短的时间,它的氢储量减少得不多。太阳可能还不到六十亿岁

此外,太阳也不会一直保持目前这种辐射速率。氢和氦在太阳里并不是均匀地混合着的,氦集中在太阳的核心部分,而聚变反应则发生在这个核心的表层

随着太阳不断辐射,氦所构成的核心会越来越大,在它的中心,温度也会越来越高,最后,这个温度会高到足以使氦原子变成其他复杂原子的地步。到那个时候,太阳将放出比目前更强的辐射来。不过,随着氦聚变的开始,太阳就会开始膨胀,并逐渐变成一颗红巨星。那时地球上将热得无法忍受,海洋就会煮干。据我们所知,这颗行星就不复是生命的适宜住所了

据天文学家估计,太阳将在从现在算起的八十亿年后进入这一新阶段。不过,八十亿年也还是一个相当长的时间,因此眼下还没有必要惊慌

阿西莫夫《你知道吗?--现代科学中的一百个问题》科学普及出版社 1984年

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