太陽誕生於46至50億年前，對應的宇宙年齡為80億年，這時候的宇宙已經演化成熟，恆星的年齡已經能夠達到百億年。在太陽之前，至少還有三代恆星在這裡誕生，上一次超新星爆發之後，為太陽星雲的誕生留下了足夠多的重元素。如今太陽已經過了50億年的壽命，大約一半，那麼還有一半的壽命，可達到100億年。

可以認為太陽目前處於成熟的壯年期，也比較穩定，人類此時發展至航天文明，也算是一種幸福。恆星的壽命直接取決於它的質量，質量越大的恆星其內部壓力和溫度都要高，所以它們燃燒的速度也要快，壽命也短。我們太陽的壽命大約是100億年，這是一個處於中間的值。許多有著超大質量的恆星，它們的壽命只有100萬年左右，質量越大，那麼消耗就越快，因此壽命也不可能太長。

在宇宙誕生7億年後出現的第一代恆星，壽命也只有百萬年。壽命短意味著可以快速製造重元素，為後續的生命誕生奠定了基礎。對於一些質量超小的黑矮星、褐矮星，它們的壽命可以達到1萬億年，遠遠超過了宇宙的年齡。而且紅矮星的壽命也很長，就像是宇宙中吃素的群體，壽命長久，亮等也相對較低一些。恆星的壽命越長其實也不是一個壞事，至少能夠讓文明得到足夠的發展視窗，不然動不動就是太陽風暴無法讓生命得到發展，因為太陽風暴足夠殺死早期生命。

和處於全盛時期的其他恆星一樣，太陽主要由氫原子構成。四個氫原子聚變成一個氦原子，在此過程中釋放出巨大的能量。但太陽還含有極少數更重的元素，科學家稱之為金屬元素，它們掌控著太陽的命運。

“哪怕是極少數的金屬，也足以徹底改變恆星的行為。”研究太陽“金屬丰度”的斯德哥爾摩大學物理學家桑尼·瓦尼奧奇（Sunny Vagnozzi）說。恆星的金屬含量越高，不透明度就越大（因為金屬會吸收輻射），而不透明度又與恆星的大小、溫度、亮度、壽命和其他重要屬性有關。“基本上來說，金屬丰度也透露了恆星的死亡方式。”瓦尼奧奇說。

除了述說太陽自己的故事以外，太陽的金屬丰度還可以作為一把尺子，用來校準測量其他恆星的金屬丰度，以及恆星、星系和一切天體的年齡、溫度和其他屬性。“如果太陽這把尺子發生改變，這意味著我們對宇宙的理解也必須改變。”澳洲國立大學天體物理學家馬丁·阿斯普羅德（Martin Asplund）說，“所以，對太陽的化學成分有一個準確的認識，這極為重要。”

然而，對太陽金屬丰度的測量雖然越來越準確，帶來的疑問卻比解決的疑問更多。天文學家無法解決太陽金屬丰度的謎題（又稱太陽成分或者太陽模型問題），這說明他們對太陽的認識也許存在“根本性錯誤”，從而可能影響到對所有恆星的認知。瓦尼奧奇說，“後果很嚴重。”

20年前，天文學家以為他們已經弄懂了太陽。透過直接和間接測量，科學家得出的太陽金屬丰度均為1.8%左右。這種測量結果的一致性使他們相信，他們不僅知道了太陽這把尺子的長度，還知道了太陽的運作方式。然而，在21世紀前10年，越來越精確的Sunny光譜測量法得出了低得多的結果，只有1.3%。（這是測量太陽成分的直接方法，因為每種元素都會在光譜上產生具有指示性的吸收線。）同時，日震學測量法仍然說是1.8%。（這是測量太陽金屬丰度的間接方法，根據不同頻率的聲波在太陽內部的傳播方式進行測量。）

如果天文學家的太陽理論（被稱為“標準太陽模型”）是正確的，那麼，光譜測量法和日震學測量法應該得出相同的結果。也就是說，天文學家應該能夠利用日震學測量法，來計算太陽內部一個重要邊界層（輻射區和對流區的交界處）的厚度。根據等式，這一層的厚度與太陽的不透明度有關，因而與金屬丰度有關。這一連串計算得出的金屬丰度值，理應和分光鏡從Sunny中得出的直接測量結果相吻合。但實際上卻不是這樣。

“這對太陽物理和整個天文學界而言都是個問題。”領導光譜測量團隊的阿斯普羅德說，“要麼是因為天文學家不明白如何利用光譜測量法來測量恆星的元素丰度，要麼是我們還不夠了解恆星的內部情況和執行方式。”他說，“無論如何，這是個嚴重的問題，因為恆星是我們認識宇宙的基本途徑，恆星物理學奠定了現代天文學和宇宙學的很大一部分基礎。”

耶魯大學太陽物理學家薩巴尼·巴蘇（Sarbani Basu）說，對哪裡可能出錯進行了多年探討之後（包括猜測太陽內部可能存在暗物質），這場爭論已經“有點陷入僵局”。但真相仍然有可能浮現。

最近，科學家透過研究太陽中微子，發現了關於太陽金屬丰度的一個隱晦線索。不同的核聚變反應會產生不同能量的太陽中微子，因此這些粒子攜帶了關於太陽成分的資訊。今年6月，科學家在義大利格蘭薩索國家實驗室進行的實驗表明，對太陽中微子的探測結果稍微傾向於1.8%的太陽金屬丰度估值。

如果這個金屬丰度估值確實是正確的，那麼阿斯普羅德團隊的光譜測量到底錯在哪裡？“如果是光譜學出了問題，那我們在分析其他恆星時，可能也犯了同樣的錯誤。”他說。這會影響到對恆星和星系化學演化的闡釋。

但阿斯普羅德堅持認為，1.3%的光譜測量結果是正確的。他指出，2015年發表於《自然》雜誌的一項研究顯示，在太陽核心的高壓環境中，金屬對不透明度的影響程度可能超過我們的預料。他說，在標準太陽模型中校正這種差異後，對金屬丰度的日震學和中微子測量結果都會降至1.3%。

格蘭薩索實驗室的團隊希望，他們將來能探測到碳氮氧迴圈中產生的一種罕見的太陽中微子。碳氮氧迴圈是太陽內部的一種聚變反應，以碳、氮和氧原子作為氫聚變成氦的催化劑。“碳氮氧迴圈產生的中微子受到金屬丰度的影響很大，所以對這些中微子的測量結果具有決定性意義。”馬薩諸塞大學安姆斯特分校物理學家安德里亞·波卡爾（Andrea Pocar）說。

如果太陽真的只含有1.3%的金屬，這意味著，標準太陽模型在不透明度方面存在錯誤。“這會影響到天文學的方方面面。”阿斯普羅德說，“因為對恆星演化的準確認識，幾乎奠定了所有一切的基礎。”屆時，對恆星和星系年齡的估計將不得不進行10%至15%的調整。對太陽本身（以及地球上的未來生命）來說，壞訊息是，金屬丰度低的恆星比金屬丰度高的恆星燃燒得更快，所以，太陽的壽命要比我們預想的短十億年。

翻譯：于波

校對：李莉