當太陽變成白矮星後,太陽系的局勢將會如何變化?
據科學家估計,太陽的壽命只剩下一半的時間,大約50億年左右。50億年後太陽將發生翻天覆地的的變化,這是一種死亡,也是一種重生,而太陽的結局是最終會變成一顆白矮星!
然而在成為白矮星之前,太陽將經歷一個紅巨星階段,在此期間它將擴充套件到水星和金星的軌道之外。由於太陽將失去質量,地球的軌道將變得更大,足以使它在這一階段生存下來,只不過這時候它的表面已經被恐怖的溫度覆蓋了。
當然,從現在起至少50億年後,如果我們能倖存下來,我相信我們將開發出技術,繼續在地球或火星(唯一兩個倖存的岩石行星)上執行。我們也將有可能應對氣態巨星的衛星,甚至可以在恆星間移動。畢竟,50億年是智人生存時間的幾千倍,是書面歷史的數百萬倍。
太陽系的的演變局勢
事實上地球正以每年15釐米的速度緩慢地遠離太陽,這是由於潮汐力從太陽釋放出角動量,並透過將太陽移得更遠而將其轉移到地球上。當太陽變成紅巨星時,,由於質量的消失導致地球的軌道遠離太陽數億公里。因此,行星的軌道實際上在幾十億年裡是極其混亂的。
如果地球和外行星能夠生存到太陽垂死的最後一刻,將其質量減半,形成行星狀星雲,那麼這些行星將漂移到黑暗的太空中,永遠成為黑暗中的一員。還有一種可能是,在最外圍的天王星和海王星將離開太陽系中,而木星將與死太陽保持鎖定。如果有足夠的時間,與其他大型引力物體的相互作用很可能會將大多數行星從我們環繞太陽執行的軌道上彈出。
歸根結底,行星的軌道是不可預測的,一旦恆星死亡,行星會飄到哪裡取決於太陽減半質量的時間、大小和速度。這對太陽系最終的樣子以及行星從軌道上被彈出的可能性有很大的不同。
“死亡”的太陽
太陽死亡經歷劇烈變化。它的半徑將增加大約230倍,它將損失幾乎一半的當前質量,它的亮度將達到峰值,大約是當前值的4000倍。太陽將變得如此之大,以至於它的半徑將超出地球目前所處的位置。這些重大變化將分兩個階段進行。紅巨星分支階段將持續約800myr。在這段時間內,太陽將逐漸失去大約四分之一的質量。第二階段,當太陽變成一個漸行的巨型分支恆星時,速度更快,持續時間僅為5 Myr。在這期間,太陽質量的四分之一將消失。在這兩個階段,太陽的半徑將延伸到幾乎地球的距離。對太陽系內部的影響將是深遠的。
當太陽坍縮成紅巨星後,它將作為一顆亞巨星反彈,太陽將重新成為一顆擁有雙重能量源的恆星:它將擁有一個緻密的碳氧核心,周圍是一個氦燃燒成碳的殼層,在這個殼層之外,它將有另一個殼層氫燃燒成氦。氦熔合每千克產生的能量只有氫熔合的9%,因此從能量角度看,太陽仍然主要是一個氫反應堆。它90%的亮度仍然來自燃燒的氫氣。
然而,正是圍繞著核心的氦決定了太陽將如何演化。太陽或多或少地重複了它作為一顆老化的主星序恆星所做的事情,只是現在它的核心是一個碳-氦混合物,而不是一個氦-氫混合物。在一段時間內,它作為一顆橘黃色的“亞巨星”在新的化身中達到了相對的穩定性並保持了流體靜力平衡。因此,處於這一階段的恆星有時被稱為“氦主序列”。
為了維持其亞巨星的生活方式,太陽必須以比原來氫原子核快100倍的速度撕碎氦核中的燃料。僅僅在氦主序列上運行了一億年之後,太陽將再一次開始向紅巨星的領域攀升,原因和之前一樣。太陽第一次以紅巨星的身份出現的趨勢是不可阻擋的,當時太陽的核心被擠壓成白矮星密度時,而外層的直徑卻達到了千萬公里。太陽又變成了一個紅巨星,這一次它的峰值亮度超過3000光度。它的外層向外吹得越來越遠,超出了木星的軌道,即使它的電子退化核心迅速變得更大,也因此變得更小、更密集。
在間隔約10萬年的四五次大爆發中,太陽外層將與核心分離,並被完全吹走。它們將在太陽系周圍形成一個巨大的、不斷膨脹的殼層,並向外移動,與星際氣體重新會合。大約45%的太陽質量會以這種方式逃逸。剩下的55%的太陽質量很快就被壓縮到了白熱的、超緻密的核心。對於從遠處觀察太陽的人來說,當太陽周圍的氣態面紗被掀開時,太陽看起來會迅速地從紅色變為白色。
灼熱的太陽核心暴露在外的表面將非常熱,至少有17萬K°,它將發射比可見光更多的x射線。此時的太陽將成為一個真正具有銀河系地位的輻射源,它的能量像一個巨大的霓虹燈一樣照亮周圍逃逸的氣體。
行星們的變化
而除了太陽的變化以外,類地行星可能會在穩定的軌道上執行,而水星和金星將被吞沒,地球將處於生存的邊緣。火星將被烤焦,但應該存活下來,因為它可以逃脫太陽潮汐的吸引。半徑在100米到10公里之間的小行星帶組成部分將被旋轉到破裂速度。
然而,對這些巨型行星的影響並不大,木星、土星、天王星和海王星的半長軸將各增加約兩倍,且不會發生散射或不穩定,不過木星大氣層的化學成分會發生根本性的改變。巨大行星的偏心率將有效地保持不變,因為它們位於絕熱極限內,超過這個極限恆星的質量損失會改變偏心率和半長軸。
至於太陽,如果沒有外層來為它提供更多的氫,它只能維持其星雲的華麗外表僅僅幾千年,按照銀河系的標準,這個時間相當短。最後的燃料殘渣將最終燃燒殆盡,太陽將在120多億年裡第一次停止產生能量。星雲會消散和消失。太陽已經變成了一個白矮星,比地球稍大一點,但質量是地球的20萬倍,在未來的數十億年裡,它所要做的就是慢慢冷卻下來。
由於其巨大的密度,白矮星冷卻所需的時間是如此之長,最終成為銀河系產生的100億顆左右的白矮星的一份子,但是無論多麼暗淡,它仍在閃耀。