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上學時我們都學過,太陽能是可再生能源,是“取之不盡用之不竭”的能源。但事實上並非如此。即使永恆如太陽這樣的星球也有走向終結的一天。

我們的太陽目前已經50億歲,科學家們計算出太陽的壽命大約100億年,也就是說目前太陽正處於中年時期,也可以說是最好的最穩定的時期,這是人類和地球的福分。

地球上的萬物生長都要靠太陽,除了地熱等少量能源,地球上幾乎所有能源形式都屬於太陽能,比如說水能,風能,潮汐能等都離不開太陽。

生命避免不了生老病死,太陽也是一樣。科學家們計算得知,隨著太陽的燃料氫元素越來越少,太陽會變得越來越不穩定,在幾十億年之後會膨脹成為紅巨星,吞噬內行星水星和金星,甚至有可能吞噬地球。

那麼太陽為什麼會發生膨脹呢?膨脹的動力又是什麼呢?

我們需要先從太陽內部的執行機制談起。

大約50億年前,宇宙中存在很多原始星雲,這些星雲分佈並不均勻,意味著引力也不均勻。某些引力比較大的星雲不斷吸引周圍的星雲,一點點發展壯大,質量不斷增加。

質量變大,意味著引力變大,引力越大就會吸引更多的星雲。星雲內部溫度和壓力也急劇攀升。當達到一個臨界點,核聚變就發生了,一顆恆星誕生了!

太陽的核心溫度高達1500萬攝氏度,但是即便如此高的溫度,理論上也不足以發生核聚變。想要發生核聚變起碼需要1億度的高溫才可以。氫彈的製造過程就是先透過引爆原子彈,讓溫度達到可以引爆氫彈的程度。

那麼溫度不夠高的太陽核心為何會發生核聚變呢?

在高溫高壓下,太陽核心呈現等離子態,這種狀態更像一鍋粒子粥,電子原子核到處亂跑。

從宏觀角度講,核聚變不會發生。但是從微觀角度來看,量子世界中存在著量子隧穿效應。何為“量子隧穿”?

通俗地講,在宏觀世界需要很大能量才能做到的事,但在微觀世界即使沒有足夠的能量也可以做到,只是機率很低罷了。

舉個宏觀的例子,比如說一堵3米高的牆,現實中無論怎麼努力你都不可能跳過去。但在微觀世界,你是有可能跳過去的,只不過機率很低罷了。

儘管太陽核心溫度不夠高,但在量子隧穿效應下,由於太陽質量足夠大,粒子數量足夠多,意味著量子隧穿效應總是會發生的。所以太陽會持續進行核聚變。

在太陽核聚變過程中,會釋放能量,向外產生輻射壓力。同時由於太陽質量巨大,也會產生巨大的引力,當輻射壓力與引力保持平衡時,太陽整體就處於一種穩定狀態。目前我們的太陽就處於這樣一個狀態。

太陽的輻射壓力與溫度的四次方成正比,所以恆星核心溫度越高,向外的輻射壓力就越強。

雖然目前我們的太陽比較穩定,體積沒有明顯變化。但隨著核聚變持續進行,氫燃料會不斷被消耗。隨著時間推移,輻射壓力和引力的平衡會慢慢被打破。

氫燃料的減少,意味著向外的輻射壓力變小,而引力相對變化不大,向內的引力就會佔據上風,太陽外層物質開始向內坍縮,與核心發生激烈碰撞,釋放出大量能量,使得核心溫度開始上升,開始新一輪聚變,聚變成更重的元素。

而太陽穩定時期外層物質(主要是氫)並沒有發生核聚變,當太陽向內坍縮過程中,外層物質也開始不斷補充進核心,在溫度不斷上升的情況下,也開始發生核聚變。輻射壓力會再次佔據上風,促使太陽向外膨脹。

而更重的元素,比如氦元素的聚變產生的輻射壓力要比氫核聚變多得多,所以這又會推動太陽加速膨脹,而且膨脹過程產生的溫度比之前要高很多,整個太陽球體都在發生著聚變!

不過太陽的這種膨脹遠不是一瞬間完成的,而是會持續漫長的時間,至少能維持10-20億年之久。在膨脹過程中,太陽半徑會增大至現在的幾百倍,吞噬內行星,比如說水星和金星。或許我們的地球也不能倖免。

即使地球沒有被吞噬,地球也不再適合生存。在太陽膨脹過程中,地球溫度會持續升高,海洋蒸發,地球會被烤焦。屆時太陽系的宜居帶會一步步外移,到火星,木星附近。屆時木星的眾多衛星很可能成為宜居星球!

無論如何,太陽的膨脹和死亡都不是我們擔心的,畢竟那是幾十億年之後的事情。如果人類有幸把文明延續到幾十億年之後,我們肯定早就飛出太陽系了,肯定會發現更多適合人類生存的家園!

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