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。但事實上并非如此。即使永恒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于中年時期,也可以說是最好的最穩定的時期,這是人類和地球的福分。
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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于太陽能,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,在幾十億年之后會膨脹成為紅巨星,吞噬內行星水星和金星,甚至有可能吞噬地球。
那么太陽為什么會發生膨脹呢?膨脹的動力又是什么呢?
我們需要先從太陽內部的運行機制談起。
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大約50億年前,宇宙中存在很多原始星云,這些星云分布并不均勻,意味著引力也不均勻。某些引力比較大的星云不斷吸引周圍的星云,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云。星云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,一顆恒星誕生了!
太陽的內核溫度高達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。氫彈的制造過程就是先通過引爆原子彈,讓溫度達到可以引爆氫彈的程度。
那么溫度不夠高的太陽內核為何會發生核聚變呢?
在高溫高壓下,太陽內核呈現等離子態,這種狀態更像一鍋粒子粥,電子原子核到處亂跑。
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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,只是概率很低罷了。
舉個宏觀的例子,比如說一堵3米高的墻,現實中無論怎么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,只不過幾率很低罷了。
盡管太陽內核溫度不夠高,但在量子隧穿效應下,由于太陽質量足夠大,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。
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在太陽核聚變過程中,會釋放能量,向外產生輻射壓力。同時由于太陽質量巨大,也會產生巨大的引力,當輻射壓力與引力保持平衡時,太陽整體就處于一種穩定狀態。目前我們的太陽就處于這樣一個狀態。
太陽的輻射壓力與溫度的四次方成正比,所以恒星內核溫度越高,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,向內的引力就會占據上風,太陽外層物質開始向內坍縮,與內核發生激烈碰撞,釋放出大量能量,使得內核溫度開始上升,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)并沒有發生核聚變,當太陽向內坍縮過程中,外層物質也開始不斷補充進內核,在溫度不斷上升的情況下,也開始發生核聚變。輻射壓力會再次占據上風,促使太陽向外膨脹。
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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幸免。
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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!
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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后的事情。如果人類有幸把文明延續到幾十億年之后,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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