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太阳的昨天今天和明天——太阳的年龄

第五小故事-故事大全_哲理小故事_幽默故事来源: https://www.gushi5.cn 2019-05-02 16:00亲情故事 153 ℃
假如明天没有太阳

今天的太阳,大约有45.7亿岁了。这比我们人类的年龄长很多,原因之一就是太阳非常的巨大。这个年龄是由电脑模型以及太阳系最古老的物质年龄测得的。太阳如同人类一样也有生老,它现在的年龄,就相当于人类的“中年期”,在大约50亿年后开始“衰老”。

我们今天所看到的太阳,已经“走过”了自己一半的“路程”,相当于正直的壮年时期。这前半段“路程”有40多亿年的时间,对于人类来说这是一个相当漫长的岁月,但对于太阳来说,只是它的一半而已。在这40多亿年里,太阳非常“安静”,并不“调皮”,稳定的燃烧自己,把光和热“无私”的奉献给地球。太阳这种稳定的燃烧,还将持续50多亿年,直至其核心的氢聚变停止,届时太阳内部和外部都将发生巨大的变化。

比较当前作为主序星的太阳和将来成为红巨星的太阳。图:MQQ

在大约46亿年前一团巨大的分子云坍缩形成了我们的原始太阳,该分子云主要由氢元素和氦元素组成的,其他恒星的诞生或许也是这个原因。太阳的这个年龄是由恒星演化(Stellar evolution)和太初核合成(核宇宙编年学)的计算机模型估算的。使用放射性定年法我们可以得到太阳系内最古老物质的年龄,其年龄约为45.67亿年,这与太阳的年龄非常吻合。对原始陨石的研究,我们得到了短寿命同位素稳定子核出现过的痕迹,例如铁-60,不过这些同位素只在短寿命恒星的爆炸中形成。

这一结果表明一个或多个超新星爆发的位置必定发生在原始太阳系附近。来自附近超新星爆发的激波会通过压缩氢分子云中的物质,从而导致某些区域在自身引力作用下产生坍缩(引力坍缩),从而触发太阳的形成。当氢分子云的一部分坍塌时,由于角动量守恒,这部分也开始旋转起来,并随着压力的增加而升温。大部分的质量都集中在了中心形成原始太阳,而其余部分变成了一个可以形成原始行星或其他太阳系天体的圆盘。由于分子云核心内部的引力和压力会从周围的圆盘中吸积更多的物质,所以核心部分最终会引发核聚变,从而产生大量的热量向外辐射以抵抗引力。

HD 162826和HD 186302是假设中的太阳恒星“兄弟”,据认为它们是在类似于我们太阳系这样的分子云中形成的。

太阳正处于其主序阶段中的一半“路程”上,在此阶段内,太阳的核聚变反应类型为,将其核心部位的氢聚变成氦。在太阳的核心内,每秒钟有超过四百万吨的物质转化为了能量,并产生了中微子和太阳辐射。以这个速度,太阳到目前为止已经将100倍于地球质量的物质转化为了能量,约占到太阳总质量的0.03%。太阳作为一个主序星,它将需要花费大约100亿年的时间来耗尽自己。太阳在它的主序带中,随着时间的推移其温度会逐渐的上升,因为核心中的氦原子比融合的氢原子占据的体积更小。

因此,根据平方反比定律,其核心正在慢慢收缩,这会导致太阳的外层更靠近核心并承受更大的引力(压力)。这股强大的力量增加了对核心的压力,从而又导致核聚变发生的速率逐渐增加,最终的结果是抵抗了这种压力。随着核心逐渐变得更致密,这个过程将会被加速。据估计,在过去的45亿年中,太阳的亮度增加了30%左右。现在,我们太阳的亮度正以每1亿年增加约1%的速度上升。

艺术家描述的类太阳恒星的生命周期。从左下角的主序星开始,然后膨胀经过次巨星和巨星的阶段,直到在右上角将外层抛离,形成行星状星云。图作者 ESO/S. Steinhöfel

太阳没有足够的质量可以演化到超新星状态。太阳将在大约50亿年后退出主序带序列,并开始演化成一个红巨星。作为一个红巨星,太阳的体积将变得非常的巨大,以至于可以将水星、金星,甚至地球吞噬。

在变成红巨星之前,太阳的亮度将会增加近一倍,那个时候地球接收到的太阳光热和今天金星接收到的一样多。太阳在54亿年内,一旦其核心的氢被耗尽,它的体积将会膨胀到一个亚巨型的状态,并在大约50亿年的时间里缓慢地加速膨胀。然后,它将在大约50亿年内迅速膨胀,直到它膨胀到比今天大200倍并且发光量比今天增加2000倍为止。这个时候太阳便开始了红巨星的分支阶段,在这个阶段里,太阳将花费大约10亿年的时间来燃烧,并消耗掉大约三分之一的自身质量。

太阳亮度、半径和有效温度的演变。图:RJHall

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文章作者:天文在线

审核人员:青帮大佬

最终审核:零度星系

编辑用时:2019年1月20日 -2019年1月21日(花费时长:约2个小时)

审核用时:2019年2月13日(花费时长约1小时)

最后更新:2019年3月18日星期一

参考资料:wiki/Sun

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