經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的時(shí)光后，太陽(yáng)終于走到了生命的盡頭。它的光芒開(kāi)始增強(qiáng)，體積開(kāi)始膨脹，表面逐漸接近原本距離太陽(yáng)表面1億5千萬(wàn)公里的地球軌道，并將它吞沒(méi)。這恐怖的場(chǎng)景并非杞人憂天的妄想，也不是科幻小說(shuō)為了故事情節(jié)而編造的橋段，而是根據(jù)我們所認(rèn)識(shí)的物理規(guī)律和觀測(cè)到的漫天星辰所得到的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)結(jié)論。在未來(lái)某天，這件事確定會(huì)發(fā)生。

那么，我們是不是該準(zhǔn)備跑路，準(zhǔn)備“流浪地球”了？不，請(qǐng)先等等。現(xiàn)在就流浪，未免有點(diǎn)早。

太陽(yáng)產(chǎn)生能量的方式

1945年，美國(guó)相繼向日本投下了兩顆原子彈，美國(guó)白宮在事后發(fā)表的聲明中說(shuō)，原子彈將“太陽(yáng)釋放能量的力量降臨到把戰(zhàn)爭(zhēng)帶給遠(yuǎn)東的人”。

從科學(xué)上講，這句話存在些許偏差。和原子彈一樣，太陽(yáng)釋放能量依靠的也是核反應(yīng)。然而，原子彈使用的是重元素的核裂變，既一個(gè)分子量較高的元素通過(guò)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，裂變成分子量較小的元素。說(shuō)簡(jiǎn)單一些，就是一個(gè)大原子核裂變成幾個(gè)小原子核。而太陽(yáng)則走了一條方向相反的技術(shù)路線。太陽(yáng)使用核聚變，將分子量為1的氫原子核(實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)質(zhì)子)，經(jīng)過(guò)3步中間過(guò)程，聚變成分子量為4的氦原子核。無(wú)論是核裂變的大核變小核，還是核聚變的小核變大核，物質(zhì)在核反應(yīng)后的總質(zhì)量均小于核反應(yīng)之前，而損失的質(zhì)量則轉(zhuǎn)化成了原子彈爆炸或者太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱的能量，其基本原理可以用我們耳熟能詳?shù)膼?ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc^2來(lái)描述。

氫彈則利用了和太陽(yáng)相同的核聚變?cè)?，能夠產(chǎn)生更大的爆炸威力。氫彈一旦投放出去，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)將自己的能量全部釋放出來(lái)，是一種不可控的核聚變裝置。為了利用這種效率極高又清潔無(wú)污染的能量產(chǎn)生方式服務(wù)我們的生產(chǎn)與生活，科學(xué)家們一直致力于可控核聚變裝置的研究，使核聚變一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定的向外輸出能量。

控制太陽(yáng)的力量來(lái)自哪？

那么，控制太陽(yáng)不變成一顆氫彈力量來(lái)自于哪呢？其實(shí)，這種力量就是我們最熟悉的重力，讓牛頓的蘋果落到地面的重力。

從感覺(jué)上，司空見(jiàn)慣的重力似乎很難和毀天滅地的核反應(yīng)相匹敵。但量變會(huì)引起質(zhì)變，聚合成質(zhì)量相當(dāng)于33萬(wàn)個(gè)地球的太陽(yáng)的物質(zhì)所產(chǎn)生的重力，已經(jīng)足以控制住核反應(yīng)。事實(shí)上，可以說(shuō)是重力與核反應(yīng)之間的相互作用主宰了太陽(yáng)的生命印記。

當(dāng)太陽(yáng)已經(jīng)是一顆成熟的恒星后，核反應(yīng)的速率與恒星物質(zhì)的重力達(dá)到了一種簡(jiǎn)潔又精巧的平衡。如果太陽(yáng)從平衡態(tài)向外膨脹，中心受到的擠壓減小，核反應(yīng)的速率將會(huì)降低，產(chǎn)生的能量將會(huì)減少，恒星中心的溫度將會(huì)降低。這樣，恒星中心向外膨脹的力無(wú)法支撐恒星向中心收縮的重力，膨脹過(guò)程無(wú)法持續(xù)。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果太陽(yáng)向中間收縮，將會(huì)使核反應(yīng)加速，產(chǎn)生更大的向外膨脹的力，收縮過(guò)程同樣無(wú)法持續(xù)。總之，一旦步入壯年，太陽(yáng)想向外擴(kuò)張時(shí)后勁不足，想向里收縮時(shí)又會(huì)受到很大的抵觸，因此只能穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)固定的個(gè)頭上。

這種精巧的平衡并非我們太陽(yáng)的專利，而是放之宇宙而皆準(zhǔn)的一個(gè)基本原理?？茖W(xué)家們通過(guò)長(zhǎng)期的觀測(cè)積累后，發(fā)現(xiàn)處于壯年的恒星幾乎都處在這樣一種穩(wěn)定的狀態(tài)中?？茖W(xué)家們把處于這些狀態(tài)的恒星稱之為“主序恒星”。對(duì)于這些恒星來(lái)說(shuō)，確切的平衡點(diǎn)位置與恒星的總質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量較大的恒星，平衡狀態(tài)下的核反應(yīng)速率要高于質(zhì)量較小的恒星。

太陽(yáng)的終結(jié)與地球的流浪

如同人有生老病死一樣，這種平衡并不能天長(zhǎng)地久，總有終結(jié)的一天。與人從衰老走向死亡的過(guò)程所不同的是，太陽(yáng)生命終結(jié)的過(guò)程是豐富的、絢爛的、激烈的，在經(jīng)歷一系列膨脹、爆炸與脈動(dòng)后，最終歸于沉寂。

而在這一切開(kāi)始之前，人類就得想辦法趕緊開(kāi)始上路，成為“流浪地球”了。因?yàn)樘?yáng)這個(gè)天空中的大爐子，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)會(huì)越燒越旺。當(dāng)煤爐中的煤燃盡時(shí)，我們會(huì)想辦法將灰燼請(qǐng)出再加入新煤保持爐火繼續(xù)燃燒。然而，對(duì)于太陽(yáng)這樣的恒星，沒(méi)有外部的力量為它完成這個(gè)過(guò)程。核反應(yīng)消耗氫、形成氦，而產(chǎn)生的氦就堆積在恒星內(nèi)部。由于氦的分子數(shù)要大于氫，因此恒星內(nèi)部的密度將會(huì)隨著恒星年齡的增加而增大，內(nèi)部核反應(yīng)的速率也會(huì)逐漸增加。

研究計(jì)算表明，目前太陽(yáng)的核反應(yīng)速率大概比太陽(yáng)剛成為主序恒星時(shí)大30%，而在55億年后(這個(gè)數(shù)字具體多大不同學(xué)者可能會(huì)有不同的結(jié)論，但總體上都是幾十億年的數(shù)量級(jí))，不斷加快的太陽(yáng)核反應(yīng)速率使得當(dāng)時(shí)太陽(yáng)輻射出的能量約已經(jīng)是現(xiàn)在的2倍。

在如此劇烈的輻射照耀下，地球表面的溫度將超過(guò)300多攝氏度，海洋和湖泊中的液態(tài)水早已被汽化。以我們現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)，在這種環(huán)境下包括人類在內(nèi)的生物體都是無(wú)法生存的。除非當(dāng)時(shí)的人們研發(fā)出了能夠遮擋太陽(yáng)劇烈輻射的裝置，否則就不得不踏上流浪之旅了。

此時(shí)，雖然地球已經(jīng)成為一個(gè)無(wú)法為人類生存的世界，但此時(shí)的太陽(yáng)還仍舊處于主序恒星狀態(tài)。

1、 紅巨星

而再往后，太陽(yáng)中心區(qū)的氫燃燒殆盡，停止了氫聚變成氦的熱核反應(yīng)，變成了一個(gè)氦核。由于沒(méi)有的核反應(yīng)對(duì)抗重力，恒星中心附近的物質(zhì)開(kāi)始向核心擠壓，不斷增高核心的溫度。距離核心較遠(yuǎn)的一些殘存的氫在核心釋放的高溫作用下被點(diǎn)燃，驅(qū)動(dòng)的太陽(yáng)的外層不斷向外膨脹，相繼吞并水星與金星的軌道，并有可能吞沒(méi)地球的軌道。此時(shí)的太陽(yáng)已經(jīng)退出了主序恒星的隊(duì)伍，變成了一顆紅巨星。

2、 脈動(dòng)變星

接著，太陽(yáng)進(jìn)入了“內(nèi)外兩開(kāi)花”的狀態(tài)。除了外部的氫殼繼續(xù)發(fā)生核聚變反應(yīng)外，內(nèi)核殘存的氦在不斷增大的溫度作用下被“點(diǎn)燃”，發(fā)生了由氦劇變成碳的核反應(yīng)。在數(shù)分鐘的時(shí)間內(nèi)，相當(dāng)于太陽(yáng)質(zhì)量40%的氦被劇烈的“燃燒”成碳，釋放的能量大致相當(dāng)于太陽(yáng)在當(dāng)前狀態(tài)下持續(xù)數(shù)百萬(wàn)年所釋放的能量。這種現(xiàn)象被科學(xué)家們稱之為“氦閃”。之后，太陽(yáng)在繼續(xù)燃燒氦的同時(shí)，自身已經(jīng)無(wú)法回到平衡的狀態(tài)，不斷的進(jìn)行膨脹與收縮的交替，稱為一顆脈動(dòng)變星。

當(dāng)氦也再次燃盡時(shí)，太陽(yáng)的生命也就走到了盡頭。太陽(yáng)核心的物質(zhì)將塌縮成一顆密度極高的白矮星，而外層物質(zhì)則會(huì)向擴(kuò)張，形成行星狀星云。白矮星的密度極高，一立方厘米的白矮星的質(zhì)就足夠有一噸了。

3、 地球的命運(yùn)

那么地球的命運(yùn)會(huì)怎么樣呢？在紅巨星的演化過(guò)程中，吞并地球的軌道是大概率事件。之前有學(xué)者認(rèn)為，由于太陽(yáng)釋放的能量都是質(zhì)量轉(zhuǎn)化來(lái)的，由于太陽(yáng)總質(zhì)量會(huì)隨著核反應(yīng)的進(jìn)行而減少，地球受到的引力會(huì)相應(yīng)的減小，地球會(huì)自發(fā)的向遠(yuǎn)離太陽(yáng)的方向運(yùn)動(dòng)。然而，2008年發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》的一項(xiàng)研究卻發(fā)現(xiàn)潮汐力會(huì)遲滯地球遠(yuǎn)離太陽(yáng)的腳步，否定了地球這樣逃出升天的可能。不過(guò)，正如前文所述，在太陽(yáng)變成紅巨星之前，地球就已經(jīng)被烤成了一片不毛之地。如果坐等大自然的力量拯救我們，恐怕已經(jīng)來(lái)不及了。 據(jù)科普中國(guó)