太阳在未来会成为一颗红巨星,但具体的时间大概是50亿年之后,至于会不会吞噬地球,目前来说,我们还无法确定。那这到底是咋回事呢?我们可以先从太阳的演化说起。
太阳的一生
按照目前主流的理论,也就是星云假说。138亿年前,宇宙大爆炸之后,经历了一代或者两代恒星,大概在太阳系附近,上一代恒星发生了超新星爆炸。
超新星爆炸的冲击波引发了太阳系附近分子云的平衡状态,引发了分子云的引力坍缩。于是,分子云在引力的作用下,逐渐形成了一个恒星胚胎,乃至原恒星,最后当原恒星被点亮后,恒星就进入了主序星时期,也就是我们现在的太阳。
这里,我们就要搞清楚恒星是如何被点燃的?我们把视角切换到微观世界来看,由于原恒星的引力巨大,导致内部的温度和压强变得巨大(能最终达到1500万度和200多万个地球大气压)。我们都知道,物质是由原子构成的,而原子是由电子和原子核构成的。但是由于温度太高,导致电子和原子核无法一起愉快地玩耍,各玩各的,这时候就进入了一种等离子态。在这种状态下,电子和原子核都是自由自在地瞎跑。
我们都知道,恒星内部是核聚变反应,说白了就是原子核和原子核之间的反应。但是原子核是带正电的,意思是说,它们应该是相互排斥的。要让它们进行反应,就得克服库伦力。理论上来说,如果温度达到1亿度,才有可能促发核聚变反应。太阳内核是不足以促发这个反应的,不过在微观世界当中,存在一种叫做隧穿效应。
可以理解为,在宏观世界中,原本需要具有一定能量的时候才能实现的反应,在微观当中,即使能量不够,也能发生,只不过概率极其低。在恒星内核,一个氢原子核发生核聚变反应概率,大概需要10亿年,才能发生一次。但由于恒星足够大,内部的原子核足够多,因此,这个反应就能发生,而且还能保证不会一下子全炸了,只是慢慢烧着。当核聚变反应开始进行后,恒星也就是点亮了,进入了主序星时代。
主序星时代的恒星其实极其温度,太阳现在就是如此,整个主序星时期大概能够持续100亿年的时间。我们可以把太阳看成是一个火炉,普通的火炉烧的是煤炭,而恒星火炉烧的是氢原子核,而炉渣就是原子序数更大的原子核。氢原子核会发生核聚变生成氦原子核,而这个氦原子核就是炉渣。
当内核的氢原子核烧的差不多时,由于太阳的辐射层会把太阳的内核和对流层隔离开,这就使得外部的氢原子核没有办法进入太阳的内核当中充当燃料。
由于氦原子核发生核聚变反应的条件要比氢原子核更加苛刻,因此,内核就会在引力的作用下收缩(这是由于没有核聚变产生的向外压力来进行平衡导致的),而太阳外壳会开始向外膨胀开来。太阳膨胀之后,半径会变为原来的200倍左右,称为一颗红巨星,到那个时候,水星和金星都会被吞噬,而地球大概会在太阳大气的位置。
同时,太阳内核的收缩达到一定程度之后,就会促发氦的核聚变反应,炉渣就是氧和碳。
在点燃氦的那一刻还会发生氦闪。
氦作为燃料会烧大概10亿年左右,当氦也烧完了,内核即使在引力的作用下也无法达到点燃氧和碳的核聚变(主要是质量导致引力不够,导致温度不够),于是,就会变成一颗白矮星。
至于膨胀的太阳壳层还会继续膨胀,然后彻底和核心分离,最终成为行星状星云。
以上就是太阳的整个一生。
至于地球的命运,我们只知道,在太阳变成红巨星时,地球的位置大概在太阳大气的附近,会不会被吞噬是我们现在无法确定。如果没有被吞噬,地球最终的宿命也很难说。但我们能确定的是,当太阳变成一颗红巨星时,地球将极其热,这个温度足以消灭地球所有的生物。不过,对于地球生物的灭顶之灾应该要早于太阳变成一颗红巨星。
这是因为,太阳的主序星时期其实是逐渐升温的,科学家通过理论计算发现,再过20亿年后,由于太阳温度的升高,导致地球的温度高到不再适合做一颗宜居行星,所以,如果那个时候人类还存在,就应该准备跑路了。(不过,客观地说,人类持续20亿年这个事有点太不靠谱了。)