每过1秒,太阳就轻了400万吨。
太阳核心每秒把大约6亿吨氢聚变成5.96亿吨氦,中间少掉的400万吨物质,按照爱因斯坦的质能方程E=mc²,全部变成了能量,功率高达4×10²⁶瓦。太阳1秒钟放出的能量,超过全人类1年能源消耗量的60万倍。
太阳已经这样烧了46亿年,看上去一成不变。美国天文学家菲尔·普莱特(Phil Plait)最近在《科学美国人》(Scientific American)的专栏里,根据美国俄亥俄州立大学天文学家理查德·波格(Richard Pogge)整理的时间表,把太阳的后半生从头到尾捋了一遍。结论是,让太阳走向死亡的那颗种子,早就埋在它的核心里了,而且一直在长。
这颗种子就是氦。
太阳发光靠的是热核聚变,也就是把轻的原子核硬挤到一起,合成更重的原子核。太阳核心里的具体过程相当繁琐,最终效果是4个氢原子核合成1个氦原子核,这需要大约1500万摄氏度的高温。
可即便在这样的温度下,新生的氦也点不着。它们什么都不参与,只是往太阳正中心沉下去,越积越多,像壁炉里的灰。
灰本身不要紧,要紧的是4个变1个。核心里的粒子越来越少,压在上面的物质却一点没变轻。核心撑不住,被压得收缩、升温。温度一高,聚变烧得更旺,太阳就变得更亮。
这个过程极慢,却从不停歇。和刚诞生时相比,今天的太阳已经亮了大约30%。
地球等不到太阳死的那一天。大约10亿年后,太阳会亮到在地球上引发失控的温室效应,海洋沸腾,水全部散逸到太空。到那时候,地球多半已经养不活任何生命了。
而太阳自己还早着呢。
它会继续烧氢,一直烧到109亿岁左右,也就是60多亿年以后,核心里能用的氢才耗尽。此时的核心是一团不会燃烧的氦,继续收缩,继续升温,热到把核心外面薄薄一层氢给点着了。
这层氢烧起来,把更多能量灌进太阳的外层。外层气体受热膨胀,整颗太阳开始发胖。再过7亿年,太阳年过110亿岁,个头涨到现在的两倍左右。
胀大的太阳,表面反而凉了下来。表面积增加得太多,摊到每平方厘米上的能量就少了。原本白热的气体冷却成红色,太阳正式成为一颗红巨星。
此后6亿年,这颗红巨星一路膨胀、一路降温,直径最大达到现在的约170倍,总亮度却冲到现在的2000多倍。表面是凉了,可发光的面积大了太多。行星被烤得够呛,水星干脆被整个吞了进去。
个头大了,表面离中心远了,引力也就弱了,拴不住最外层的气体。加上光太猛,气体被成股成股地吹向太空,形成强劲的星风。等太阳胀到红巨星阶段的顶点,它已经吹掉了自身1/4以上的质量。
核心里的氦还在堆积、升温。氢耗尽约13亿年后,核心温度到达约1亿摄氏度,氦终于也被点着,聚变成碳和氧。当年的灰成了新燃料。
氦聚变放出的能量,比不上此前壳层里烧氢的那一轮,于是太阳缩了回去,缩到现在的10倍大小左右,表面变热、变蓝。它就这样平稳地烧上1亿年,直到核心的氦也用完。
接下来的剧情几乎是重播。这回堆在核心的灰换成了碳和氧,它们收缩升温,点燃外面一层氦,氦层外面还有一层氢也在烧。
太阳再度膨胀,比上次更大,直径接近现在的200倍,亮度是现在的2000倍,表面又一次变凉变红。天文学家把这个阶段叫渐近巨星分支,名字拗口,记住它是太阳的第二次巨星阶段就够了。
星风又刮了起来,太阳的质量继续流失,引力弱到拽不紧行星,行星的轨道开始向外挪。金星挪得不够快,跟水星一样被吞掉。
地球能不能逃过一劫,学界还没算清楚,但逃不逃得掉已经无所谓了。那时的太阳占去地球将近半边天空,足够把这颗行星烤个透。
还没完。壳层里的氦聚变对温度极其敏感,核心稍有风吹草动,聚变速率就剧烈起伏。每起伏一次,太阳就爆发出一股巨大的能量脉冲,个头猛涨,亮度飙升。
这样的脉冲一共4次。最后一次过后,太阳的直径远超现在的200倍,亮度超过现在的5000倍。
这几次脉冲把太阳残存的外层彻底掀飞,露出里面的核心。那是一颗由碳和氧构成的球,极热,极致密,大小和地球差不多,密度却是地球的几十万倍。这就是白矮星。
此时太阳120多亿岁,实质上已经死了。它不再产生任何能量,只靠余热发光,再花上几十亿年慢慢变冷变暗,最后熄成一颗不发光的黑矮星。
不过,宇宙目前的年龄是138亿年。从大爆炸到现在,时间还不够让任何一颗白矮星彻底冷透。黑矮星到今天还只存在于理论推演里。
这张时间表上的每一站,天体物理学都能算出来。算不出来的是人类。几十亿年后人类还在不在、是什么样子,没人说得准。普莱特猜,也许那时人类早已搬到另一颗更年轻的恒星旁边,也许到那时,人类连恒星都不需要了。
~~~~~~
图为遥远未来太阳膨胀成红巨星的想象图,届时它将占据地球天空的一大片,让地球不再适合生命生存,图源:Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images
信源:Plait, Phil. "How Much Longer Will the Sun Shine?." Scientific American, edited by Lee Billings, 18 Sept. 2026
