熱氣騰騰的火球
宇宙中的每個星系至少都會配有一顆恆星,恆星的作用從它被發現之初就一直讓科學家著迷。星系之中的生命誕生也離不開恆星,對於有生命的地方來說,恆星散發出的陽光所帶來的熱輻射能夠給眾多生物和有機體補充能量。
宏觀尺度方面,星系中的恆星雖然時不時地會散發電磁風暴,但有利也有弊。弊端在於這是毀滅性的風暴,如果行星沒有一個強力的磁場保護,那麼將會遭受這種風暴的摧殘變得破敗不堪。
好處在於這種電磁風暴對於整個星系來講,是一種保護性的防護罩。這樣的護罩能夠抵禦來自宇宙深處的射線、輻射等等。從而保護有生命的行星。
而我們的太陽系同樣也是如此,人類和地球萬物共同享受著太陽帶來的恩惠。生命有了光芒才走到了今天,但萬物誕生終有盡頭。如果太陽有一天熄滅了會怎麼樣?人類需要多久才能有多察覺?
恆星的一切
人類對於太陽的危機假設也不是頭一次了,早在古文明誕生的初期,人們就有對太陽消失、熄滅的猜測和假設。結局無一例外是世界毀滅,人類流離失所。
即便到了現代,人們也仍然不失這種“興趣”。有人說太陽熄滅,8分鐘後,人類就會感知到。然後天地突變,地球變成冰球,一切生命都將隕滅。但事實真是這樣嗎?
從太陽到地球的距離上來看,大概是在1AU(以地球和太陽之間的距離為一個天文單位)的樣子。太陽的能量主要是透過熱輻射的形式傳播到地球,也就是我們通常所說的光。見過日全食的朋友們都知道,月亮遮擋住太陽的那一刻,整個地球幾乎會迅速變成黑漆漆的一片。
以光傳播來講,這種過程確實僅需八分鐘左右。但別忘了,這是以光的一種傳播形式作為參考的假定。實際上,關於太陽熄滅,科學家表示:人類對這一事件的感知時間實際上是漫長的,準確的來說,需要10000年。
你可能會納悶,為什麼太陽都熄滅了,人類感知到這種變化竟然有如此大的時間跨度。讓我們回到太陽本身上去看看,從本質上去發掘這個問題的變化。
太陽在我們普遍的認知中是一個燃燒著的大火球,熊熊火焰釋放出的熱能是一切能量來源的根本。太陽和行星類似,也有著外殼和核心的概念。太陽外殼可以說是我們看見它成為光球的原因,可見光的形成實則是電子與氫原子反應產生氫離子時產生的。
另外,太陽也有自己的大氣層,只不過它的大氣層是有眾多電子及輻射能量組成。最外層的日球層佈滿了太陽風等離子,這是我們初見的太陽。
來到太陽內部,這裡是一切秘密的根源。太陽的核心透過核聚變反應釋放出巨幅能量和高能射線,光子會立即被輻射區的太陽等離子體吸收。
這種變化通常在光子傳播幾毫米後,就會再發射,發生在隨機方向。由於這種能量非常低,輻射需要長時間才能到達太陽表面。光子的旅行時間估計在10000~170000年之間。如果太陽的核心能量突然發生改變,這種時間尺度和穩定恢復需要更長的時間。
從本質上講,太陽是一個能夠核聚變的電漿球體。熱核反應的形成讓太陽不斷地釋放出能量,即便到了能量用完的那天。太陽的變化也會像是一顆烤紅過的鐵球一般,逐漸恢復到冰冷的狀態。
聚變中的劇變
說到底,太陽還是一顆有著自己生命力的天體,對比行星的不同,恆星可能才是能夠最終主宰自己命運的天體,星系之中的行星都得隨著恆星的變化而改變。
由於太陽的熄滅不會是突然性的結果,而是一種緩慢的過程,那麼對於它的生命歷程來說,到了這一步,又會是怎樣呢?
就太陽而言,在它熄滅後還有著各種變化,如果要最終冷卻下來,這個過程必須經歷。核心氫聚變的停止,便沒有任何東西可以阻止核心的收縮了。引力勢能的釋放讓太陽會變得更加明亮,並且在之後十億年中膨脹,逐步成為紅巨星。
有人可能會聯想到黑洞、超巨星之類的,這確實是恆星的一種走向或者說結局。不過我們需要明白的是,任何一個物體的歸宿還是得取決於它的質量。
太陽並沒有足夠的質量爆炸成為超新星,塌縮的引力也不足以成為一個黑洞。等待它的只有在紅巨星後,成為一顆矮星。這個時期的太陽仍在運轉著,只不過方式發生了很大改變。
電子在不斷壓縮的情況下,逐漸堆積在一起,電子特殊的物理特性又讓它們之間相互排斥。在簡併壓力的作用下,電子不斷地對抗著塌縮的恆星。
這個時期的太陽已經是到了白矮星的階段,整體溫度趨於平緩,不會像紅巨星那般瘋狂膨脹的體積,吞噬掉周圍的行星。由於白矮星的是質量強大的恆星演化而來,密集的質量擠壓,使得白矮星的密度異常地高,引力也超越了恆星本身。
從人類能夠觀察的時間尺度來看,這個過程十分漫長,熄滅的時間後僅僅只是太陽新的開始。白矮星在宇宙中並不少見,有不少較為古老的恆星演化成為了白矮星。
一些相當質量的恆星最終成為了黑洞,太陽質量遠達不到這個臨界點,所以也不用擔心太陽系最後會被太陽給吞噬掉。明白了這一點,我們便能夠知道,太陽的最終走向。
值得一提的是,現在的太陽是整個太陽系有史以來最穩定的存在階段,在過去數十億年裡,太陽都沒有發生過太大的變化。即便在未來十萬年中,太陽也將會持續穩定地向地球輸出能量。要是想看到太陽熄滅的那天,人類恐怕很難看到。
結束只是開始
太陽在走向終點時,以傳統意義的認知,我們可以認定它已經死亡了,因為太陽是恆星的一個階段性的產物,該階段的結束意味著太陽的死亡。
紅巨星膨脹化的巨大體積吞噬掉臨近的水星、火星、地球后,受到創傷的還有土星、木星這樣的巨型氣體行星。紅巨星的強大電磁風會把它們的氣體層給吹散,然後裸露出行星的岩石核心。整個太陽系基本上也就隨著太陽的隕滅走向了滅亡。
如果有幸運的行星,這顆行星本身又離恆星特別遠的話,那麼在紅巨星誕生時,有可能會處於在宜居帶中。更遠的行星能夠在這個階段存活下來。
紅巨星僅僅只是一個開始,並不是結束。科學家發現白矮星的臨近行星可能會誕生出新的宜居帶,白矮星比不上年輕恆星的熱量,不過總體來講,白矮星也是在緩慢的釋放著最後的能量。
也就是說,原本已經遭受到毀滅的星系,可能會因為白矮星的變化孕育出新的生命。對於生命而言,數十億年的時間跨度足夠它們去感受整個宇宙了。
目前科學家已經知道有少數幾個這樣類似的行星,在巨蛇座NN上,就有一顆行星圍繞著WD 0806-661執行。如今科學家對於恆星變化的觀察也開始把注意力放在第一代古早恆星上,這類恆星是宇宙誕生之初最早形成的恆星。
另外還有一種更為特殊的恆星會在超新星的爆炸中,因為能量遠超過重力束縛被完全毀滅,什麼也不會留下。這種罕見事件可能是因為不穩定對超新星引起的,連黑洞殘骸也不會留存。
如今的宇宙開始進入到天體生命逐漸爆發的階段,越來越多的超新星爆炸被人們觀察到,年輕黑洞的誕生,白矮星的形成。透過對早期恆星SN2016iet的觀察,科學家也在逐漸修正現有的天體演化模型。
終極走向
太陽從某種程度上來說可能要比其他恆星幸運一點,它不會像超新星那樣來一場猛烈的爆炸,摧毀周圍所有的一切;也不會像黑洞那般,如同饕餮之口吞併一切。
成為白矮星的太陽如同退休老人一般,安度自己的晚年,用著自己最後的餘熱去迎接自己的終極結局——黑矮星。
白矮星的能量會在之後的十億年中流失,形成白矮星的主要成分是氧、氖和鎂。因為碳燃燒不夠猛烈,失去了足夠的質量低於錢德拉塞卡極限,讓它不至於成為一顆超新星。
最後所有的白矮星最終都逐漸因為能量消失,成為殘骸,最終演化為黑矮星。宇宙從誕生之初也就一百多億年,現有的時間跨度還不足以誕生這種極其衰老的恆星。
就像人的白髮一般,黑矮星的形成預演著宇宙的衰老,所有的一切都會走向結局。這時的宇宙開始有了越來越多的黑矮星和黑洞,超新星也不再爆發。
如果有幸運的情況,被黑洞吞噬的基本粒子,纏繞在其中的粒子會由於找不到另一半的粒子,而在黑洞之中湮滅。黑洞會在這個時候迎來它的高光時刻,黑洞釋放出的能量會重新催生出一些新的天體。
宇宙會在這一時期有短暫的迴光返照,當一切都沒有的時候,宇宙便迎來了永遠的沉寂和寒冷。可以說,如今的宇宙變化很大程度上都是靠著恆星演化去發展的。
太陽作為其中的一員,也為這一切做出了微小的貢獻。太陽系作為有高等生命的星系,人類能夠感知到這種存在是最大的幸運。
時間的尺度
太陽誕生至今已有46億年的時間,對於人類來說,這種時間跨度已經遠遠超出了認知,人類的壽命對於宇宙尺度來講連一秒都不到。我們能夠觀察到的只不過是近早的數萬年時間,太陽熄滅的過程僅僅只能夠是一種初步的感知變化。
我們並不能對其有著足夠長的時間觀察,只能在科學計算的模型中去探索這種變故了。對於人類來講,如何在今天平和的太陽系裡發展成為更強大的文明,才能夠和太陽一起走得更遠。
畢竟在未來的天體演化中,人類要面臨的不僅是太陽的活動變化,還有行星的運動變化。太陽熄滅之前如果人類沒有找到合適且宜居的行星,那麼等待我們的,將會是和太陽同樣的結局。
整個天體、星系,在宏觀尺度上實在是太過於漫長,我們能做的只有短暫地觀望。而太陽,現在依舊在耀眼地散發著它的光芒。