太阳为什么会发光?为什么说地球终有一天会回到太阳中去?

太阳为什么会发光?为什么说地球终有一天会回到太阳中去?

如题,这两个看似简单的问题,要科学地、系统地回答起来并不容易,这首先要从恒星是如何形成的开始说起。当一团比我们太阳系还要大上许多倍的巨大原始氢云被自身的引力压缩时,因氢云的中心物质较稠密,故而引力也较强,吸引周围的物质向核心聚集,随之,核心温度上升,压力增强,这个高温高压的核心被称为“恒星胎”。

“恒星胎”继续吸引着周围的物质,质量快速增大,温度持续升高,并收缩到类似于太阳大小,这时候被称为“原恒星”。当温度升高到绝对温度10^8~10^9时,引力能转换成氢原子的动能,氢原子核(质子)的动能会克服排斥电荷产生的排斥力,使质子彼此融合在一起,两个氢核聚合为氦,发生热核反应,同时释放出巨大的能量。

这时的太阳就是一个“核炉”,它的燃料是氢,并产生废氦形式的“炉灰”,太阳处于引力和核力的微秒平衡状态:引力倾向于将太阳向内压缩;核力倾向于将太阳内部物质炸开。到这儿我们的太阳已经成为一颗成熟的、宇宙中很普通的橙黄色恒星。

那么太阳为什么会发光呢?在氢聚变为氦的过程中,因为氢原子中的质子比氦原子中的质子重,所以就出现了一个质量盈余。这些盈余的质量按照爱因斯坦的公式E=MC^2转换成能量,这个能量最终会以光和热的形式被释放出来时,这就是太阳发光发热的原因。

太阳经过几十亿年的演化,最终氢燃料会被慢慢消耗殆尽,只剩下氦。氢聚变将会停止,“核炉”关闭。到那时,引力将占据主导地位,也就是引力大于核力。引力将使太阳压缩得更紧密,而温度也会随之飙升,当温度达到足够高时,氦开始燃烧,燃烧的氦将转化为其他更重的元素,如锂和碳,在这个过程中,仍然可以释放出能量。

这时的太阳尺寸已大大减小,但它的温度非常高,高温导致它的外层气壳急速膨胀,尺寸迅速扩大,最终它的外层气壳的尺寸将扩展到现在的火星公转轨道,太阳已演化为一颗红巨星。事实上,到那个时候也就意味着我们的地球将会在高温炙烤中而蒸发掉。也就是说,地球原本与太阳产生于同一片原始星云,而最终,和太阳一起被造就的地球会回到太阳中去,这是地球无法改变的宿命。

目前我们的太阳是一颗中年恒星,已存在了50亿年时间,太阳的寿命大约为100亿年,在它最终吞噬掉地球之前还有大约50亿年的生命。最后,当太阳的氦燃料也消耗殆尽时,“核炉”将彻底关闭,引力再次占据压倒性优势,红巨星将坍缩成为一颗白矮星。当太阳最终成为白矮星时,它的全部质量将被压缩到相当于地球那么大的一颗小小的星球。

白矮星并不十分明亮,因为通过爱因斯坦质能方程,只能释放出很少部分的剩余能量,并在随后的几十亿年的时间中辐射出最后一点能量,最后,它会变成一颗烧光了所有燃料的、不发光的黑矮星。

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