如果太陽在幾十億年後變為紅巨星,而後會是太陽系的終結嗎?

朱維妙


不會的,首先紅巨星可能會有宜居帶。過去天文學家尋找系外行星時主要集中在中年的主序星,類似於太陽。但是2016年康奈爾大學發表了一篇論文(《後主序時期恆星的宜居區》)提出紅巨星在一定條件下會有宜居區,而且恆星的金屬(氫氦以外的所有元素)含量越多可能性越大。

太陽變成紅巨星後會損耗大量的質量,所以屆時地球的公轉軌道已經向外移動到比現在遠50%的位置。即使如此地球還是很有可能被擴大的太陽表面吞噬。如果具有移動地球的技術,可以將地球加速,使公轉軌道擴大到木星土星今天的公轉軌道左右(屆時木星和土星已經外移),這雖然宏大,但是比加速地球飛出太陽系需要的能量還是少多了。

此外,太陽在主序星進化過程中會變得越來越亮。太陽進入紅巨星狀態還需要54億年,但是11億年後,太陽亮度就會比今天高10%,這個程度已經足以讓地球氣候進入正反饋的溫室效應,迅速朝今天金星的方向發展。35億年後,太陽亮度比今天高40%,海洋將會沸騰。所以要移動地球早在太陽膨脹之前很久就要開始實施了。

最後,紅巨星的質量損耗是非常激烈的,所以地球在紅巨星過程中軌道會“迅速”向外移動,大約只能在宜居區裡呆幾億年,期間氣候變化會非常激烈,可能要靠人工調節環境才能適應。

至於太陽系……我覺得不能算終結的原因是,即使太陽變成了白矮星,也有足夠大的質量和引力。足以控制大部分太陽系物質。

所有恆星都會走完聚變過程。那個時候全宇宙只剩下行星、塵埃、氣體、黑洞、白矮星等。然後隨著星體運動,黑洞吃掉絕大部分物質,黑洞佔比越來越多。在過了足夠多的時間後,質子都衰變掉了,除了黑洞的物質都會轉化為能量、光或是基本粒子。這時候宇宙就只有黑洞了。然而隨著霍金輻射,黑洞也會慢慢蒸發,損耗質量放出光和熱。

最終,黑洞也會全部消失,宇宙中就只有虛無,所有能量與物質均勻分佈熵達到最最大值,宇宙死於“熱寂”。


起飛吧帕尼


太陽將在約50億年後變為紅巨星,太陽系暫時不會終結,太陽可維持紅巨星狀態10億年,然後變為白矮星,此後太陽可能再存活上千億年變為黑矮星。至於地球文明是否終結,就要看未來人類的科技水平了。

太陽衰變為紅巨星後,可維持紅巨星狀態10億年,然後才會坍縮成為白矮星。太陽在紅巨星階段,體積膨脹,外層高溫氣體將覆蓋水星、金星軌道,地球、火星軌道處在邊緣,但這幾個星球可能仍圍繞太陽旋轉,因為紅巨星的外圍高溫氣體是極其稀薄的,密度近似於真空。但是高溫將使地球不再適合生物生存。其實太陽的亮度在不斷上升,約10億年後,地球已經不能適宜生物生存。

太陽變為白矮星後的結局,目前還有爭論,是新星爆發還是變為黑矮星?黑矮星目前還只是推測出來的恆星狀態,因為恆星由白矮星轉變為黑矮星的理論時間達上千億年,遠遠超過了宇宙現在的138億的年齡,所以目前並沒有觀測到黑矮星。

至於太陽系中八大行星的結局,太陽在變為白矮星階段,理論上外層軌道的行星可能保留,但目前宇宙中幾乎所有的白矮星都沒有行星,這些熄滅的恆星在最後階段吞滅了自己所有的行星。唯一的一顆觀測到的帶有行星的白矮星,科學家研究認為,它是在變為白矮星之後捕獲了一顆行星。原因之一可能是恆星最後階段溫度升高,噴發出的物質或電磁風暴,逐漸降低行星的公轉速度,行星軌道越來越低,最終撞向恆星。


上圖為地球星空中肉眼可看到的紅巨星心宿二,心宿二在恆星主序星階段(目前太陽所處階段)時,質量是太陽的25倍。變為紅巨星的心宿二半徑是3億千米是太陽半徑70萬千米的400多倍。而地球公轉半徑只有1.5億千米,火星半徑2.27億千米。

恆星的宿命

恆星的形成,演化和結局都取決於恆星的質量。

  1. 恆星的形成

恆星來源於宇宙中的氣態星雲。富含氫、氦和微量的其他元素的星雲由於自身引力坍塌,最終引發氫核的燃燒(氫核聚變為氦),形成恆星。下圖為大麥哲倫雲,恆星誕生的溫床。

質量不夠大的星雲,坍塌後,溫度不足以引發核聚變,會形成褐矮星,或被其他恆星捕獲成為行星。比如太陽系中的木星、土星,它們就是未引發氫核聚變的“恆星”。

恆星的形成階段,質量越大,所需時間越短。比如太陽大約用了1000萬年形成,而35倍太陽質量的恆星的形成僅需要6萬年。

2. 恆星的燃燒

恆星形成後,就進入了穩定“燃燒”氫核的階段,處於此階段的恆星稱為主序星。質量越大的恆星燃燒氫核的速度越快,更快消耗完氫核。太陽的燃燒可持續約100億年,一些質量較小的恆星能燃燒幾百億年,甚至上千億年。

3. 恆星的暮年

不同質量的恆星結局不同。

主序星階段結束後,小質量恆星(小於7倍太陽質量)會變為紅巨星,然後變為白矮星。白矮星散發能量後變為黑矮星。

大質量的恆星(≥7倍太陽質量)會變為紅超巨星,最終成為中子星,或黑洞。中子星散發完能量後成為白矮星。根據霍金的研究,黑洞也會因量子效應外射發出粒子,喪失能量,最終消失。只是這個過程極其漫長,像地球質量的黑洞蒸發過程需要10的48次方年。


人類的結局

我們是不可能經歷像太陽變為紅巨星這些宇宙級別的危機了,相信未來的人類能克服這樣困難並延續下去。從牛頓1687年發表論文闡述萬有引力到如今才短短不到500年,人類科技突飛猛進,以後會越發展越快。相信不遠的未來,會找到適宜的行星,加以改造後星際移民。甚至在太陽系不適宜生存時,《流浪地球中》帶著地球去流浪的情景,真的可以實現。帶著地球找到一顆主序星階段長達幾百億年的小恆星,或者成為宇宙流浪文明,收集隕石中的資源生存。

但是,宇宙中終極的危機是宇宙不斷膨脹後,熵值持續增加,所有元素向鐵元素轉化,稱為熵寂。又或是構成一切物質的基礎--質子也會衰變為光子和輕子。再或是宇宙最終坍塌,重回奇點。

這些困難可要比太陽變為紅巨星大多了。聰明的你能否給未來的人類找到求生的方向呢?


科海一葉扁舟


太陽不會在幾十億年之後變成另外一種形式,如果宇宙重建也不會改變太陽現在的這種形式,因為人類是宇宙法在最低層次上存在的表現形式,所以,人類永遠不會消失,只不過是正常循環而已!不必擔心!





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