我們怎麼知道太陽什麼時候會死？

我們的恆星終有一個截止日期，但我們怎麼能確定不會很快來臨呢？

想想太陽吧：炎熱、巨大，為我們帶來一切。我們的這顆恆星，為我們所知的所有生命提供燃料，提供能量維持著從最小的光合作用微生物到陸地和海洋中最大的動物。

但是有一天，在遙遠的未來，太陽會死去。不過，事情不會只變得黑暗。相反，它會變得非常非常明亮。而且，很熱，熱得無法忍受。太陽將變得無法辨認，如果有人還能看到它的話。

美國自然歷史博物館（American Museum of Natural History）的天體物理學家傑基·法赫蒂（Jackie Faherty）說道：“任何有意識的人都會有一個最基本的問題：我們是如何來到這裡的？意義何在？這一切意味著什麼？這是我們的起源和未來的問題。如果你想了解太陽的宜居帶，你需要知道它會在那裡待多久，它如何演變，如何變化。這一切都歸結於這個基本的故事。”

這就給我們帶來了今天的難題：我們生命的太陽還剩多少時間？我們怎麼知道？

一旦你意識到它是一個氣體球，你就知道它不會是什麼無限機器，你只需要弄清楚它什麼時候會用完。實際上，計算時間線是一個相對簡單的等式，建立在一些複雜的數學和更小的實現上。

要知道太陽還剩多少時間（還有大約50億年），你就需要知道它已經有多老了。恆星是不會意外死亡的，因此瞭解恆星的年齡，是衡量其上升速度的重要指標。19世紀，在地球有多古老的宿怨中，查爾斯·達爾文和天體物理學家開爾文勳爵就太陽的年齡展開了辯論。達爾文的估計結果更加接近；當時，核能尚未被發現，開爾文的工作假設是太陽在燃燒煤炭。這使他的數字有點偏離了。

上圖：2013年，美國宇航局太陽動力學觀測站拍攝的太陽照片。

我們對太陽年齡的基線，是由仍在太陽系中旅行的最早的岩石得來的，這些岩石基本上是在太陽系合併過程中從未形成行星或衛星的廢品。這些岩石一直給我們提供了46億年的年齡，科學家們已經能夠使用一些技術精確地確定它們的年代。

知道太陽的亮度也很重要，因為它能告訴我們恆星的能量有多大。自從我們知道我們離太陽有多遠，我們就知道了太陽有多亮，這個測量方法被稱為天文單位，或AU。這一測量是利用視差效應和1769年金星凌日經過精心計算得出的，著名的庫克船長甚至在塔希提島做了一些觀測記錄。

一個天文單位（AU）現在固定在 92955807。3 英里，是討論我們太陽系內部和周圍距離的重要度量。透過這種測量，天文學家能夠確定太陽的光度或亮度 —— 在此之前，他們不確定這顆恆星是非常近且非常暗，還是非常遠且非常亮。

事實證明，就恆星而言，太陽是最普通的。

天文史上最重要的圖形之一赫茨斯普林格-羅素圖（Hertzsprung-Russell）清楚地顯示了這一點，該圖繪製了恆星的亮度和顏色。以此命名的兩位天文學家還暗示，恆星會以某種方式燃燒氫，燃燒與恆星的溫度和內部物理有關。

天文學家不確定太陽是非常近且非常昏暗，還是非常遙遠但非常明亮。

當塞西莉亞·佩恩（Cecilia Payne）還在哈佛大學攻讀天體物理學博士學位時，她寫了一篇關於恆星主要是由氫和氦組成的論文，事情才真正成為焦點。當時，拉塞爾（因圖表而出名）和佩恩的一位導師稱這些數字是“不可能的”，佩恩最終放棄了論文中的觀點。但她被證明是正確的，只有透過她的工作，“赫茨普林-羅素圖”才能真正被用作天體物理學的工具，用來理解恆星的類別。也就是說，它的物理性質和它的命運。只有把太陽放到恆星的行列中，我們才能知道它是什麼樣的恆星，以及它在同類恆星中的亮度。

上圖：赫茨普林-羅素圖，描繪了恆星的光度與顏色的關係。

觀察其他恆星讓我們有了一個全面的恆星演化理論。特別是，一個至關重要的角色與星團（距離相同、成分相同、僅質量不同的恆星）有關。在那裡，我們可以理解，恆星的演化完全取決於恆星的質量。

因為我們知道太陽核聚變的速率，我們知道它燃燒核燃料的速率。天體物理學家解釋說，這個速度非常慢。太陽不是炸彈，它是一個極其糟糕的核聚變反應堆，每公斤，它產生的能量比你預想的少，它需要時間。太陽，很容易做到。不要著急。

但這些想法現在都在一起了。瞭解太陽的年齡及其融合發生的速度意味著天體物理學家知道它已經燃燒了多少。太陽已經燃燒了大約 50 億年，而且還將燃燒大約 50 億年。這就是事情變得有趣的地方：“你會期望核聚變（隨著時間的推移）放緩，因為氫較少。但這是不可能的 —— 正是熱量讓太陽保持穩定。氫氣有點用完了，整個太陽都會稍微對流，溫度就會升高（這已經在發生了，但還有更多的氫可以去）。但最終，氫會耗盡，太陽會向內坍縮 —— 重力總是獲勝。

我們的太陽還不夠大，不足以產生超新星，也就是巨大的恆星爆炸。較大的恆星會留下中子星或黑洞；

太陽的末日將以不同的方式戲劇性地結束。當它燃燒氫氣時，太陽會變小，恆星核心外的層會變得更熱。

核聚變開始發生在核外的某處。太陽變成了一顆紅巨星，一顆更加分散的恆星，燃燒的能量比以前更少。通往紅巨星的道路需要一段時間，但一旦它成為紅巨星，死亡就會很快。

在這個時候，如果搬到水星去是非常不合適的，你會發現自己已經置身於太陽之中。好吧，臃腫的太陽已經告訴了我們，它的第一個受害者。

太陽將繼續膨脹和不穩定。金星也會被吞噬。（關於完全膨脹的紅巨星太陽是否會到達地球，還存在一些爭論，但至少，海洋會蒸發掉，地球會像今天的金星一樣。）最終，太陽變得彌散，開始蒸發。

在成為紅巨星僅僅10萬年後，它的質量就減少了一半。在這一點上，太陽已經進入了它的最後階段。它是一顆白矮星，一種密度很大的恆星殘骸，大小與我們的星球差不多。此時，它的核能已經耗盡，並將慢慢冷卻成一個固體碳球 —— 基本上就是太空中漂浮的鑽石。

在這顆緻密的矮行星周圍，太陽噴出的物質雲可能發出熒光，形成耀眼的行星狀星雲。2019年，《自然天文學》上就有一篇關於太陽照亮星雲可能性的論文。要形成這樣一個星雲，

太陽需要在雲層還在它附近的時候足夠熱，

即使到那時，這個宇宙燈光秀的存在，在恆星時間裡也只是一眨眼的時間：大約1萬年。星雲可能看起來像梅西耶57的光環，也就是環形星雲。

上圖：由哈勃太空望遠鏡拍攝的環形星雲梅西耶57，其核心有一顆白矮星。

當然，正確看待這一切是值得的。在我們這顆恆星的末端，眨眼間的星雲持續時間，大約是人類歷史的兩倍。早在地球上出現生命之前，這顆原始行星就不再適合人類居住了。換句話說，我們不只是在正確的地方，我們出現在正確的時間。

國家太陽天文臺（National Solar Observatory）的恆星天體物理學家亞當·科瓦爾斯基（Adam Kosalski）表示：“意識到我們現在活著是非常幸運的，因為現在太陽的能量輸出（以及我們月球的穩定軌道）之間存在著非常微妙的平衡。我們不想破壞這種平衡，因為到目前為止，我們還沒有發現任何圍繞另一顆恆星的行星，具有這種微妙的平衡。”

倒黴的是，我們已經找到了把事情搞砸的方法。這個十年將決定本世紀及以後氣候變化模式的軌跡。從進化的意義上說，

我們在太陽系的一生中只在這裡打過一個噴嚏。你不應該認為地球會被太陽吞噬，這就是我們的命運 …。但我更關心的是，在我們還沒有達到那個階段之前，我們自己的影響就會改變一切。

因此，我們知道了太陽將如何，以及何時消亡，並帶走地球的宜居性。然而，50億年後是否還會有智慧生命留在這裡，與這艘方舟一起沉沒，這是不可能知道的。

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