太陽的年齡:116~122.33億歲(從現在起+7~76.33億年)
盡管已經成為一顆次巨星,但是太陽的內核還是在不斷地壓縮、升溫。與此同時,在內核周圍薄薄的外殼中進行的氫聚變,也在源源不斷地向內核中增添氦。扮演“次巨星”大約7億年後,當太陽差不多有116億歲時,內核中氦的質量到達一個關鍵點:它開始簡並——這種奇怪的狀態遵循量子力學定律,當物質被擠壓到非常高的密度時會出現。一旦物質發生簡並,它的行為開始變得“異常”。首先,如果增加它的質量,它反倒會收縮。當你往一個泥球上繼續扔泥巴時,它越來越大;如果你往一個簡並物質構成的球上扔更多的這種物質,它會神奇地變小。量子力學,它真的很奇特。同時,增加的質量並不會“如你所願”地增加簡並氣體內部的壓強(一會兒你會發現這很重要),隻有溫度會上升。
隨著更多的物質經過氫聚變進入內核,內核會不斷收縮,溫度不斷上升,而壓強不會。增加的熱量同樣會進入外層,不過,這時的內核處於簡並狀態,升溫上升得更多、速度更快。
雖然內核出現簡並,太陽還將是現在的2.3倍大。當內核不斷升溫,外層會再次以擴張作為對增加的熱量的回應,太陽會膨脹到現在的1~15倍(直徑超過1億英裏)!同時,溫度下降一半,亮度(每秒散發的能量)增加到現在的24倍。接下來的6億年,太陽像一個火紅的“燈塔”,它成為一顆紅巨星。
從地球上看,這種場景很可怕。今天,你可以用伸展的拇指輕鬆地擋住太陽光的照射;而在太陽處於紅巨星階段,它最終將占據整個天空的三分之一,很難估量它到底有多大。那時,拿一把直尺,把你的左手放在一端,右手放在24英寸的地方,手臂無限地向外伸。當太陽處於紅巨星階段的頂峰時,它剛好填滿你兩手之間的空隙!很難以年為單位觀察它的變化,但是隨著時間的推移,它確實會長到那麼大,赫然掛在你的頭上。
當然,那時你早已不存在了。
當太陽擴張成為一顆紅巨星,會發生很多奇特的事情。比如,它的轉動速度會非常慢(幾乎像是在原地不動)。擴張過程中轉動速度的下降,就像滑冰的人們能夠通過伸展手臂降低旋轉速度一樣。旋轉速度的變化基本上是成比例的,因此,如果太陽以某一變量表示擴張了1,那麼轉速也同樣會下降1.現在,它轉動一圈需要一個月左右的時間,當它變成一顆紅巨星,轉動一圈需要3天(8年多)。
伴隨著體積增大而來的另一個重要變化是:它表麵的引力會大幅下降。一個物體表麵的引力取決於這個物體的質量和它的半徑。當太陽擴張成紅巨星時,質量不變而半徑增加了1倍。這意味著其表麵的引力會下降1萬倍。現在,太陽表麵的引力是地球的27倍(也就是說,在太陽表麵,我的體重遠遠超過2噸)。如果我老婆做飯,我的體重會重一些。當太陽膨脹為一顆紅巨星時,表麵的引力會降到不足地球引力的1%。在太陽膨脹的表麵,任何粒子都被“輕輕地”吸引著。
同時,太陽的亮度會增加24倍(每平方英寸輻射出的能量都是膨脹之前的24倍)。光線的動量能夠傳遞給表麵的粒子,使得它們獲得向上的動力。對於太陽表麵的氫原子來說,這就像是有人在關閉了“引力閥”的同時,開啟了一個巨大的“風扇”:表麵的粒子會被“吹”走。
這股顆粒被稱作星風,它和太陽風類似,但是密度要高很多。實際上,作為紅巨星的太陽每年都會散發出其質量的千萬分之一,比現在的太陽“慷慨”得多。目前來說,太陽每年僅僅丟失其質量的1/114(百萬億分之一)。很顯然,這個數量非常非常小。
在太陽膨脹為紅巨星的過程中,這種“質量流失”很嚴重。既然它的引力取決於質量,質量的下降必然帶來引力的下降,太陽周圍的行星會向外“遷移”(當太陽對它們的牽製力下降時,它們的軌道變得更大了)。
這是一場競賽!太陽體積的膨脹是否會吞噬其中的行星,這些行星能否及時逃離太陽的“血盆大口”?
對於水星來說,結果是很清楚的:鐵定沒跑。它目前與太陽之間的距離是36英裏——也就意味著在發令槍響時,它已經被其它行星遠遠地甩在後麵了。幾百萬年後,太陽會“趕上”並超越這顆星球,水星將“進入”太陽。