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当太阳死亡时,太阳系会发生什么

地球的终结也可能意味着太阳系遥远区域的新生命。

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未来的红巨星太阳炙烤着地球。图片来源:Fsgregs/维基共享资源

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大约50亿年后,太阳将耗尽能量,并大幅改变太阳系。海洋将被烤干。整个行星将被吞噬。而长期冰冷的星球最终将迎来它们的阳光普照。

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我们的恒星由核聚变提供动力,它将氢转化为氦,这个过程将质量转化为能量。一旦燃料供应耗尽,太阳将开始急剧膨胀。它的外层将膨胀,直到吞没太阳系的大部分,成为天文学家所说的红巨星。

太阳的生命周期使其从我们今天所知的赋予生命的恒星,膨胀成一个红巨星,最终成为围绕着一颗微小白矮星的行星状星云。(图片来源:S. Steinhöfel/ESO)

S. Steinhöfel/ESO

那么,一旦太阳进入红巨星阶段,行星会发生什么呢?太阳系的结局仍然是科学家们争论的话题。这颗垂死的太阳究竟会膨胀多远,以及条件将如何变化,目前尚不清楚。但有几件事似乎是可能的。

缓慢的死亡将终结地球上的生命,但它也可能在目前太阳系最寒冷的区域创造宜居世界。

任何幸存的人类都可能在冥王星和柯伊伯带中的其他遥远的矮行星上找到避难所,柯伊伯带是海王星之外的一个区域,充满了冰冷的太空岩石。随着太阳的膨胀,这些世界将突然发现自己拥有生命进化所需的条件。

西南研究所的行星科学家艾伦·斯特恩说,这些是“延迟满足的宜居世界”。

“在太阳生命的后期——在红巨星阶段——柯伊伯带将成为一个比喻性的迈阿密海滩,”斯特恩说。

让我们在太阳生命的最后几天,快速游览一下我们的太阳系。

水星

在太阳系的历史中,最内层的行星一直被太阳炙烤。但即使在今天,水星仍然保留着一些冰冷的斑块。随着我们的恒星老化,它将蒸发掉那些剩余的挥发物,然后最终以《星球大战》死星的慢动作版本蒸发掉整个行星。

金星

金星有时被称为“地球的双胞胎”,因为这两个相邻的世界在大小和成分上非常相似。但金星地狱般的表面与地球“金发姑娘”般的完美条件几乎没有什么共同之处。随着太阳的膨胀,它将烧毁金星的大气层。然后,它也将被太阳吞噬。

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地球

虽然太阳在燃料耗尽前可能还有50亿年的寿命,但地球上的生命很可能在此之前很久就会被消灭。这是因为太阳实际上已经变得越来越亮。根据一些估计,可能只需10亿年,太阳的辐射就会变得过强,地球上的生命无法承受。

这听起来可能很长。但相比之下,生命已经在这个星球上存在了30多亿年。

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而且,当太阳变成红巨星时,地球也将被蒸发——可能在水星和金星被吞噬后仅几百万年。所有在这里生活过的生物的岩石、化石和遗骸都将被太阳膨胀的球体吞噬,抹去人类在地球上存在的所有痕迹。

但并非所有科学家都同意这种解释。有些人怀疑太阳会在完全吞没我们的行星之前停止生长。其他科学家提出了将地球移到太阳系更深处的方案,通过缓慢增加其轨道。幸运的是,对于我们今天所有活着的人来说,这场争论仍然纯粹是学术性的。

火星

即使是我们年轻的太阳的辐射,也使得火星无法 удержи住能够保护复杂生命的大气层。然而,最近的证据表明,火星表面下方可能仍然潜藏着水。火星可能能够逃脱太阳的实际触及——它处于边缘地带——但当红巨星接管内太阳系时,这些水很可能都会消失。

气态巨行星

当我们的红巨星太阳吞噬内行星时,它们的一些物质很可能会被抛向太阳系更深处,被气态巨行星的身体吸收。

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在这里,这个带环的行星展示了地球上从未见过的一面。卡西尼号在2017年4月13日拍摄了96张背光照片,构成了这张镶嵌图。由于阳光穿过行星环,最薄的部分发出最亮的光,而较厚的行星环则呈暗色。(图片来源:NASA/JPL-Caltech/Jan Regan)

NASA/JPL-Caltech/Jan Regan

然而,我们恒星的临近边界也将蒸发土星珍贵的行星环,这些行星环由冰组成。同样的命运可能降临到今天的冰冷海洋世界,如木星的卫星木卫二和土星的土卫二,它们厚厚的冰层将消失在虚无之中。

新的宜居带?

一旦我们的太阳变成红巨星,冥王星及其柯伊伯带的“表亲”——以及海王星的卫星海卫一——可能成为太阳系中最有价值的“房地产”。

如今,这些世界蕴藏着丰富的冰水和复杂的有机物质。其中一些甚至可能在冰冷表面下拥有海洋——或者至少在遥远的过去曾有过。但像冥王星这样的矮行星表面温度通常在冰点以下数百摄氏度,不适合居住。

但等到地球变成一片焦土时,冥王星的温度将与我们地球今天的平均温度相似。

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新视野号任务拍摄的冥王星图像。(图片来源:NASA/JHU-APL/SwRI)

NASA/JHU-APL/SwRI

“当太阳变成红巨星时,冥王星表面的温度将与现在地球表面的平均温度大致相同,”斯特恩说。在2003年发表在《天体生物学》杂志上的一项研究中,他探讨了太阳进入红巨星阶段后外太阳系中生命的前景。

地球将被烧焦,但冥王星将温暖宜人,富含与我们星球生命首次进化时存在的相同类型的复杂有机化合物。斯特恩说,冥王星很可能拥有浓密的大气层和液态水表面。总的来说,这个新宜居带中的世界——从彗星般的太空岩石到阋神星和塞德娜等矮行星——的总表面积将是内太阳系所有四颗行星总和的三倍。

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这可能看起来只是一场与我们遥远的后代(如果他们幸运地能在数十亿年后幸存下来)相关的学术讨论。然而,正如斯特恩指出的那样,银河系中目前存在着大约10亿颗红巨星。这为生物进化提供了许多场所——然后随着它们的恒星吞噬它们而灭亡。

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