經(jīng)歷了漫長時光后，太陽逐漸接近生命的盡頭。它的光芒開始增強，體積開始膨脹，表面逐漸接近原本距離太陽表面1.5億公里的地球軌道，并將它吞沒。這一幕并非杞人憂天，而是根據(jù)我們已知物理規(guī)律所得到的嚴謹科學(xué)結(jié)論——在未來某天，太陽會走到生命的盡頭。屆時，人類是不是該跑路，準備“流浪地球”了？不，現(xiàn)在就流浪，未免有點早。
太陽作為太陽系的中心天體，采用核聚變的方式向太空釋放光和熱。在此過程中，太陽將分子量為1的氫原子核，經(jīng)過3步中間過程，聚變成分子量為4的氦原子核，其中損失的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成了太陽發(fā)光發(fā)熱的能量。
通過與太陽相同的核聚變原理，人類研發(fā)出氫彈，能夠產(chǎn)生巨大爆炸威力，是一種不可控的核聚變裝置。為了利用這種效率極高、清潔無污染的能量產(chǎn)生方式服務(wù)我們的生產(chǎn)生活，科學(xué)家們一直致力于可控核聚變裝置的研究。遺憾的是，雖然各國投入大量資源開展研發(fā)，目前距離可控核聚變裝置實用化，尚有很長一段距離。
而太陽已經(jīng)穩(wěn)定進行了約46億年的可控核反應(yīng)，持續(xù)不斷地用光和熱哺育整個太陽系。那么，控制太陽不變成一顆氫彈的力量來自哪里呢？
平衡使太陽沒有成為氫彈
其實，控制太陽不變成一顆氫彈的力量，就是我們熟悉的重力。從感覺上，司空見慣的重力似乎很難與毀天滅地的核反應(yīng)相匹敵。但量變會引起質(zhì)變，聚合成質(zhì)量相當于33萬個地球的太陽組成物質(zhì)，其所產(chǎn)生的重力，足以控制住核反應(yīng)?？梢哉f，重力與核反應(yīng)之間的相互作用，主宰了太陽的生命印記。
太陽這樣的恒星形成于原始星云，在自身重力作用下，組成原始星云的物質(zhì)會不斷聚集收縮，密度和壓強不斷增大。而在人類制造的核聚變裝置中，要想像啟動汽車發(fā)動機一樣使核聚變開始，相當困難。因為在核聚變中，帶正電荷的原子核間存在靜電斥力，如同一座大山橫亙在核聚變發(fā)生的道路上，必須先有足夠的能量克服靜電斥力，才能讓發(fā)生聚變的原子核足夠接近。
而太陽形成時，僅僅依靠重力的擠壓就點燃了核聚變。由于物質(zhì)本身壓強產(chǎn)生的向外膨脹力，不足以抵御驅(qū)動物質(zhì)向內(nèi)收縮的重力，因而，星云中物質(zhì)一邊聚集一邊向內(nèi)收縮的過程可以不斷持續(xù)下去；其中心的密度和壓強持續(xù)增高，迫使氫原子核相互接近，進而觸發(fā)了核聚變反應(yīng)開始。同時，恒星中聚集的質(zhì)量又決定了核反應(yīng)的速率——恒星質(zhì)量越大，中心會受到更大重力壓迫，產(chǎn)生更高壓強，使更多氫原子核相互接近，核反應(yīng)速率也就更高。
當太陽逐步成為一顆成熟的恒星后，其核反應(yīng)速率與恒星物質(zhì)的重力達到了一種簡潔又精巧的平衡。如果太陽從平衡態(tài)向外膨脹，中心受到的擠壓減小，核反應(yīng)速率會降低，產(chǎn)生的能量會減少，恒星中心的溫度會降低。由此，恒星中心向外膨脹的力無法支撐恒星向中心收縮的重力，膨脹過程將無法持續(xù)。反過來說，如果太陽向中間收縮，將會使核反應(yīng)加速，產(chǎn)生更大向外膨脹的力，收縮過程同樣無法持續(xù)。總之，一旦步入壯年，太陽只能穩(wěn)定在一個相對固定的個頭上。
這種精巧的平衡并非太陽的專利，而是放之宇宙而皆準的基本原理。科學(xué)家們通過長期觀測積累后發(fā)現(xiàn)，處于壯年的恒星幾乎都處在這樣一種穩(wěn)定的狀態(tài)中，被稱之為“主序恒星”。對它們來說，質(zhì)量較大的、平衡狀態(tài)下的核反應(yīng)速率要更高。
太陽的終結(jié)與地球的流浪
如同人有生老病死，上文所說的這種平衡也不能天長地久——太陽會在經(jīng)歷一系列膨脹、爆炸與脈動后，最終歸于沉寂。
而在這一切開始之前，人類得想辦法“跑路”，準備“流浪地球”了。由于太陽這個“大爐子”會隨著時間增長越燒越旺，當爐中燃料燃盡時，應(yīng)該將灰燼請出，再加入新燃料繼續(xù)燃燒。然而，對太陽這樣的恒星，沒有外部的力量為它完成這個過程。核反應(yīng)消耗氫，產(chǎn)生氦，都堆積在恒星內(nèi)部。氦的分子數(shù)大于氫，因此恒星內(nèi)部密度會隨著恒星年齡的增加而增大，內(nèi)部核反應(yīng)速率也會逐漸增加。
研究計算表明，目前，太陽的核反應(yīng)速率大概比太陽剛成為主序恒星時大30%，幾十億年后，不斷加快的太陽核反應(yīng)速率會使太陽輻射出的能量約為目前2倍。在如此劇烈的輻射照耀下，地球表面溫度將達到上百攝氏度，海洋和湖泊中的液態(tài)水會被汽化。以我們目前的認知，包括人類在內(nèi)的生物體是無法在這種環(huán)境下生存的——除非人們研發(fā)出了能夠遮擋太陽劇烈輻射的裝置。屆時，太陽仍處于主序恒星狀態(tài)。
而再往后，太陽中心區(qū)的氫燃燒殆盡，停止了氫聚變成氦的熱核反應(yīng)，變成了一個氦核。由于沒有了核反應(yīng)對抗重力，恒星中心附近的物質(zhì)開始向核心擠壓，不斷增高核心溫度；距離核心較遠的一些殘存氫在高溫作用下被點燃，驅(qū)動太陽外層不斷向外膨脹，相繼吞并水星與金星的軌道，并有可能吞沒地球的軌道。屆時，太陽已經(jīng)退出了主序恒星行列，變成一顆紅巨星，這是恒星燃燒到后期所經(jīng)歷的一個不穩(wěn)定階段。
接著，太陽進入了“內(nèi)外兩開花”的狀態(tài)。除了外部的氫殼繼續(xù)發(fā)生核聚變反應(yīng)外，內(nèi)核殘存的氦在不斷增大的溫度作用下被“點燃”，發(fā)生了由氦聚變成碳的核反應(yīng)，而這一時間短的讓人驚嘆——在數(shù)分鐘內(nèi)，相當于太陽質(zhì)量40%的氦被劇烈“燃燒”成碳，釋放出大致相當于太陽在當前狀態(tài)下持續(xù)數(shù)百萬年所釋放的能量。這種現(xiàn)象被科學(xué)家們稱之為“氦閃”。之后，太陽在繼續(xù)燃燒氦的同時，自身已無法回到平衡狀態(tài)，只能不斷交替膨脹與收縮，成為一顆脈動變星，即由脈動引起亮度變化的恒星。
當氦再次燃盡時，太陽的生命也就走到了盡頭——太陽核心的物質(zhì)將塌縮成一顆密度極高的白矮星，而外層物質(zhì)則會向外擴張，形成行星狀星云。白矮星的密度極高，1立方厘米白矮星的質(zhì)量就足有1噸。
那么，屆時地球的命運會怎么樣呢？在紅巨星的演化過程中，吞并地球的軌道是大概率事件。之前有學(xué)者認為，由于太陽釋放的能量都是質(zhì)量轉(zhuǎn)化來的，太陽總質(zhì)量會隨著核反應(yīng)進行而減少，地球受到的引力也會相應(yīng)減小，會自發(fā)向遠離太陽的方向運動。然而，2008年發(fā)表在《皇家天文學(xué)會月刊》的一項研究發(fā)現(xiàn)，潮汐力會遲滯地球遠離太陽的腳步，否定了地球這樣逃出升天的可能。不過，在太陽變成紅巨星前，地球就已經(jīng)被烤成一片不毛之地。如果坐等大自然的力量拯救我們，恐怕已經(jīng)來不及了。
被眷顧的星球
要預(yù)知幾十億年后發(fā)生在太陽身上的事情，天文學(xué)家除了可以依靠理論計算和計算機模擬外，還能通過遙看處于不同“年齡”的漫天恒星來勾勒出恒星演化過程的全貌。牛頓、愛因斯坦以及一眾天文學(xué)家聯(lián)手保證，我們的太陽應(yīng)該會按照前文描述過程走完一生。
因此，大家無需擔(dān)心太陽會提前衰老并吞并地球。同時，這也許能讓我們再次發(fā)現(xiàn)家園——地球的可貴。這是一顆受到上天太多眷顧的星球，它處在太陽周圍的宜居帶里，可以允許液態(tài)水穩(wěn)定存在孕育生命；較強的地磁場屏蔽了太陽高能粒子的侵襲，保護了大氣層不被太陽風(fēng)吹走；太陽不會爆發(fā)過于強大的耀斑，否則地球?qū)⒊掷m(xù)處于強X射線和伽馬射線的轟擊之中；大氣層的密度和成分能夠有效的調(diào)節(jié)溫度，讓我們處于既不冷又不熱的環(huán)境中；適度傾斜的地軸使大部分地區(qū)有了四季變化；地球軌道之外的太陽系其他大行星又吸引了不少可能撞擊地球的小天體。
當這些有利因素集中到一起時，才讓這個星球上有了多姿多彩的生靈，孕育出人類生命。當我們將望遠鏡指向浩瀚的宇宙之中，試圖從繁星間找到一顆與我們同樣幸運的行星時，卻始終沒有一個確定性的發(fā)現(xiàn)。如果現(xiàn)在我們就踏上流浪之路，其實并不知道哪里才是安身之地。
好在太陽生命的終結(jié)發(fā)生在幾十億年之后，現(xiàn)在的我們可以好好珍惜家園，不讓戰(zhàn)爭、污染、氣候變化、能源消耗將其破壞，將一個美麗多彩的地球一代一代傳下去。