在地球上，生命已經(jīng)繁衍、進(jìn)化、相互共存了數(shù)十億年。這得益于地球上豐富的物質(zhì)儲(chǔ)備——液態(tài)水、大氣層以及各種元素的原子、分子，也得益于太陽(yáng)系的“老大”——太陽(yáng)。

由于太陽(yáng)一直給地球提供能量，生命才有“力氣”進(jìn)行新陳代謝，又由于太陽(yáng)“不遠(yuǎn)不近”，熱度正好，地球才擁有合適的溫度和氣候，從物質(zhì)中孕育出生命。顯然，如果太陽(yáng)出了什么問(wèn)題，那么地球的宜居性很可能就會(huì)被破壞。令科學(xué)家擔(dān)憂的是，太陽(yáng)雖然占據(jù)了太陽(yáng)系99.8%的質(zhì)量，但它的質(zhì)量正一天天變輕，經(jīng)歷足夠長(zhǎng)的時(shí)間，“減肥”后的太陽(yáng)將會(huì)給地球生命帶來(lái)毀滅性的影響。

恒星應(yīng)該有多熱？

大約50億年前，一片巨大的分子云在萬(wàn)有引力的作用下，發(fā)生了質(zhì)量塌縮。越來(lái)越多的物質(zhì)被吸引到分子云的中心，形成了一個(gè)不斷成長(zhǎng)的原始太陽(yáng)。在原始太陽(yáng)的周圍，分子云的其余物質(zhì)攤平，形成一個(gè)原行星盤，盤內(nèi)種下了太陽(yáng)系未來(lái)行星、衛(wèi)星、隕星的種子。

隨后，兩種力量展開(kāi)了一場(chǎng)競(jìng)賽：萬(wàn)有引力試圖讓我們的原始太陽(yáng)以及原行星盤內(nèi)的天體繼續(xù)長(zhǎng)大；來(lái)自我們的原始太陽(yáng)以及外部恒星的輻射壓力，試圖將塵埃吹走。當(dāng)輻射壓力開(kāi)始占上風(fēng)的時(shí)候，我們的太陽(yáng)和行星就不能繼續(xù)生長(zhǎng)了，沒(méi)有物質(zhì)繼續(xù)被吸積下來(lái)，現(xiàn)代的太陽(yáng)系就形成了。這時(shí)，我們太陽(yáng)系的質(zhì)量達(dá)到了頂峰，隨著它不斷通過(guò)核聚變將輕元素變?yōu)橹卦兀尫拍芰康牧Χ葧?huì)越來(lái)越猛烈。

初生太陽(yáng)的質(zhì)量只會(huì)變得越來(lái)越輕，同時(shí)它所釋放的能量只會(huì)越來(lái)越多，這意味著它會(huì)變得越來(lái)越熱——這看上去是不是有點(diǎn)矛盾？畢竟，在我們的直覺(jué)里，質(zhì)量越大的恒星似乎應(yīng)該越熱。

事實(shí)上，決定一個(gè)恒星該有多熱的因素只有兩個(gè)，而且它們相互制約。考慮到恒星的能量源自于自身輕元素的核聚變反應(yīng)，科學(xué)家列舉出了這兩個(gè)因素：第一個(gè)因素是恒星核心區(qū)域的溫度。如果這里的溫度更高，這意味著每一個(gè)粒子的能量就更多，那么，當(dāng)兩個(gè)粒子碰撞時(shí)，發(fā)生核聚變的可能性就更大。第二個(gè)因素是核聚變區(qū)域的大小。如果能夠發(fā)生核聚變的區(qū)域更大，那么相同時(shí)間內(nèi)，核聚變引發(fā)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會(huì)更多。

如果我們研究、對(duì)比兩個(gè)不同的恒星，質(zhì)量更大的那個(gè)自然傾向于達(dá)到更高的核心溫度，并且擁有一個(gè)更大的核聚變區(qū)域。但是如果我們只單獨(dú)討論一個(gè)恒星，情況就會(huì)有所不同。

質(zhì)量越輕的太陽(yáng)越熱

太陽(yáng)在燃燒時(shí)，通過(guò)將氫聚變成氦，獲得能量。質(zhì)子—質(zhì)子鏈反應(yīng)是太陽(yáng)進(jìn)行核聚變的主要方式，反應(yīng)的最終產(chǎn)物是氦-4，其質(zhì)量輕于起初的反應(yīng)物——?dú)?，質(zhì)量損失大約有0.7%。核聚變反應(yīng)遵循愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程，損失的質(zhì)量將會(huì)轉(zhuǎn)化成能量。

核聚變反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，太陽(yáng)的質(zhì)量緩慢地下降著，核心區(qū)域產(chǎn)生的能量傳輸?shù)奖砻?，反?yīng)后的氦，因?yàn)檩^重會(huì)進(jìn)一步沉積到太陽(yáng)的中心。在那里，氦無(wú)法發(fā)生核聚變，所以在氦富集的中心區(qū)域，單位體積內(nèi)發(fā)生的核聚變會(huì)減少。沒(méi)有核聚變，輻射會(huì)減少，所以氦富集的區(qū)域會(huì)在自身引力的作用下塌縮。但引力塌縮會(huì)釋放能量，這意味著大量的熱能被傳輸?shù)教?yáng)表面。

因此，隨著太陽(yáng)慢慢“變老”，氦越來(lái)越多，引力塌縮越來(lái)越厲害，太陽(yáng)核心區(qū)域的溫度會(huì)越來(lái)越高，同時(shí)，核聚變區(qū)域也將會(huì)向外擴(kuò)張?？傮w上看，太陽(yáng)上核聚變的速度和核聚變的區(qū)域正隨著時(shí)間的流逝而增大。這導(dǎo)致太陽(yáng)（以及所有與之相似的恒星）向外輸出的能量會(huì)越來(lái)越多。而傳輸?shù)教?yáng)表面的能量不僅會(huì)導(dǎo)致光的發(fā)射，還會(huì)將太陽(yáng)光球?qū)由系囊恍┝Ｗ印按怠弊?。電子、質(zhì)子甚至更重的原子核都可以獲得足夠的能量，從太陽(yáng)表面噴射出來(lái)，形成所謂的太陽(yáng)風(fēng)。這些帶電粒子會(huì)傳播到整個(gè)太陽(yáng)系，大部分會(huì)完全逃離太陽(yáng)系，少部分會(huì)撞擊到行星的大氣層，從而導(dǎo)致我們?cè)诘厍蛏峡吹降臉O光。

難以阻擋的趨勢(shì)

在過(guò)去的幾十億年里，太陽(yáng)變得越來(lái)越熱，但質(zhì)量也越來(lái)越輕。直到今天，科學(xué)家觀察到的太陽(yáng)風(fēng)，規(guī)模大致是恒穩(wěn)的，太陽(yáng)核聚變能量的輸出比最初大約已經(jīng)增加了20%。如今，科學(xué)家根據(jù)觀察太陽(yáng)風(fēng)和太陽(yáng)上的核聚變，測(cè)算了太陽(yáng)到底變輕了多少。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)風(fēng)每秒能帶走大約160萬(wàn)噸的物質(zhì)，每過(guò)1.5億年，太陽(yáng)將會(huì)由于太陽(yáng)風(fēng)而失去一個(gè)地球質(zhì)量。因此，到目前為止，太陽(yáng)風(fēng)已經(jīng)帶走了30多個(gè)地球質(zhì)量。

不過(guò)，太陽(yáng)從核聚變中失去的質(zhì)量比這還要多。太陽(yáng)能量的輸出功率是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，約為4×10^26瓦，這意味著太陽(yáng)每秒鐘會(huì)把大約400萬(wàn)噸的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。從核聚變中，太陽(yáng)每秒鐘損失的質(zhì)量是太陽(yáng)風(fēng)的2.5倍?？茖W(xué)家估計(jì)，在過(guò)去的45億年里，太陽(yáng)由于核聚變已經(jīng)損失了大約95個(gè)地球質(zhì)量，相當(dāng)于一個(gè)土星。

隨著時(shí)間的推移，太陽(yáng)失去的質(zhì)量將會(huì)越來(lái)越多，太陽(yáng)自身將會(huì)變得越來(lái)越輕。在大約10到20億年之后，太陽(yáng)將會(huì)變得非常熱，地球的海洋將完全蒸發(fā)掉，地表將不再有液態(tài)水。特別是當(dāng)它在50億年后進(jìn)入紅巨星階段時(shí)，氦元素在太陽(yáng)核心區(qū)域的積聚意味著地球會(huì)被加熱到更高的溫度?？茖W(xué)家估算，如今的地球已經(jīng)用完了大約四分之三的宜居時(shí)間。當(dāng)太陽(yáng)繼續(xù)變輕時(shí)，包括人類在內(nèi)的地球生命都將迎來(lái)世界末日，除非我們擁有足夠強(qiáng)大的科技來(lái)面對(duì)太陽(yáng)變熱的問(wèn)題。