当太阳变成红色巨星时，地球会存活吗？

自从人类诞生以来，人们就知道，太阳，就像我们所知道的那样，是生命中必不可少的核心部分。全球无数的神话学和宇宙论系统就是对此的一个实际证明。但是随着我们对太阳的了解日渐成熟，我们开始了解到太阳早在我们之前就存在了，并且会在我们消失后很久依然继续存在。太阳大约在46亿年前形成，比地球形成时间大约早了4000万年。

从那时起，太阳就一直存在于它的所谓的主序列中，它中心的核聚变使其能够释放光和能量，从而滋养了地球上的我们。这一过程还将持续45-55亿年，到那时氢气和氧气将被耗尽，太阳会经历一些严重的变化。假设到那时人类还在活着并且称地球为我们的家园，那么我们可能需要考虑如何摆脱这一困境。

太阳的诞生：

关于我们的太阳和太阳系是怎么形成的，占主导地位的理论叫做星云论，该理论指出太阳和所有的行星都是在数十亿年前以由分子气体和尘埃颗粒形成的巨大云团开始形成的。然后，大约在45.7亿年前，这一云团在它的中心经历了引力坍塌，从一个路过的行星到超新星引起的冲击波，这些事物都激发了太阳诞生的进程。

本质上来说，这是在尘埃颗粒和气体开始聚集到高密度区域之后形成的。随着这些区域吸收越来越多的物质，动量守恒定律使它们开始旋转，不断增大的压力使它们开始发热。大部分的物质最终在中心形成了一个球形，剩下的物质则被碾压到一个巨大的圆盘中，绕着中心旋转。

存在时间较短的恒星有一个围绕着它们的由气体和尘埃组成的圆盘，叫做原行星盘。在这个盘中行星形成了，盘中冰和水的存在会影响不同类型的行星的形成位置。图片来源：NASA/JPL-Caltech

中间的球形最终会形成太阳，而由物质组成的圆盘会形成行星。然后太阳在接下来的100000年的时间中一直作为一颗坍塌的原行星存在，直到其内部的温度和压强激发了它中心的聚变。太阳从一个T Tauri恒星开始，这是一颗十分活跃的恒星，它能爆发强烈的太阳风。然后在仅仅几百万年之后，它就定型成为现在的样子。

主序列：

在过去的45.7亿年里，太阳一直存在于它生命的主序列里。这一主序列的主要特征就是氢气燃料在太阳中心巨大的压强和温度作用下被转化为氦气的过程。除了改变太阳的构成物质的特性之外，这一过程也产生了大量的能量。总而言之，每秒有600亿吨物质被转化成中微子、太阳射线和大约4*1027 瓦特的能量。

自然地，这一过程不能永久持续下去，因为它需要不断消耗物质。随着时间的流逝，更多的氢气被转化成氦气，太阳的核将持续收缩，从而使太阳的外层离其中心更近，受到更强的引力作用。

这将在太阳中心施加更多的压力，但是这一压力因聚变发生速率的增加而受到抵抗。本质上说，这意味着随着太阳不断的消耗它核中心的氢气，聚变过程加快，太阳的产生物增加。目前，这一过程导致每1亿年，太阳的光度增加1%，在最近的45亿年中增加了30%。       

如太阳一般的恒星的生命周期，经历数十亿年的时间，从图中左侧它的诞生演化成右侧一颗红色巨星。图片来源：ESO/M.Kornmesser

从现在起，大约再过11亿年，太阳将会比现在亮10%，光度的这种增加将也意味着地球的大气层所吸收的热能的增加。这将会引发温室效应，就像将金星变成可怕的温室的效应一样。

在35亿年时间里，太阳将会比现在亮40%，这将导致海洋沸腾，冰川永久融化，大气中的所有水蒸气流失向太空。在这些情况下，生命如我们所知道的那样将会无法在地表的任何地方存活，地球将像金星那样完全变成另一个炎热干燥的世界。

红巨人阶段：

在今后的54亿年里，太阳将会进入它进化进程中的”红巨人“阶段。当太阳中心所有的氢气都耗尽，并且在中心堆积的惰性氦灰变得不稳定，开始在自身重力作用下分解，这一阶段就开始了。在这一过程中，太阳中心会变热并且密度不断变大，导致太阳的尺寸变大。

据估计，太阳不断膨胀，最终会大到足以覆盖水星、金星甚至是地球的轨道。即使地球能在这种消耗下继续存在，它一旦与这颗红色太阳的强烈热量接触，也会灼伤我们的星球，使地球上的生命完全无法存活。好消息是，天文学家注意到，随着太阳不断膨胀，行星的轨道也可能发生变化。

当太阳到达恒星演化的后期时，它将会通过强大的恒星风损失大量的质量。基本上，随着太阳的增长，太阳会失去质量，最终导致行星向外旋转。所以问题是，不断膨胀的太阳是否会超越向外旋转的行星，或者地球（也可能是金星）是否有可能摆脱太阳的束缚？

K.-P. Schroder和Robert Cannon Smith两位研究者已经解决了这个终极问题。在《皇家天文学会月刊》上发表的名为《太阳和地球的遥远未来》的研究论文中，他们使用最新的恒星演化模型进行了计算。

据Schroder和Smith所说，当太阳在75.9亿年内变成一个红色巨星时，它将开始快速地失去质量。当太阳达到它的最大半径（当前半径尺寸的256倍）时，它的质量将减少到现在质量的67%。当太阳真正开始膨胀时，它将会快速失去质量，在短短的500万年内便会席卷整个内部太阳系。

然后太阳将会进入它相对短暂的氦气燃烧阶段（1.3亿年），那时，它将膨胀到超过水星轨道，随后是金星。当它接近地球时，它将会每年失去4.9*1020 吨的质量（地球质量的8%）。

但是地球会存活嘛？

现在的情形是好坏参半。坏消息是，据Schroder和Smith所说，地球将逃不过太阳的膨胀。即使地球可以扩大到比现在距太阳的距离远50%的轨道（1.5AUs，AU: Astronomical Unit，长度单位，约等于地球与太阳的平均距离）上运行，它也逃不过太阳膨胀的影响。不断膨胀的太阳将会在到达红巨星阶段的顶峰之前吞噬掉地球，而太阳还有0.25AU和500000年的生长时间。

艺术家对于红色巨星的印象 图片来源：NASA/Walt Feimer

一旦进入太阳的大气层中，地球将会与气体粒子碰撞。它的轨道将会衰减并且向内旋转。如果地球现在离太阳稍微远一点，在1.15AU的距离上，那么它就能够在太阳的膨胀阶段中存活下来。如果我们能够将我们的星球推动到这个距离上，那么我们也能够存活下来。然而，这种说法目前完全是推测性的并且只停留在科幻小说领域。

现在我们来说好消息。远在我们的太阳进入红色巨星阶段之前，它的可居住区域（像我们所知的那样）将会消失。天文学家估计，这一区域将会在大约十亿年的时间内膨胀越过地球的轨道。不断加热的太阳会蒸发掉地球上的海洋，太阳辐射将会将氢气从水中吹走。地球将不再有海洋，最终地球会被融化。

是的，这算是一种好消息。但是这样做的好处是，我们可以自信的说，人类将会在地球被太阳吞噬之前就被迫离开自己的巢穴。考虑到这些将发生在很久很久之后，我们甚至不能确定一些其他的灾难性事件不会摧毁我们，或者我们不会远远的超过当前进化阶段。

一个有趣的附带好处是，太阳的可居住区域的边界变化将会如何改变太阳系。虽然仅仅处在距太阳1.5AUs范围之内的地球将不再处于太阳的可居住区域之内，但太阳系的大部分仍处于该范围内。这一新的可居住区域将从49.4AU延伸到71.4AU，延伸到“凯珀带”，这意味着以前的冰川世界将会融化，液体态水将出现在冥王星的轨道之外。

也许埃里斯（Eris）将成为我们新的家园，冥王星的矮行星将成为新的金星，Haumeau, Makemake和剩下的行星将会成为外部的“太阳系”。但是，关于所有这一切可能最令人着迷的是，人们甚至一开始就会想着要问“将来还会在这里嘛”，特别是这个将来是在距现在数十亿年之后。

莫名其妙的，我们现在面临的谜题和我们离开之后将会留下来的谜题持续的吸引着我们。当处理诸如我们的太阳、地球和已知的宇宙的问题时，这种好奇心就十分必要。到目前为止，我们的存在，和宇宙比起来只是昙花一现，人类还会存活多久时一个悬而未决的问题。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

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2.天文学名词

3.原文来自：https://www.universetoday.com/12648/will-earth-survive-when-the-sun-becomes-a-red-giant/

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