太阳天天烧为啥总烧不完，50亿年后的末日，是因为燃料耗尽了吗？

　　太阳不停地烧呀烧，发出巨大的光和热，这要多大的燃料消耗啊。可太阳已经烧了50亿年，怎么就老烧不完呢？据说太阳还有50亿年就寿终正寝了，是不是那时太阳的燃料耗尽了呢？
　　很多朋友有这种疑问，今天就通俗地讨论一下这个话题，希望能给朋友们解惑。
　　太阳末日。
　　科学家们早就为太阳算了命，像太阳这样的黄矮星寿命大概约100亿年，现在太阳已经46亿岁了，大概还有50几亿年的寿命。像太阳这种质量的黄矮星，死亡前会回光返照，膨胀成一个巨大的红巨星，半径约原来的200~300倍，到了那个时候，就是太阳的末日。
　　红巨星的表面温度还有约3000K，在膨胀过程中，水星和金星难逃厄运，比太阳吞噬掉似乎已成定局。地球会不会被吞噬掉，有多种说法。红巨星如果膨胀200倍，现在太阳的半径约70万千米，200倍就是1.4亿千米，而地球距离太阳1.5亿千米，到时候就还有那么1000万千米距离，可能不被吞噬，但会被烤成一个烤土豆。
　　但太阳红巨星不可能正好膨胀半径200倍，大于200倍，地球当然就被吞噬掉了。
　　还有说法认为，在太阳演化后期，外层会不断释放出气体，最后太阳质量会减少到现在的60%，由于引力减弱，行星开始远离太阳，比现在的距离要扩大70%。这样地球就飘到距离太阳2.55亿千米的地方，太阳红巨星膨胀到现在直径的300倍以上才有可能吞掉地球。
　　太阳系的末日和走向。
　　太阳质量占据太阳系的99.86%，所有行星都是在太阳引力牵扯下公转，太阳一死，行星这些太阳的子子孙孙们还能存在吗？
　　一种个说法是，如果地球没被吞噬，那火星、木星、土星、天王星、海王星就会被留下来，不过也和死了差不多。因为太阳红巨星外围的气体会渐渐飘散在空中，最终只会留下一个致密的碳核，这个碳核体积和现在的地球差不多，但质量却有现在太阳的50%以上，因此其密度达到1吨/cm^3以上。
　　这就是太阳的尸骸~白矮星。白矮星的引力小了很多，且光和热已经很微弱，残留的行星们几乎都沉浸在一旁黑暗中，且会变得异常寒冷，温度接近绝对零度；而引力已经小了很多的白矮星，能牵制住已经逃远的行星吗？如果不能，这些行星就会越飘越远，最终消失在漆黑冰冷的太空，成为流浪行星。
　　还有一种说法，就是木星这时候的机会来了。这颗太阳系最大行星有可能会将太阳飘散到太空的物质＂吃掉＂，通过吸积壮大自己，当自己质量达到太阳的8%时，就能够激发核心的核聚变，成为一颗最小的恒星~红矮星。而靠近木星的火星、地球等，或许会改投新主子，围绕着这颗＂自立为王＂的新星旋转。
　　这样太阳系就成为一颗红矮星和一颗白矮星相伴的双星系统，一个新的恒星系统就形成了。这个问题我在过去有过多次分析讨论，有兴趣的朋友可以查阅我过去文章，这里就不细扯了。
　　恒星的寿命。
　　我们知道所有的恒星都主要由氢和氦元素组成，如果按体积计算，氢约占90%，氦占10%不到，其余的元素在1%左右。而所有恒星都是因为巨大的质量形成向心的引力压，让核心部分处于高温高压下，由此引发了氢核聚变。核心核聚变产生巨大的辐射压，就顶住了恒星巨大质量向心的引力压，形成了一个平衡，这样就是恒星的主序星阶段，也就是恒星最稳定占生命周期最长的主序星阶段。我们通常说太阳寿命100亿年，就是其主序星的寿命。
　　恒星中心源源不断的核聚变产生了巨大的能量辐射，让恒星主序星阶段稳定的发光发热，向太空源源不断的辐射着能量。那么这个能量消耗到底有多大呢？恒星要烧多久才能烧完其燃料呢？
　　不同的恒星核聚变的剧烈程度不一样，因此燃料消耗的速度就也不一样。基本的常识是，质量越大的恒星，核心引力压力和温度越高，因此核聚变就越剧烈，燃料燃烧就越快，寿命就越短；而越小的恒星，中心引力压力和温度就越低，核聚变就比较和缓，燃料消耗就越小，因此寿命越长。
　　迄今为止，人类发现质量最大的恒星是蓝特超巨星r136a1，质量是太阳的200倍以上，寿命只有300多万年；而最小的恒星红矮星，质量只有太阳的8%，寿命可达10万亿年，基本上是宇宙寿命有多长，它的寿命就有多长。
　　太阳核聚变产生的能量有多大？
　　太阳这样的黄矮星，在宇宙中约占10%左右，属于中小质量恒星，寿命在100亿年左右。科学研究认为，像太阳这种质量的恒星，其核心温度约为1500万K，压力达到3000亿个地球海平面大气压强。
　　在这样巨大的压力和温度下，核心一直在发生着4个氢核融合成一个氦核的聚变，每秒钟有6亿吨的氢转化为5.958亿吨的氦，这样产生了约0.7%，也就是420万吨的质量亏损。这些质量到哪里去了呢？就是转化成能量，以电磁辐射的方式从核心通过辐射层、对流层到达太阳表面，然后辐射到了太空。
　　这个能量有多大呢？爱因斯坦的质能方程给出了答案。质能方程表达式为：E=MC^2，这里的E为能量，M为质量，C为光速。质能方程揭示了质量和能量的等价互换关系，是人类对物质与能量认识的一个大飞跃。
　　根据质能方程，可以计算出太阳每秒钟可产出能量3.78*10^26J（焦耳）。这是多大的能量呢？每吨TNT烈性炸药爆炸的当量为4180000000J，太阳每秒钟释放的能量约相当于9亿亿吨炸药同时爆炸的能量。全世界核弹总当量也不到100亿吨，也就是说太阳1秒钟释放的能量相当地球所有核弹全部爆炸的900万倍。
　　太阳寿终正寝时，是不是燃料耗尽了呢？
　　干脆地说，完全不是。太阳燃烧100亿年，远远烧不完其本身的氢燃料。我们现在按照太阳寿命100亿年，并且按照科学家们给出的现在燃烧速率简单计算一下就知道了。
　　太阳每秒钟有420万吨质量转化为能量，也就是亏损了420万吨质量。1个天文年（儒略年）为31557600秒，100亿年就消耗了约1.3*10^27kg，只占太阳总质量的约0.00066，万分之七不到；如果按太阳每秒有6亿吨氢转化为氦，那么100亿年消耗氢约为1.9*10^29kg，只占太阳总质量的10%左右。
　　因此可以看出，在太阳死亡时，其燃料还很充足，因此其死亡不是烧完了氢，而是整体演化机制的突变导致的。
　　这是因为参与太阳核聚变的燃料主要集中在其核心0.25半径的区域，当这个区域的燃料烧得差不多的时候，核聚变就会熄灭。没有了辐射的巨大张力抵御引力压力，恒星物质就会向核心坍缩，由此导致更高的温度和压力，引发已经聚变生成并积聚在核心的氦核聚变。
　　氦核聚变结束后又坍缩，导致以后一系列核聚变，最终到碳结束。太阳这样质量的恒星，核心不具备启动碳核聚变的压力和温度，因此太阳到此就走到了生命的尽头，留下了一个致密的碳核遗骸。
　　恒星演化大致都是如此，但质量不同结果不同。
　　比太阳质量大的恒星可以一路聚变下去，只有大于太阳质量8倍以上的恒星，才能聚变到铁核结束。因为铁核是最稳定的元素，无论是核裂变还是核聚变都无法产生能量，而是需要消耗能量，任何恒星演化后期也无法提供这种能量，由此任何恒星最终核心核聚变到铁就结束了。
　　但大质量恒星比太阳剧烈很多的坍缩压会导致核心热核失控，因此引起超新星大爆发，硝烟散尽后根据质量大小，核心会留下一个中子星或黑洞。一般认为大于太阳质量8倍以上的恒星，大爆炸后核心会留下一个大于太阳质量1.44倍，小于太阳质量3倍左右的中子星；太阳质量30~40倍以上的恒星，大爆炸后核心会留下一个太阳质量3倍以上的黑洞。
　　所有的恒星演化在完成一个生命周期后，所消耗的氢燃料都不多，多余的氢和氦都通过各种方式回归了太空，这些残留的细小物质又会形成新的分子云，酝酿着下一次恒星的形成。这就是宇宙历经了138亿年的演化，氢氦元素依然占着绝对丰度，其余元素加起来也不过在1%左右的原因。
　　而这1%左右的重元素，都是恒星核聚变、超新星大爆发、中子星碰撞等天体演化中得来的，没有这些，就没有生命和文明的诞生。
　　今天就说到这，感谢阅读，欢迎讨论。码字不易，如喜欢我的文章就请给个点赞和关注吧，谢啦。
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