太阳自诞生以来,经过一系列演化,才演变成现在这样光芒四射的天体。那么,太阳过去是什么样子?未来又将如何演化呢?这是人们所关心的话题。传统恒星演化理论认为,太阳的一生要经历以下五个阶段:
(1)主序星以前阶段,这是太阳的“童年时代”。一大团气体云在万有引力作用下收缩,位能转换为势能。当核心部分的温度和密度升高到一定程度时,开始发生热核反应,收缩停止。太阳在这个阶段上大约经历2000万年。
(2)主序星阶段,这是太阳的“壮年时代”。太阳核心的温度达到107度,由氢核聚变产生能量。太阳在这一阶段停留时间最长,估计有90亿年,太阳目前正处于这个阶段。
(3)红巨星阶段,这是太阳的“老年时代”。中心区的氢消耗殆尽,产能效率大为减少,向外辐射压力减弱。于是,中心区顶不住外层压力,开始收缩。由收缩而释放的能量使太阳的外壳急剧膨胀,变得体积很大,密度很低,表面比较冷而又很亮的红巨星。这一阶段持续4亿年。预计太阳演变为红巨星时,直径将扩大为现在的250倍,会把地球的轨道也包括进去。
(4)红巨星后期,这是太阳的“暮年”。中心区的温度和密度因收缩而继续升高。当核心温度高达一亿度时,会发生三个氦核聚变成一个碳核的热核反应。氦核烧光后,中心区又收缩,温度进一步上升,原子核再一次发生融合,产生更重的元素。太阳在这个阶段大约只停留5000万年。
(5)白矮星阶段,这是太阳风烛残年的“临终期”。这时太阳原子核能接近枯竭,但内部温度极高。高温造成的巨大气压和辐射压使太阳外壳发生大爆炸,大量抛射物质,最后只剩下一个稳定的内核。于是,太阳变得很小、很密的白矮星。太阳在这个阶段大约能维持十几亿年之久。
太阳的上述演化模式,是以万有引力作用和热膨胀力作为动力平衡,以核反应作为能源供给,按照氢聚变反应生成氦,氦聚变反应生成碳的顺序,逐层递进进行推演的。组成太阳的结构力是万有引力,由引力坍缩主导的太阳演化模型,每一阶段的核反应都是从太阳中心开始的,都要经历一次脱胎换骨的蜕变,膨胀收缩,再膨胀再收缩,最后演变为白矮星。
然而,与标准太阳模型不同,在太阳形态场结构模型中,组成太阳的结构力分为两种,核心区和辐射层是质量场作用力,对流层是万有引力,主导核心区聚变反应的是质量场作用力,而不是万有引力。因此,在形态场结构模型中,太阳将按照质量场作用模式进行演化,称太阳形态场演化模型。
太阳形态场演化模型认为,太阳从一大团气体云凝聚诞生以来,所经历的第一个阶段是——红巨星。在这一阶段初始,气体云体积庞大,密度稀薄,尚无行星诞生,只是在气体云中心刚刚启动核反应机制,产生的热量透过厚厚的云体,在银河系中发出泛泛的红光。在万有引力作用下,气体云逐渐收缩为球状星体,中心区核反应规模增大,星体表层温度增至3000度,这就是我们看到的红巨星。红巨星的特点是,万有引力和热膨胀力处在动态平衡状态,星体膨胀与收缩振荡幅度大,变换周期长。划定这一演化阶段的时间为4~5亿年。
太阳演化的第二阶段——主序星。这一阶段,太阳体积进一步内缩,表面温度由3000度渐渐增至10000度。划定这一演化阶段的时间为100亿年,目前太阳的年龄在50亿年,表面温度为6000度,正处在演化中期。
太阳演化的第三阶段——白矮星。主序星阶段,太阳内部结构分为内核、辐射层和对流层,内核和辐射层属于核晶体结构,在辐射层和对流层之间,热膨胀力与万有引力相对峙,保持动态平衡,处在振荡状态(K振荡)。临近主序星末期,太阳内核半径越来越大,辐射层越来越薄,释放出的能量越来越多。当热核反应圈所产生的热膨胀力大于对流层的万有引力(重力)时,星体就会在瞬间产生爆炸,把对流层气体抛向宇宙空间,这就是我们看到的新星爆发,而赤裸的晶体内核和辐射层则演化为白矮星。
这就是太阳演化三部曲:红巨星主序星白矮星,我们的太阳下一步将演化为白矮星,在银河系演化末期,白矮星与其他恒星一起,在银河系中心陨灭。至此,太阳走完了它一生的演绎历程。
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