预计太阳何时会熄灭太阳的残余将花费数万亿年冷却下来-菜科网

【菜科解读】

　　预计太阳何时会熄灭？根据我们已知的认识，太阳至少已经存在了50亿年。

太阳在当前阶段的“生命”，被称为它的“主序列”——其中氢的核聚变允许它辐射能量并提供足够的压力以防止恒星在自身质量下坍塌——将在大约50亿年后结束。

　　史密森天体物理天文台和哈佛大学天文台合作的天体物理中心的天体物理学家 Paola Testa 说：“它是一种中年恒星，从某种意义上说，它的寿命将达到 100 亿年左右。

”

　　太阳熄灭够地球将发生什么？

　　在太阳燃烧掉其核心中的大部分氢后，它将转变为红巨星的下一阶段。

据美国宇航局称，在大约 50 亿年后的这个时候，太阳将停止通过核聚变产生热量，其核心将变得不稳定并收缩。

与此同时，仍含有氢的太阳外部会膨胀，菜叶说说，冷却时会发出红色光。

这种膨胀将逐渐吞噬太阳的邻近行星，水星和金星，并使太阳的太阳风逐渐上升，以至于它们会抵消地球的磁场并剥离其大气层。

　　当然，对于到那时我们星球上还剩下什么生命，这几乎肯定是个坏消息——假设任何生命都在太阳亮度增加 10% 的情况下幸存下来，预计在 10 亿到 15 亿年内蒸发地球的海洋，根据2014 年发表在《地球物理研究快报》上的一项研究。

根据 2008 年发表在《皇家天文学会月刊》上的一项研究，在这种初始扩张的几百万年内，太阳很可能也会消耗地球的岩石残骸。

太阳目前是一颗中年恒星.jpg

　　太阳的残余将花费数万亿年冷却下来，最终成为一个不发光的物体

　　然后太阳将开始将氢聚变留下的氦融合成碳和氧，然后最终坍缩到它的核心，在它的外层留下一个华丽的行星状星云——一个炽热的剩余等离子体外壳——在它收缩到一个令人难以置信的密集、明显更热、地球大小的恒星尸体，被称为白矮星。

Testa 说，这个星云只能看到大约10，000年——宇宙时间中的一眨眼。

从那里，太阳的残余将花费数万亿年冷却下来，最终成为一个不发光的物体。

　　为了得出太阳及其相对质量的所有恒星的时间线，科学家们需要知道它是如何释放能量的，这在太阳质量的核聚变被考虑在内之前是很困难的。

　　“很多科学是相对较新的，就像上个世纪一样，因为理解恒星如何工作的一个组成部分来自于对核反应和核聚变的理解，”研究太阳大气层外层X射线辐射(如太阳耀斑)的加热机制和过程的Testa说。

“在20世纪30年代之前，关于恒星如何工作的主要观点之一是，能量仅仅来自引力能。

”

　　一旦天文学家和天体物理学家对聚变有了更好的理解，他们就能够提出更完整的模型，再加上从几颗恒星观察到的发射数据，以了解恒星的生命。

　　“通过将来自许多不同恒星的大量不同信息放在一起，天文学家和天体物理学家可以建立一个关于恒星如何演化的模型。

”Testa 告诉 Live Science。

“这让我们对太阳的年龄有了相当准确的猜测。

”

　　这个年龄——大约 46 亿到 47 亿年，也被已知最古老陨石的放射性年代测定所证实，这些陨石是由同一个太阳星云形成的，太阳星云是一个由气体和尘埃组成的旋转圆盘，产生了太阳和太阳系中的行星体。

　　多亏了这些工具，科学家们很好地理解了太阳的光最终会在什么时候熄灭和消失。

托卡马克：人造太阳的 “磁约束熔炉”
托卡马克（Tokamak）是目前最主流的可控核聚变装置，核心是用强磁场把上亿度高温的等离子体约束在环形真空室，实现氘氚聚变，被视为人类迈向 “人造太阳” 的核心路线。
一、名字与起源名称含义：俄语缩写，全称 “环形真空室磁线圈装置”（环形 toroidal、真空室 kamera、磁 magnit、线圈 kotushka）。
诞生：1950 年代由苏联库尔恰托夫研究所发明，1954 年建成首个装置 T-1，1968 年 T-3 装置突破关键温度，奠定主流地位。
二、核心原理：磁场 “牢笼” 困住上亿度等离子体核聚变需要1 亿℃+高温，没有任何材料能直接接触，托卡马克用磁约束解决：环形真空室：形似 “轮胎”，内部抽成真空，注入氘氚燃料（氢同位素）。
三重磁场约束环向磁场：外部环形线圈通电，产生绕真空室的 “跑道型” 磁场，防止粒子径向逃逸。
极向磁场：中心螺线管线圈（变压器初级）感应出等离子体电流（变压器次级），电流产生垂直方向磁场，约束粒子纵向运动。
螺旋磁场：两种磁场叠加，形成螺旋形磁力线，让等离子体粒子沿磁力线螺旋运动，牢牢锁在中心，不碰内壁。
加热到聚变温度欧姆加热：等离子体电流自身电阻产热（类似电炉丝）。
辅助加热：微波、中性束注入（高速氢原子束），把等离子体从千万度加热到 1 亿℃以上，满足氘氚聚变条件。
聚变反应与能量输出氘 + 氚氦 + 高能中子 +17.6MeV 能量。
带点粒子（氦核）被磁场约束，维持高温；
不带电中子穿透磁场，撞击内壁 “包层”（锂材料），动能转化为热能，加热水成蒸汽，驱动发电机发电。
副产品：氦气（无放射性），锂受中子轰击还能再生氚，形成燃料闭环。
三、关键结构真空室：环形，耐高温、防杂质污染。
磁体系统：环向线圈、中心螺线管、极向线圈，多为超导材料（如铌钛合金），降低能耗。
包层：内壁核心部件，承担能量捕获 + 氚增殖双重任务。
偏滤器：排出杂质和废热，保护真空室。
四、代表装置EAST（东方超环，中国）：世界首个全超导托卡马克，2021 年实现1.2 亿℃维持 403 秒，稳态运行全球领先。
EAST东方超环托卡马克装置ITER（国际热核聚变实验堆，法国）：全球 7 方（中、欧、美、俄、日、韩、印）共建，人类最大托卡马克，目标 2035 年首次氘氚聚变，实现输出能量 > 输入能量（Q>10）。
ITER国际热核聚变实验堆JET（欧盟）：历史最久的大型托卡马克，1997 年创下Q=0.67（输出 / 输入）纪录。
五、核心挑战稳态约束难：上亿度等离子体易失控、逃逸，需长期稳定约束（目标数千秒）。
能量增益低：目前实验Q 输出），需突破Q>10才能商业化。
材料寿命短：中子轰击、高温等离子体冲击，内壁材料易损伤。
氚自持难：氚天然稀缺，需高效增殖技术实现燃料自给。
六、优势与前景优势：燃料（氘）取自海水，储量几乎无限；
无碳排放，放射性废料极少（远低于裂变），安全性高。
前景：若 2035 年 ITER 达成目标，2050 年前后有望建成首座商业聚变电站，彻底解决人类能源危机。

僵尸恒星周围具备宇宙生命诞生条件
　据国外媒体报道，当低质量恒星接近生命尾声时会演化成白矮星，科学家们认为白矮星发出的光恰好可用于维持宇宙生命的生存，其周围的可居住区将变得宇宙生命的温床，这个发现可能会使得具有潜在生命的行星比我们想象得更为普遍。
目前许多系外行星探索任务中都以寻找岩质行星信号为主，并且倾向于围绕类似太阳这样的G型主序星，这样的行星更符合具备外星生命并能演化至高级文明条件。
　　相比较之下，白矮星似乎不太可能成为宇宙生命主要的诞生地，作为低质量恒星演化的结果使得白矮星在结束氢和氦的核反应后膨胀成一颗红巨星，此时红巨星并没有足够的质量支持反应继续进行，于是外层气体层逐渐被剥离而仅剩下了核心物质，这就是白矮星。
由于白矮星依靠电子简并压力进行支撑，其具有极端的高密度，而体积并不比地球大多少。
　　尽管如此，科学家们仍然认为这些"僵尸恒星"周围可维持宇宙生命可居住区，满足液态水存在于行星表面，由于白矮星形成时具有极高的温度，其本身却没有能量来源，因此可以不断向外辐射热量，研究人员认为维持液体水温度的过程可达到80亿年之久，而我们的太阳系只有45亿年左右，如果让白矮星将热量全部释放变得寒冷的黑矮星，那么这个时间可能比宇宙的年龄还长，因此白矮星周围的轨道环境应该有足够的时间来诞生宇宙生命，并演化成高级文明。
　　在最新一项的研究中发现，位于白矮星周围可居住区轨道上的行星可获得合适波长的光，可以维持光合作用的进行。
至关重要的是，白矮星周围并不是出现太多有害的紫外线辐射，其能量辐射方式与太阳存在不同之处，而紫外线却可以杀死行星上暴露出来的生命。
　　根据英国公开大学研究人员卢卡福萨蒂（Luca Fossati）和他的同事们通过一项模拟实验发现白矮星周围轨道环境可支持生命的存在。
通过假设轨道上具有一颗类似于地球这样有大气层的行星存在，并模拟白矮星的各种条件，计算出源于白矮星的光达到行星表面时的能量值，尤其是紫外线波段这种损害DNA并可杀死生命的光线，他们发现紫外波段的光线抵达行星时只有地球上生命接受紫外线的1.65倍，从剂量的角度看，是非常接近地球环境的。