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当白矮星“顶替”了太阳的位置之后,行星会抛弃太阳而去吗?

当太阳变成白矮星后,太阳系的局势将会如何变化?

据科学家估计,太阳的寿命只剩下一半的时间,大约50亿年左右。50亿年后太阳将发生翻天覆地的的变化,这是一种死亡,也是一种重生,而太阳的结局是最终会变成一颗白矮星!

当白矮星“顶替”了太阳的位置之后,行星会抛弃太阳而去吗?

然而在成为白矮星之前,太阳将经历一个红巨星阶段,在此期间它将扩展到水星和金星的轨道之外。由于太阳将失去质量,地球的轨道将变得更大,足以使它在这一阶段生存下来,只不过这时候它的表面已经被恐怖的温度覆盖了。

当然,从现在起至少50亿年后,如果我们能幸存下来,我相信我们将开发出技术,继续在地球或火星(唯一两个幸存的岩石行星)上运行。我们也将有可能应对气态巨星的卫星,甚至可以在恒星间移动。毕竟,50亿年是智人生存时间的几千倍,是书面历史的数百万倍。

太阳系的的演变局势

事实上地球正以每年15厘米的速度缓慢地远离太阳,这是由于潮汐力从太阳释放出角动量,并通过将太阳移得更远而将其转移到地球上。当太阳变成红巨星时,,由于质量的消失导致地球的轨道远离太阳数亿公里。因此,行星的轨道实际上在几十亿年里是极其混乱的。

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如果地球和外行星能够生存到太阳垂死的最后一刻,将其质量减半,形成行星状星云,那么这些行星将漂移到黑暗的太空中,永远成为黑暗中的一员。还有一种可能是,在最外围的天王星和海王星将离开太阳系中,而木星将与死太阳保持锁定。如果有足够的时间,与其他大型引力物体的相互作用很可能会将大多数行星从我们环绕太阳运行的轨道上弹出。

归根结底,行星的轨道是不可预测的,一旦恒星死亡,行星会飘到哪里取决于太阳减半质量的时间、大小和速度。这对太阳系最终的样子以及行星从轨道上被弹出的可能性有很大的不同。

“死亡”的太阳

太阳死亡经历剧烈变化。它的半径将增加大约230倍,它将损失几乎一半的当前质量,它的亮度将达到峰值,大约是当前值的4000倍。太阳将变得如此之大,以至于它的半径将超出地球目前所处的位置。这些重大变化将分两个阶段进行。红巨星分支阶段将持续约800myr。在这段时间内,太阳将逐渐失去大约四分之一的质量。第二阶段,当太阳变成一个渐行的巨型分支恒星时,速度更快,持续时间仅为5 Myr。在这期间,太阳质量的四分之一将消失。在这两个阶段,太阳的半径将延伸到几乎地球的距离。对太阳系内部的影响将是深远的。

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当太阳坍缩成红巨星后,它将作为一颗亚巨星反弹,太阳将重新成为一颗拥有双重能量源的恒星:它将拥有一个致密的碳氧核心,周围是一个氦燃烧成碳的壳层,在这个壳层之外,它将有另一个壳层氢燃烧成氦。氦熔合每千克产生的能量只有氢熔合的9%,因此从能量角度看,太阳仍然主要是一个氢反应堆。它90%的亮度仍然来自燃烧的氢气。

然而,正是围绕着核心的氦决定了太阳将如何演化。太阳或多或少地重复了它作为一颗老化的主星序恒星所做的事情,只是现在它的核心是一个碳-氦混合物,而不是一个氦-氢混合物。在一段时间内,它作为一颗橘黄色的“亚巨星”在新的化身中达到了相对的稳定性并保持了流体静力平衡。因此,处于这一阶段的恒星有时被称为“氦主序列”。

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为了维持其亚巨星的生活方式,太阳必须以比原来氢原子核快100倍的速度撕碎氦核中的燃料。仅仅在氦主序列上运行了一亿年之后,太阳将再一次开始向红巨星的领域攀升,原因和之前一样。太阳第一次以红巨星的身份出现的趋势是不可阻挡的,当时太阳的核心被挤压成白矮星密度时,而外层的直径却达到了千万公里。太阳又变成了一个红巨星,这一次它的峰值亮度超过3000光度。它的外层向外吹得越来越远,超出了木星的轨道,即使它的电子退化核心迅速变得更大,也因此变得更小、更密集。

在间隔约10万年的四五次大爆发中,太阳外层将与核心分离,并被完全吹走。它们将在太阳系周围形成一个巨大的、不断膨胀的壳层,并向外移动,与星际气体重新会合。大约45%的太阳质量会以这种方式逃逸。剩下的55%的太阳质量很快就被压缩到了白热的、超致密的核心。对于从远处观察太阳的人来说,当太阳周围的气态面纱被掀开时,太阳看起来会迅速地从红色变为白色。

当白矮星“顶替”了太阳的位置之后,行星会抛弃太阳而去吗?

灼热的太阳核心暴露在外的表面将非常热,至少有17万K°,它将发射比可见光更多的x射线。此时的太阳将成为一个真正具有银河系地位的辐射源,它的能量像一个巨大的霓虹灯一样照亮周围逃逸的气体。

行星们的变化

而除了太阳的变化以外,类地行星可能会在稳定的轨道上运行,而水星和金星将被吞没,地球将处于生存的边缘。火星将被烤焦,但应该存活下来,因为它可以逃脱太阳潮汐的吸引。半径在100米到10公里之间的小行星带组成部分将被旋转到破裂速度。

然而,对这些巨型行星的影响并不大,木星、土星、天王星和海王星的半长轴将各增加约两倍,且不会发生散射或不稳定,不过木星大气层的化学成分会发生根本性的改变。巨大行星的偏心率将有效地保持不变,因为它们位于绝热极限内,超过这个极限恒星的质量损失会改变偏心率和半长轴。

当白矮星“顶替”了太阳的位置之后,行星会抛弃太阳而去吗?

至于太阳,如果没有外层来为它提供更多的氢,它只能维持其星云的华丽外表仅仅几千年,按照银河系的标准,这个时间相当短。最后的燃料残渣将最终燃烧殆尽,太阳将在120多亿年里第一次停止产生能量。星云会消散和消失。太阳已经变成了一个白矮星,比地球稍大一点,但质量是地球的20万倍,在未来的数十亿年里,它所要做的就是慢慢冷却下来。

由于其巨大的密度,白矮星冷却所需的时间是如此之长,最终成为银河系产生的100亿颗左右的白矮星的一份子,但是无论多么暗淡,它仍在闪耀。

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