太陽變?yōu)榧t巨星后會膨脹到多大？

【專家解說】：當一顆恒星度過它漫長的青壯年期——主序星(main sequence)階段，步入老年期時，它將首先變?yōu)橐活w紅巨星。 稱它為“巨星”，是突出它的體積巨大。在巨星階段，恒星的體積將膨脹到十億倍之多。 稱它為“紅”巨星，是因為在這恒星迅速膨脹的同時，它的外表面離中心越來越遠，所以溫度將隨之而降低，發(fā)出的光也就越來越偏紅。不過，雖然溫度降低了一些，可紅巨星的體積是如此之大，它的光度也變得很大，極為明亮。肉眼看到的最亮的星中，許多都是紅巨星。 在赫-羅圖( Hertzsprung-Russell diagram)中， 紅巨星分布在主星序區(qū)的右上方的一個相當密集的區(qū)域內(nèi)，差不多呈水平走向。 我們來較詳細地看看紅巨星的形成。我們已經(jīng)知道，恒星依靠其內(nèi)部的熱核聚變而熊熊燃燒著。核聚變的結(jié)果，是把每四個氫原子核結(jié)合成一個氦原子核，并釋放出大量的原子能，形成輻射壓。 處于主星序階段的恒星，核聚變主要在它的中心（核心）部分發(fā)生。輻射壓與它自身收縮的引力相平衡。 氫的燃燒消耗極快，中心形成氦核并且不斷增大。隨著時間的延長，氦核周圍的氫越來越少，中心核產(chǎn)生的能量已經(jīng)不足以維持其輻射，于是平衡被打破，引力占了上風。有著氦核和氫外殼的恒星在引力作用下收縮，使其密度、壓強和溫度都升高。氫的燃燒向氦核周圍的一個殼層里推進。 這以后恒星演化的過程是：內(nèi)核收縮、外殼膨脹——燃燒殼層內(nèi)部的氦核向內(nèi)收縮并變熱，而其恒星外殼則向外膨脹并不斷變冷，表面溫度大大降低。這個過程僅僅持續(xù)了數(shù)十萬年，這顆恒星在迅速膨脹中變?yōu)榧t巨星。 紅巨星一旦形成，就朝恒星的下一階段——白矮星進發(fā)。當外部區(qū)域迅速膨脹時，氦核受反作用力卻強烈向內(nèi)收縮，被壓縮的物質(zhì)不斷變熱，最終內(nèi)核溫度將超過一億度，點燃氦聚變。最后的結(jié)局將在中心形成一顆白矮星。 當恒星中心區(qū)的氫消耗殆盡形成由氦構(gòu)成的核球之后，氫聚變的熱核反應(yīng)就無法在中心區(qū)繼續(xù)。這時引力重壓沒有輻射壓來平衡，星體中心區(qū)就要被壓縮，溫度會急劇上升。中心氦核球溫度升高后使緊貼它的那一層氫氦混合氣體受熱達到引發(fā)氫聚變的溫度，熱核反應(yīng)重新開始。如此氦球逐漸增大，氫燃燒層也跟著向外擴展，使星體外層物質(zhì)受熱膨脹起來向紅巨星或紅超巨星轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化期間，氫燃燒層產(chǎn)生的能量可能比主序星時期還要多，但星體表面溫度不僅不升高反而會下降。其原因在于：外層膨脹后受到的內(nèi)聚引力減小，即使溫度降低，其膨脹壓力仍然可抗衡或超過引力，此時星體半徑和表面積增大的程度超過產(chǎn)能率的增長，因此總光度雖可能增長，表面溫度卻會下降。質(zhì)量高于4倍太陽質(zhì)量的大恒星在氦核外重新引發(fā)氫聚變時，核外放出來的能量未明顯增加，但半徑卻增大了好多倍，因此表面溫度由幾萬開降到三、四千開爾文，成為紅超巨星。質(zhì)量低于4倍太陽質(zhì)量的中小恒星進入紅巨星階段時表面溫度下降，光度卻急劇增加，這是因為它們外層膨脹所耗費的能量較少而產(chǎn)能較多。 預(yù)計太陽在紅巨星階段將大約停留10億年時間，光度將升高到今天的好幾十倍。到那時候，太陽吞噬掉離太陽最近的二顆行星,分別是水星 金星,地球地面的溫度將升高到今天的兩三倍，北溫帶夏季最高溫度將接近100℃,赤道的海水也處于沸騰蒸發(fā)狀態(tài)。