50億年後，地球就會被紅巨星吞噬，但太陽為甚麼會膨脹成紅巨星？

雖然太陽伴隨着整個人類文明史, 但人類直到上世紀初才知道了太陽的能量來自於氫元素核聚變反應。 在劉慈欣的科幻小說《流浪地球》和《危機猿》中, 太陽膨脹是一切災難的起源, 而現實世界中的太陽在晚年也會膨脹成紅巨星, 吞噬火星軌道以內的所有天體。 那麼太陽爲什麼要膨脹呢? 這個問題要從太陽的本質說起。 首先我們要明白,太陽內部的物理反應並不複雜, 就是單純的氫元素核聚變。 但太陽的核聚變反應和氫氮的核聚變反應相比, 有一個最大的不同, 那就是太陽核聚變反應能維持100億年, 而氫氮在一瞬間就會炸開。 太陽能夠持續核聚變的祕訣在於其巨大的質量, 在太陽質量佔太陽系總質量99.86%的情況下, 太陽每秒鐘都有數百萬噸的質量完全化爲能量, 但這些能量的外向力與恆星外殼在引力作用下坍塌的內向力, 形成了平衡關係。 這種平衡讓太陽既不會像氫氮一樣炸開, 也不會在萬有引力作用下坍塌, 但輻射壓與引力的平衡並不會永久存在。 因爲太陽內部的氫元素是有限的, 隨着時間的流逝, 越來越多的氫元素化作能量被釋放到太空後, 由內而外的輻射壓就會減少, 太陽的外殼將在引力作用下向心坍塌, 此時太陽的體積就會變小, 但因爲太陽外殼也是由氫元素構成的, 而且外殼的坍塌還會讓內核的溫度和壓力進一步升高, 所以恆星外殼的氫元素在進入內核後, 馬上就會增強核聚變反應, 此時由內而外的輻射壓就又會增強, 輻射壓增強意味着萬有引力將不再是輻射壓的對手, 所以太陽體積將終止縮小, 轉而在輻射壓的推動下急速膨脹, 最終讓太陽離開主續星階段, 膨脹成一顆紅巨星, 所以說太陽的體積的變化歸根結底就是 輻射壓和萬有引力的博弈, 輻射壓超過引力太陽就會膨脹, 小於引力太陽就會收縮, 根據恆星物理學家的研究, 輻射壓與萬有引力的拉鋸戰將發生在太陽生命的最後10億到20億年間, 但地球人類是撐不到那個時候的, 因爲在拉鋸戰打響之前的日子裏, 太陽光度每1.1億年就會增強1%, 21年後太陽亮度就將提升1%, 地球表面的液態水到時也就不復存在了, 太陽膨脹成紅巨星的過程就是太陽最後的輝煌, 因爲紅巨星時代的太陽內部氫元素已經捉襟見肘了, 不長的時間過後, 氫元素消耗完畢的紅巨星將無法產生足夠的輻射壓來對抗萬有引力, 所以紅巨星外殼到那個時候會發生坍塌, 其體積也將在這個過程中急速變小, 當大量的外殼物質坍塌向已經幾乎不存在的氫元素的內核後, 內核的溫度和壓力就會達到讓氦元素核聚變的水平, 只不過氦元素和氫元素相比消耗速度非常大, 因此氦聚變很快就會停止, 而當氦聚變停止之後, 唯一剩下的就只有紅巨星的核心白矮星, 以及由恆星殘餘物質組成的極其稀疏的行星狀星雲, 白矮星作爲太陽最後的靈魂, 體積極小密度極大, 1立方厘米的白矮星質量就高達10噸左右人, 密度如此之高的白矮星是由原子核與原子核緊密堆砌在一起形成的, 這意味着它不可能發生任何核聚變反應, 只能靠高溫輻射來發光發熱, 天文學家認爲由於白矮星沒有外部能量來源, 所以它早晚會因爲輻射而冷卻下來, 成爲一顆不發光也不發熱的黑矮星, 但以白矮星的輻射釋放速度, 它需要數百億年甚至上千億年的時間纔會冷卻成黑矮星, 而宇宙誕生不過138.2億年, 所以目前宇宙中是不存在黑矮星的, 從一團稀薄的星雲坍塌成一顆黃矮星, 再在輻射壓的驅動下膨脹成紅巨星, 再在引力作用下坍塌成白矮星, 然後再隨着輻射慢慢變成一顆地球大小不發光不發熱的黑矮星, 以上就是太陽的一生, 而人類文明能不能陪跑到底, 目前還是一個未知數。