太阳最终要变成红巨星

 
   当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星(main sequence)阶段,步入老年期时,它将首先变为一颗红巨星
称它为“巨星”,是突出它的体积巨大。在巨星阶段,恒星的体积将膨胀到十亿倍之多。
称它为“红”巨星,是因为在这恒星迅速膨胀的同时,它的外表面离中心越来越远,所以温度将随之而降低,发出的光也就越来越偏红。不过,虽然温度降低了一些,可红巨星的体积是如此之大,它的光度也变得很大,极为明亮。肉眼看到的最亮的星中,许多都是红巨星。
在赫-罗图( Hertzsprung-Russell diagram)中, 红巨星分布在主星序区的右上方的一个相当密集的区域内,差不多呈水平走向。
我们来较详细地看看红巨星的形成。我们已经知道,恒星依靠其内部的热核聚变而熊熊燃烧着。核聚变的结果,是把每四个氢原子核结合成一个氦原子核,并释放出大量的原子能,形成辐射压。
处于主星序阶段的恒星,核聚变主要在它的中心(核心)部分发生。辐射压与它自身收缩的引力相平衡。
氢的燃烧消耗极快,中心形成氦核并且不断增大。随着时间的延长,氦核周围的氢越来越少,中心核产生的能量已经不足以维持其辐射,于是平衡被打破,引力占了上风。有着氦核和氢外壳的恒星在引力作用下收缩,使其密度、压强和温度都升高。氢的燃烧向氦核周围的一个壳层里推进。
这以后恒星演化的过程是:内核收缩、外壳膨胀——燃烧壳层内部的氦核向内收缩并变热,而其恒星外壳则向外膨胀并不断变冷,表面温度大大降低。这个过程仅仅持续了数十万年,这颗恒星在迅速膨胀中变为红巨星。
红巨星一旦形成,就朝恒星的下一阶段——白矮星进发。当外部区域迅速膨胀时,氦核受反作用力却强烈向内收缩,被压缩的物质不断变热,最终内核温度将超过一亿度,点燃氦聚变。最后的结局将在中心形成一颗白矮星。
当恒星中心区的氢消耗殆尽形由氦构成的核球之后,氢聚变的热核反应就无法在中心区继续。这时引力重压没有辐射压来平衡,星体中心区就要被压缩,温度会急剧上升。中心氦核球温度升高后使紧贴它的那一层氢氦混合气体受热达到引发氢聚变的温度,热核反应重新开始。如此氦球逐渐增大,氢燃烧层也跟着向外扩展,使星体外层物质受热膨胀起来向红巨星或红超巨星转化。转化期间,氢燃烧层产生的能量可能比主序星时期还要多,但星体表面温度不仅不升高反而会下降。其原因在于:外层膨胀后受到的内聚引力减小,即使温度降低,其膨胀压力仍然可抗衡或超过引力,此时星体半径和表面积增大的程度超过产能率的增长,因此总光度虽可能增长,表面温度却会下降。质量高于4倍太阳质量的大恒星在氦核外重新引发氢聚变时,核外放出来的能量未明显增加,但半径却增大了好多倍,因此表面温度由几万开降到三、四千开尔文,成为红超巨星。质量低于4倍太阳质量的中小恒星进入红巨星阶段时表面温度下降,光度却急剧增加,这是因为它们外层膨胀所耗费的能量较少而产能较多。
    太阳变成红巨星那时,大概要40亿年
恒星演变到主序星阶段末期时,除了外壳部分,它内部的氢基本上已经转化成氦而使热核反应停止。这时,恒星的中心部分就会在引力的作用下发生收缩,并且释放出巨大的能量,从而使外壳急剧膨胀,整个恒星便像气球一样被吹大了。外壳的膨胀使恒星的表面积增大,表面温度降低,而总发光量增加。这样,它就变成了一颗亮度大温度低的红色星--红巨星。
在红巨星的内部,虽然氢已经基本耗尽,但由于内部收缩使温度升得更高了,于是又开始了氦聚合反应,它内部便又开始燃烧起来,并且能维持很长的时间。预计太阳在红巨星阶段将大约停留10亿年时间,光度将升高到今天的好几十倍。到那时候,地面的温度将升高到今天的两三倍,北温带夏季最高温度将接近100℃。 

参宿四

猎户座亮星极多,其中最著名的就属参宿四(betelgeuse),它是红超巨星,半径在太阳的700倍到1000倍间变化,如果把它放在我们的太阳这个位置,外围将超过木星。而半径的变化使得它的光度也跟著变化,亮度会在0.4至1.3间变化。它距离我们约500光年,因为又近又大,使它成为除了太阳之外,人类首度能解析出表面大小的恒星。参宿四已走入生命末期,推测在未来数百万年中,可能变成超新星。

毕宿五

学名金牛座α。位于金牛座V字形的顶点。毕宿五是黄道附近的所谓“四大星王”之一。毕宿五距我们大约65光年,直径是太阳的45倍,属红巨星。  
  恒星在发光几亿到几十年后,中心内部的氢含量将消耗殆尽,由于热核反应的能量供应不足,恒星整体开始收缩,收缩使温度增高,紧贴在核心外面的薄层开始氢聚变为氦的热核反应,这时外层温度增高,体积逐渐变大,膨胀时,恒星的最外层变冷,并发出红光,最后生成“红巨星”。 红巨星的体积很大,它的半径一般比太阳大100倍,红超巨星参宿器的半径约为太阳的900倍,比火星绕日轨道半径大得多。食双星仙王座VV(英语字母)中的红超巨星半径约为太阳半径的1600倍,比木星绕日轨道半径还大。   

参考影视:
大爆炸后太阳的形成和毁灭
红巨星的发现
太阳最终要变成红巨星