作者黄湘红段跃初

随着夏天的到来，北半球的气温上升，我们不可能忘记太阳对地球生命的影响有多大。它是我们所有光和热的绝大部分来源，提供足够的能量来维持我们享受的微妙气候平衡。地球上的生命在太阳的影响下进化，并且在时间的推移下，会适应任何变化。然而，适应恒星的奇想绝非易事。太阳可能每天看起来都是恒定的，但让时间延长到数百万甚至数十亿年，事情确实会改变，而且这并不总是好事。

一、太阳的能量之源与演化根基

在其由热核驱动的核心中，太阳熔化大约每秒有7亿吨氢转化为6.95亿吨氦，那缺失的500万吨则被转化为能量（借助每个人喜爱的方程E = mc²）。太阳产生4×10²⁶瓦特的功率 —— 400万亿万亿瓦特。换句话说，我们的恒星在一秒钟内发射的能量足以满足人类总消费大约65万年。

这也足以使我们的星球变暖到目前舒适的地貌。通过使用一些基本的物理原理，可以数学计算出根据太阳的能量发射率，地球应该变暖多少。太阳能量从太阳周围的各个方向流入太空，其中很小一部分（约五亿分之一）被地球截获，使我们的星星变暖。究竟发生了多少变暖有点复杂，取决于来自太阳的实际辐射通量、地球的距离和反射率等。计算这些数字，地球的平均计划温度大约是 -15摄氏度，比水的冰点还要冷。

实际对地球温度的测量，给出一个更温暖的平均值，大约15摄氏度。这种差异之所以存在，是因为空气中的温室气体本质上将太阳的热量捕获，使地球变暖超过了计算的温度。注意，这种变暖主要来自自然温室气体，但我们每年向大气中排放大约400亿吨二氧化碳，显著增加了变暖效应。这种增加发生在过去的一个世纪左右，这个时间尺度太短，无法从太阳那里看到任何变化；地球当前的气候变化全是我们的。

但太阳的能量产生确实会显著变化，这历经了数亿年之久。在核心生成的氦是惰性的，不妨将其视为核聚变产生的“灰烬”。它逐渐沉淀在太阳的中心部位（每秒以6.95亿吨的速度累积）。随着质量的增加，它还会受到其上太阳各层巨大重力的挤压，从而发生压缩。物理学的一条基本定律是，压缩气体会使其升温，因此尽管聚变速率基本保持不变，太阳的核心仍在逐渐缓慢升温 —— 这意味着太阳自身的亮度在逐渐增强。

二、太阳演化对地球的早期影响

如果我们将时钟向前推一两亿年，我们会发现灾难。随着太阳变得更加明亮，它将首先使地球的温度升高如此之高，以至于我们将失去大气中的所有水蒸气，然后，最终地球上所有的地表水，我们的海洋将会蒸发。这种全球性的干燥现象相当明确地给地球上的所有生命设置了一个停止标志。不过，聊以慰藉的是，这种情况要到30亿年后才会发生。

三、太阳变为红巨星的过程与影响

在此之后，太阳核心的反应变得非常复杂。但最大的影响是，我们的恒星的能量输出最终会大幅增加。所有这些能量都会被倾倒在太阳的外层。当你加热气体时，它会膨胀，所以太阳会膨胀到巨大的比例 —— 现在宽度的100到150倍。同时，它的表面温度会下降，所以它变得更红，尽管它辐射的能量比现在强2400倍，这将太阳变成一颗红色的巨星。

太阳会非常大，事实上，它会消耗水星和金星。地球可能逃脱这种命运，天文学家们争论着不断膨胀的太阳是否会到达地球。目前的情况是，事情看起来不太好。即使地球真的存活下来，也不会很漂亮。地球的温度将达到1300摄氏度，热到足以融化铅。白天，地球表面的岩石会融化，地球将变成一个熔岩世界。此外，当地球变得如此炎热时，我们的地球也会失去大气层到太空中。

四、行星们的不同结局

（一）类地行星

水星和金星由于离太阳太近，当太阳膨胀为红巨星时，它们几乎肯定会被太阳直接吞噬，在高温的太阳等离子体中瞬间气化，彻底消失在太阳系的版图中。

地球的命运则充满争议。一方面，随着太阳质量的损失，其引力减弱，地球轨道会有向外漂移的趋势；另一方面，太阳外层大气的拖拽作用以及与其他行星复杂的引力相互作用，又可能使地球轨道发生难以预测的变化，甚至有被太阳吞没的风险。即便地球侥幸未被吞噬，其表面也将变成一片炼狱，海洋蒸发，岩石熔化，生命荡然无存 。

（二）巨行星

木星目前的温度为寒冷的 -110摄氏度，当太阳变成红巨星，其温度将升高到超过300摄氏度。其冰冷的卫星将融化并开始沸腾。木星自身可能会因为太阳辐射的增强，内部物质状态发生一些改变，其大红斑等特征或许也会因能量环境的变化而产生新的动态。

土星与木星情况类似，其标志性的光环系统也可能受到太阳辐射和温度变化的影响，环中的冰质颗粒可能会升华、蒸发，改变光环的结构和亮度 。

天王星和海王星距离太阳较远，虽然它们受到太阳变为红巨星的影响相对较小，但太阳辐射增强仍会使它们的温度有所上升。其表面的冰层可能会有一定程度的融化，大气中的化学成分也可能因为能量的输入发生化学反应，改变大气的组成和外观 。

（三）矮行星

冥王星在太阳变成红巨星时，距离太阳的距离大约是地球现在的50倍。其表面温度大约为零下10摄氏度。冥王星上有大量的冰冻甲烷和二氧化碳，这些冰可以汽化，可能提供足够的热量保持，使这个小小的世界至少有些舒适，即使不完全适合居住。但随着太阳进一步演化成白矮星，失去主要热源的冥王星将再次陷入极度寒冷之中 。

五、太阳的后续演化与行星的最终命运

太阳吹走它的外层，核心暴露在太空中，变成了天文学家所说的一个白矮星。虽然热得令人难以置信，但地核只有地球那么大，小到几乎无法为行星提供热量。它们再次冷却，最终远低于任何生物有用分子的冰点。

随着太阳变成白矮星，其行星系统会比现在大几乎一倍，因为太阳将失去约40%的质量，其中大部分将在变成形成白矮星的过程中的美丽行星星云，行星的轨道将相应地扩大约85%，行星们将围绕着白矮星运行在近乎圆形的轨道上。但这并不意味着行星的最终安稳，来自其他恒星的引力干扰可能会打破这种平衡。在某些情况下，一颗擦身而过的恒星甚至会偷走一颗轨道非常远的行星。模拟显示，大约300亿年内，可能会有一颗恒星从几百个天文单位的范围内经过，引发太阳系行星的不稳定运动，这种不稳定性比太阳系历史早期发生的不稳定要强烈得多，会导致行星之间的引力散射，最终把所有剩余的行星抛射出去，只有一颗除外，行星之间的引力磕碰会给每颗行星（除了一颗）带来足够的轨道能量，从而被发射到星际空间，成为自由漂浮的行星 。

六、人类的未来在哪里？

如果这里有什么好消息，那就是这一切在数十亿年后不会发生。谁知道那时人类会是什么样子，或者我们是否还会存在？如果我们存在，那么，越来越多的恒星会诞生，它们也会有行星。收拾行李和搬家从来都不好玩，但如果你的房子着火了，没有太多选择。也许我们可以在那里找到其他地球，在那里我们可以安顿，然后这个过程再次开始。

从现在到太阳演变为红巨星的漫长时间里，人类还有诸多挑战需要应对。在接下来的数亿年，随着太阳亮度逐渐增加，地球气候将持续恶化，人类必须发展出先进的气候工程技术来稳定地球环境，或者寻找新的家园。

在太阳系内，火星是目前最有希望被改造为人类宜居星球的候选者。在未来数十亿年里，人类或许可以利用基因技术改造火星本土微生物，释放火星土壤和极地冰盖中的水和二氧化碳，增厚火星大气层，提高表面温度，逐步将火星改造成适合人类居住的环境 。

而在太阳系外，天文学家已经发现了大量的系外行星，其中不乏处于宜居带的类地行星。随着科技的飞速发展，在数十亿年的时间跨度里，人类有足够的时间发展出星际航行技术，如利用光帆技术、核聚变发动机等，前往这些遥远的星球，建立新的文明据点 。

从更长远的宇宙演化角度来看，随着恒星的诞生与死亡，宇宙中的物质和能量分布也在不断变化。人类文明如果能够延续数十亿年，必须学会适应这种变化，利用宇宙中不断出现的新资源，在不同的恒星系统之间迁徙，就像游牧民族在广袤的宇宙草原上寻找新的牧场一样 。

参考文献：When the Sun Becomes a Red Giant, Will Any Planet Be Safe?｜Scientific American JULY 3, 2025

作者黄湘红，教育学硕士，硕士生导师，副教授，湖南省科普作家协会理事，中国天文学会会员，湖南省天文协会理事。

段跃初是中国科普作家协会会员、中国未来研究会会员，曾任发现杂志高级编审，评论之周评价员。

来源: 科普文讯