我們能否為太陽“延年益壽”？

田希子

遙望整個宇宙，人類是如此的幸運，我們生活的地球可能是唯一存在生命的星球。太陽正值壯年，地球和太陽的距離又恰到好處，才有能夠孕育生命的良好環境。

不過，隨著太陽燃料的逐漸減少，它已經走過了自己一半的青春歲月。再過50億年，太陽將會結束自己最后的呼吸，經過超新星爆發后，留下一具尸體——致密的白矮星。

為了延續生命，人類必須想出一些辦法來。那么，我們能否將太陽的壽命延長數十億年甚至上萬億年呢？

方案一：添加燃料

太陽主要由氫和氦組成，氫在太陽內核的高溫高壓下聚變成氦，并釋放出能量。如果太陽快沒燃料了，那就讓我們再加點吧！太陽系有四顆主要組分為氫的氣體巨行星，也許我們可以把它們扔到太陽里？

實際上，這種想法在延長太陽壽命方面適得其反。雖然把這些氣體行星扔到太陽里會給它提供更多的燃料，但是額外的質量會增加太陽內部的引力壓力，引力坍縮釋放能量，導致內核的溫度更高，燃燒速率更快，其實減短了太陽的壽命。如果我們將所有的氣體行星扔向太陽，它的壽命會縮短約3000萬年。當然，放入太陽的質量越多，太陽的壽命就越短。

方案二：減少燃料

如果增加質量會降低太陽的壽命，那么也許我們可以做相反的事情來延長它的壽命——找到一種方法，吸走太陽里所有的氦和大部分的氫。

恒星的質量越小，壽命越長。紅矮星是宇宙中數量最豐富的恒星類型，它們的質量很小，最大也不超過太陽質量的一半，因為核聚變反應比較溫和，壽命也相對較長。最小紅矮星的壽命估計超過5萬億歲，是現在宇宙年齡的350多倍。如果我們將太陽質量變成一顆紅矮星的質量，理論上，它可以存活上萬億年。

然而，這個解決方案有幾個問題。首先，小太陽的紅外輻射少、光照不強，宜居帶要離太陽近很多，因此，我們需要讓地球更接近太陽。然而，即便是我們能找到這樣做的方法，距離恒星太近的行星很容易被潮汐鎖定，在這個過程中，行星只能用一面向著紅矮星。這種現象可能會使地球的一邊變成焦土荒原，另一邊變成貧瘠的苔原。此外，紅矮星的太陽耀斑非常強烈。由于內部核聚變活動比較小，所以它的表面比較冷，導致表面活動性不強，它內部產生的熱量不容易到達表面，必須找到突破口才能噴發出來。在一定的時間尺度上，紅矮星會像火山噴發一樣，發生太陽耀斑現象，地球的磁場也不能幫助我們避開毀滅性的打擊。因此，將太陽縮得太小可能不是一個好主意。

不過，如果我們只提取太陽質量的20%，使其剛好處于G型星（質量在0.8到1.2個太陽質量之間）的下限，就可以避免潮汐鎖定和致命的耀斑問題，同時將太陽的壽命延長6億年。屆時，金星會處于太陽系的宜居帶，地球的生命需要轉移到那里。然而，僅僅延長太陽6億年的生命，也許還不值得我們如此大費周折。

方案三：氦變回氫

在太陽的內核里，氫正在不斷地聚變成氦，直到有一天，氫消耗殆盡，太陽幾乎完全由氦組成。既然我們不能增加質量，也不能減少質量，那么如果我們自己來把太陽的氦分裂成氫，讓它無限期地存活下去呢？

太陽核心的聚變是由質子-質子鏈控制的，6個氫原子（質子）經過一系列的步驟，形成一個氦4原子（2個質子和2個中子）與兩個“新”的質子。如果我們分裂氦4原子，自由的中子會迅速衰變為質子和電子，我們就回到了聚變反應的起點（即6個質子）。如果能找到分裂太陽中心氦4原子的方法，太陽就能一直進行質子與質子的聚變。

然而，在相同質量的情況下，氫核聚變所產生的能量不夠氦核裂變所需要的能量，這也是太陽中心反應不可逆的原因。打破相同質量的氦原子核中粒子間的約束所需的能量，比相同質量的氫核聚變反應釋放的能量高出6%，這意味著：即使我們將氫核聚變產生的所有太陽能用于分裂氦，氦的產生速度還是會稍大于氦分裂的速度，氦還是會繼續累積。因此，如果該方法能夠實現，太陽的壽命可以延長大約1萬億年，而不是無限期延續。

10億年是很長的一段時間，我們不知道在這樣的時間尺度內技術會進步到哪種程度，或者人類會變成什么模樣，也許我們最終有能力延長太陽的生命。大概只有時間能夠為我們解答一切。不過，為了讓智慧生命和星球文化延續，我們還要繼續帶著疑問和想象去探索未知。