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在地球上，生命的生存、繁衍和进化已经存在了数十亿年，这都得益于一直给地球提供能量的太阳。由于地球和太阳的距离不远也不近，所以地球拥有合适的温度来孕育生命。 然而，如果太阳明显更冷或更热，地球将会失去宜居性。如果没有合适的太阳能量输入，地球生命将是不可能的。我们的太阳包含了99.86%的太阳系质量，但太阳每天都在变轻。经过足够的时间之后，太阳的变化将会使地球变得不适宜居住。 当太阳系最初形成时，一大块质量通过引力吸引越来越多的物质，形成了一个不断增长的原恒星。然后，在原恒星周围形成了一个原行星盘，其中存在着太阳系未来行星的种子。随后，两种力量之间展开了一场竞争：万有引力——增长原恒星和原行星，辐射——来自外部恒星和年轻太阳的核聚变。 当辐射最终胜出时，太阳和行星就不能再生长了，而继续下落的物质会被吹走，最终形成我们的现代太阳系。 这标志着我们的太阳系达到了最大的质量，这也标志着我们的太阳能量最低。从这一点开始，通过核聚变反应制造能量，太阳的质量只会越来越小，而它所释放的能量只会上升。不过，这是否存在矛盾呢？因为质量越大的恒星，应该是更热更亮才对，究竟哪里有问题呢？ 事实上，只有两个互相结合的因素决定了恒星的温度。考虑到恒星的能量来自于较轻元素的核聚变，我们可以列举出恒星释放能量的原因： （1）恒星的核心温度，因为更高的温度意味着每个粒子的能量更多，当两个粒子碰撞时，发射核聚变的可能性更大。 （2）核聚变区域的大小，因为能够发生核聚变的区域越大，在相同的时间内会导致更多的核聚变反应。 对比两颗不同的恒星，质量越大的恒星就会达到更高的核心温度，并且拥有一个更大的核聚变区域。但如果只单独讨论一颗恒星的情况，结果将会有所不同。 太阳在核聚变过程中，通过把氢聚变成氦，从而获得能量，质子-质子链反应是太阳获得能量的主要方式。由于最终产物（氦-4）的质量比最初的反应物（4个质子）更低，根据爱因斯坦的E=mc^2，减少的质量将会转化成能量。据估计，大约有0.7%的质量转化为能量。 随着核聚变反应的进行，太阳的质量慢慢下降。核心区域产生的能量被传送到表面，而产物氦因为较重会进一步沉入到中心区域。 但在这些温度下，中心的氦无法核聚变，因此在氦富集的区域，每单位体积的核聚变就会减少。如果没有核聚变，辐射就会更少，所以氦富集的区域会在自身重力作用下开始收缩。但是引力收缩会释放出能量，这意味着有很多热量/热能会被转移到外面。 因此，随着氦的富集，太阳的内部温度将会上升，而核聚变可能发生的区域将会向外扩张。总的来说，核聚变的速率和核聚变发生的体积会随时间的流逝而增加。因此，随着年龄的增长，这会导致太阳（以及所有类似太阳的恒星）的能量输出会随之增加。 与此同时，被传送到太阳表面的能量不仅会导致光的发射，还会导致太阳光球层上的一些松散粒子脱离太阳。电子、质子、甚至更重的原子核都能获得足够的动能，从太阳喷射出来，形成一股被称为太阳风的高能粒子流。这些带电粒子会传播到整个太阳系，绝大部分都将会完全脱离太阳系，其中少数最终会撞击到行星的大气层，从而导致我们在地球上看到的极光。 在过去的46亿年里，太阳变得越来越热，但质量也越来越小。随着时间的推移，太阳风大致是恒定的。偶尔会有耀斑和大规模的喷射，但它们几乎不会影响到太阳质量的整体下降速度。类似地，太阳的核聚变能量输出在其历史过程中增加了大约20%，但这也是一个小因素。 根据太阳风和核聚变，我们就能算出太阳每一秒所减少的质量。由此，我们还可以推断出太阳自诞生以来在整个历史中失去了多少质量。 太阳风每秒能带走大约160万吨的质量，即16亿千克/秒。每各1.5亿年的时间，太阳由于太阳风将会失去一个地球质量。因此，到目前为止，太阳风带走了30个地球质量。 然而，太阳从核聚变中失去的质量比这还要多。太阳的能量输出是相对稳定的4×10^26瓦，这意味着它每秒钟会把大约400万吨的质量转化为能量。从核聚变中，太阳每秒钟损失的质量比太阳风高了大约250%。在过去的46亿年里，太阳由于核聚变已经损失了大约95个地球质量，或者相当于土星的质量。 随着时间的推移，太阳失去的质量将会进一步增加，特别是当它在50亿年后进入红巨星阶段时。但即使在这个相对稳定的速率下，氦元素在太阳核心的积聚意味着地球会被加热到更高的温度。在大约10到20亿年之后，太阳将会变得足够热，地球的海洋将完全蒸发掉，地球表面将无法存在液态水。 当太阳变得越来越轻时，它反而会变得越来越热。照这么计算，现在的地球已经已经用了大约四分之三的宜居时间。当太阳继续失去质量时，人类和地球上的所有生命都接近它不可避免的命运。但相信，遥远未来的人类拥有足够强大的科技来面对这些问题。 |
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