太阳什么时候会消亡？根据它的主要组成元素，科学家们给出了答案

太阳跟其它正处于鼎盛时期的恒星一样，主要组成元素是氢原子。由两个氢原子组成氦，在组成的过程中释放出巨大的能量。真正控制太阳命运的是它微量的重元素（天文学家称之为金属），瑞典斯德哥尔摩大学研究太阳“金属性”的物理学家桑尼·瓦格诺齐( Sunny Vagnozzi)解释说：“即使是极少量的金属也足以完全改变恒星的行为，金属性基本上也告诉你这颗恒星将如何死亡”。一颗恒星的金属成分越多，它就越不透明，因为金属会吸收辐射。而不透明程度又与其温度、大小、亮度、寿命和其它关键特性有关。

根据太阳的金属丰度，除了可以揭开其自身故事之外，其它恒星的金属丰度也能根据太阳的数据进行校准，从而有助于校准其它星系、恒星的温度、年龄和其它关键特性。澳大利亚国立大学的天体物理学家马丁·阿斯普伦德( Martin Asplund)说：“如果我们改变太阳尺度，自然也就意味着我们对宇宙的理解必须改变。因此，准确了解太阳能化学成分非常重要。”

然而，对太阳金属丰度的精准测量难点太多。根据瓦格诺齐的说法，如果天文学家无法解开太阳金属丰度、太阳丰度、太阳组成或太阳建模等各种问题的谜团，这将表明他们对太阳的理解可能存在根本性错误，从而对其它恒星的理解都存在问题。那将是巨大的损失。

二十年前，天文学家们认为对太阳有了充分的了解。间接方法和直接方法都测量出太阳大约为1.8%的金属，正是因为这数据的重合，使得他们相信已经充分了解了太阳的长度和太阳的工作原理。然而随着技术的进步，天文学家们对太阳光光谱的测量越来越精确。对太阳的成分也有了更充分的了解，根据太阳的每个元素在光谱中产生明显的吸收线表明，太阳的金属丰度比之前的结果低得多，仅为1.3%。与此同时，根据日震学，不同频率的声波在太阳内部传播的间接性方法来推断，结果却仍为1.8%。

假设一名被称为“标准太阳模型”的天文学家的太阳理论是正确的，那日震学和光谱学得出的结果应该是一致的。也就是说，天文学家应该能够使用日震学测量来计算太阳中辐射让位于对流的重要边界层的深度。根据方程，这个深度与太阳的不透明度有关，因此与它的金属丰度有关。这一系列计算应该预测出与光谱仪直接从阳光测量的金属丰度相同的值。但这次的测量结果却完全不同。

领导精确光谱测量团队的 Asplund 说：“这不仅是太阳物理学的问题，也是整个天文学的问题”，“要么天文学家不了解如何使用光谱仪测量恒星的元素丰度，要么我们对恒星内部及其振荡方式的理解是不完整的，”Asplund 说：“无论哪种方式，它都会产生重大影响，因为恒星是宇宙的基本探测器，而恒星天体物理学为现代天文学和宇宙学提供了大部分基础。”

耶鲁大学太阳天体物理学家萨尔巴尼·巴苏( Sarbani Basu)表示，在讨论了多年可能出现的问题后——包括对太阳中暗物质的猜测辩论已经“有点僵持” ，但还有希望能破解。根据太阳发出的短暂粒子（太阳中微子），就给出了关于太阳金属丰度的微弱暗示。因为不同的核聚变反应会产生不同能量的太阳中微子，因此粒子携带有关太阳成分的信息。之前在德国海德堡举行的一次会议上，意大利格兰萨索国家实验室的 Borexino ，实验报告了对太阳中微子的检测，根据这些中微子监测结果，得出太阳金属丰度的 1.8% 估计值。

如果这种高金属度估计确实是正确的，那么这就引发了关于 Asplund 和合作者的光谱测量究竟出了什么问题的问题。Asplund说：“如果问题出在光谱学上，那么我们在分析其他恒星时可能会犯类似的错误”，这将会影响对银河系等恒星和星系化学演化的解释。

但 Asplund 支持他 1.3% 的光谱估计。他指出2015 年《自然》杂志的一项研究表明，在太阳核心的高压条件下，金属可能会增加不透明度，甚至比之前认为的还要多。他说，校正标准太阳模型中的这种差异可以使日震学和中微子对金属丰度的估计降低到 1.3%。

在接下来的几年里，Borexino 团队希望探测到 CNO 循环中产生的稀有太阳中微子，这是一种太阳中的聚变反应，其中碳、氮和氧原子作为将氢聚变成氦的催化剂。马萨诸塞大学阿默斯特分校的物理学家、Borexino 合作项目的成员Andrea Pocar说：“CNO 中微子受金属丰度的影响很大，因此测量这些中微子可能是决定性的”。

如果事实证明太阳实际上只有 1.3% 的金属，这将意味着标准的太阳模型确实存在不透明度错误。这基本上影响了所有的天文学。Asplund 说：“因为对恒星演化的准确理解几乎支撑着我们所做的一切。” 恒星和星系的估计年龄必须修正多达 10% 到 15%。不幸的是，对于太阳本身（以及地球上的未来生命），低金属度恒星比高金属度恒星燃烧燃料的速度更快，因此我们的太阳将比我们想象的早十亿年左右消亡。

作者：Natalie Wolchover

FY：11

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