新金属丰度证明太阳寿命比我们预计还要短10亿年？

低金属度恒星比高金属度恒星消耗更快，因此太阳的寿命可能更短。

跟所有鼎盛时期的恒星一样，太阳释放巨大的能量主要依靠氢原子聚变成氦气分子的过程。但控制着太阳命脉的却是其中高度聚合的微量重元素，也就是科学家们所说的金属元素。

图片来自NASA

瑞典斯德哥尔摩大学物理学家Sunny Vagnozzi主要研究太阳的“金属性”，他说：“即使一小部分金属也足以完全改变恒星的行为，恒星中金属含量越高，它就越不透明（因为金属吸收辐射），它的不透明程度又与它的大小，温度，亮度，寿命和其他关键特性有关，所以通过金属性基本可以确定恒星将如何死亡。”

太阳的金属性，除了能描述它自己的“人生故事”之外，亦被当做测量其它恒星金属性的标尺，用以衡量恒星，星系以及一切星体的年龄，温度和其他性质。澳大利亚国立大学的天体物理学家Martin Asplund说：“如果太阳作为标准的相关性能改变了，那么我们对宇宙的认知也会随之改变。所以了解太阳的化学组成是非常重要的。”

然而，如何对太阳的金属性进行测量又引发出更多的问题亟待解决。Vagnozzi表示，如果天文学家无法解决这个被称为太阳金属度，或太阳能丰度、太阳成分或太阳模型的谜题，表明他们对太阳的理解可能存在“根本性的错误”，由此对所有恒星的理解都可能存在“巨大的错误” 。

二十年前，天文学家对太阳进行了属性研究，不论是直接或间接的方式都显示太阳的金属含量大约在1.8%，这个吻合令他们相信他们不仅了解了太阳的尺度，还明白了太阳运行的方式。但是在20世纪，随着对太阳光谱日益精确的测量（这是一种通过每个元素在光谱中创造出不同的吸收线来直接测量太阳成分的方式），都显示太阳的金属含量低于1.3%。但与此同时，基于日震学测量（一种竞争性方法，通过不同频率的声波在太阳内部的传播方式来间接推断金属度），显示金属含量仍在1.8%左右。

如果要将天文学家的理论认可为标准的太阳模型，那光谱学和日震学的测量结果需要一致才行。天文学家可以通过日震学的测量数据，即辐射让位于对流的量确定太阳中重要边界层的深度，这个深度与太阳的不透明度有关，因此也与金属性有关。这个计算结果应该与光谱学的直接测量结果一致，然而事实却非如此。

作为精确光谱学测量背后团队的领导者，Asplund说：“这不仅是天文物理学的问题，更是整个天文学领域的延伸。要么是天文学家不了解如何用光谱学方法测量恒星元素丰度，要么是我们对恒星内部构成以及它们如何震荡的了解都是不完整的。但无论是哪一种可能，都会伴随着巨大的影响，因为探索恒星是探索宇宙的基础，恒星天体物理学为现代天文学和宇宙学提供了许多基础。”

耶鲁大学太阳天体物理学家Sarbani Basu说，经过多年的讨论，可能包括太阳暗物质在内的许多猜想都是错的，争论已经进入某种僵局，但也不是完全没有希望了。近期，太阳散射出的太阳中微子又为金属丰度的测量工作带来一线曙光。不同的核聚变反应产生不同的太阳中微子，因此这些粒子也极可能携带着有关太阳成分的信息。不久前在德国海德堡举行的一次会议上，位于意大利Gran Sasso国家实验室的Borexino报告称太阳中微子的探测结果略微偏向于对太阳金属度的1.8％的估计。

如果这个高金属度的结果是正确的，那Asplund和他的合作者光谱学的测量方法究竟存在什么问题？“如果问题出在光谱学这个方法本身，那么我们在分析其他恒星时可能也产生了类似的错误，”他说，这将影响对包括银河系在内的许多星系中恒星的化学演化的解释。

但是Asplund依然坚持他1.3%的光谱学测量结果，他指出，2015年发表在Nature的一项研究结果表明，当太阳的中心处于高压状态时，可能会呈现高于正常值的不透明度。因此，如果校正了太阳模型的误差，日震学和中微子测量方法的结果也许也会回降至1.3%。

在接下来的几年，Borexino团队计划探测CNO循环中产生的稀有太阳中微子，这是一种在阳光下的聚变反应——碳，氮和氧原子作为催化剂将氢气融合成氦气。Borexino的合作成员，马萨诸塞州阿默斯特大学的物理学家Andrea Pocar说道：“CNO中微子受到金属性的影响极大，因此测量这些中微子得到的结果是具有决定性的。”

如果最后结果证明，太阳的金属丰度确实是1.3%，这说明原本1.8%的标准太阳模型确实错了。Asplund说：“这一结果可以说将影响整个天文学领域，因为对恒星演化的准确理解几乎是我们所做的一切研究的基础。”我们对恒星和星系的年龄估计的修正幅度将达10%~15%。

然而，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更快，因此我们的太阳寿命比我们预计的可能还要短10亿年（太阳是一颗黄矮星，黄矮星的寿命大致为100亿年，目前太阳大约45.7亿岁。）。

点击https://www.quantamagazine.org/what-is-the-sun-made-of-and-when-will-it-die-20180705/

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