太阳何时会灭亡？取决于其中究竟含多少金属元素

像所有处于全盛时期的恒星一样，太阳主要由氢和氦组成。氢原子成对聚合成氦原子，并在此过程中释放大量能量。但是真正决定太阳命运的是其中所含的微量重元素，也就是我们所说的金属元素。

瑞典斯德哥尔摩大学的物理学家桑尼·瓦格纳指出:“即使金属含量只是一小部分，也足以完全改变恒星的行为。”巴尔加斯一直在研究太阳的“金属丰度”。恒星的金属丰度越高，它就越不透明(因为金属能吸收辐射)，这反过来又与它的大小、温度、亮度、寿命和其他关键属性有关。"恒星的金属丰度基本上决定了恒星的死亡方式."巴尔加斯说。

然而，除了帮助我们了解太阳的历史，太阳的金属丰度也可以作为测量标准，帮助科学家调整其他恒星金属丰度的测量方法，从而帮助我们了解其他恒星、星系和各种天体的年龄、温度等特征。“如果我们对太阳‘基准’的理解发生变化，那么我们对宇宙的理解也会自动发生变化。”澳大利亚国立大学天体物理学家马丁·阿斯·兰德指出，“因此，准确了解太阳的化学成分是极其重要的。”

然而，我们对太阳能金属丰度的测量越精确，新的问题就越多。太阳能金属丰度的奥秘也被称为太阳能丰度、太阳能成分或太阳能模型问题。到目前为止，天文学家还不能解决这些问题，这表明他们对太阳甚至所有恒星的理解是“根本错误的”，瓦戈诺兹指出，“这不是一件小事。”

二十年前，天文学家曾认为他们已经解决了所有与太阳有关的问题。用直接和间接方法测得的太阳金属丰度约为1.8%，因此天文学家认为，他们不仅认识到了太阳的“基准”，而且也认识到了太阳的运行原理。然而，自21世纪初以来，随着阳光光谱测量变得越来越精确，新的测量结果表明，太阳的金属丰度远低于这一水平，仅为1.3%。同时，太阳地震学测量方法测量不同频率声波在太阳中的传播规律，间接推断太阳的金属丰度，表明太阳的金属丰度仍为1.8%

然而，如果天文学家的“标准太阳模型”理论是正确的，光谱测量方法和太阳地震学测量方法应该有相同的结果。换句话说，天文学家应该能够利用太阳地震学的测量来计算太阳内部一个重要边界层的深度。在这个边界层，对流的影响超过了辐射的影响。根据相关方程，边界层的深度与太阳的不透明度有关，因此与太阳金属的丰度有关。用这种方法计算的金属丰度值应该与通过光谱测量直接获得的值相同。然而，事实并非如此。

"这个问题不仅属于太阳物理学范畴，而且涉及整个天文学."Asp兰德尔说是他的团队进行了这些精确的光谱测量。“要么是天文学家不知道如何通过光谱分析来测量恒星的元素含量，要么是我们对恒星的内部条件及其振动模式了解不够。不管是什么原因，它都有严重的后果，因为恒星是我们理解宇宙的基本方式，恒星天体物理学为现代天文学和宇宙学奠定了大部分基础。”

到底哪里出错了？天文学家已经讨论这个问题很多年了，有些人甚至推测它可能与太阳中的暗物质有关。耶鲁大学的太阳天体物理学家索尔巴尼·巴苏认为，这些讨论“有些僵持不下”。但仍有希望。就在最近，科学家们从太阳中微子中发现了一些与太阳金属丰度有关的微弱线索。太阳中微子是太阳发射的瞬时粒子。

太阳中不同的核聚变反应会产生不同能量的太阳中微子，因此这些粒子携带的信息可以反映太阳的元素组成。今年6月，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博莱辛诺实验小组报告说，他们对太阳中微子的探测结果更倾向于估计的1.8%的太阳金属丰度。

如果这个估计是正确的，那么asp着陆器和其他人进行的光谱测量有什么问题？"如果问题在于光谱分析，我们在分析其他恒星时可能会犯类似的错误."阿斯兰德说，这将对科学家理解恒星和星系中化学元素的演化产生重大影响。

然而，asp兰德尔仍然坚持他的结论，1.3%的估计光谱分析是正确的。他引用了2015年《自然》杂志上的一项研究，指出在太阳内核的高压环境中，金属对不透明性的影响可能比之前认为的更大。Asp兰德尔说，如果在标准的太阳模型中进行修正，由太阳地震学和中微子分析估计的金属丰度可以减少到1.3%。

在接下来的几年里，Borexino的团队计划探测由“碳-氮-氧”核聚变产生的少量太阳中微子。在这个核聚变反应中，碳、氮和氧原子被用作催化剂来促进氢原子融合成氦原子。“碳氮氧中微子受金属丰度的影响很大，因此对这些中微子的测量将起决定性作用。”安德里亚·波卡尔是麻省大学阿姆赫斯特分校的物理学家，也是博瑞西欧团队的成员，他说。

如果太阳的金属丰度真的只有1.3%，这意味着标准的太阳模型确实弄错了太阳的不透明度。"这将对天文学的各个方面产生巨大影响。"阿斯兰德说，“因为我们所有的研究工作都需要基于对恒星演化的准确理解。”对恒星和星系年龄的估计可能需要调整10%到15%。不幸的是，太阳，一颗金属丰度较低的恒星，消耗燃料的速度更快，所以太阳的寿命可能比先前预计的要短10亿年。