太陽為什麼要變成紅巨星，禍害整個太陽系？它已經忍了很久了！
太陽是太陽系的引力中心，它在太陽系中的地位是凌駕於所有天體之上的，因為只有它的存在才能使太陽系得到延續！作為澤被太陽系蒼生的天體，理應為太陽系守護一生，但在太陽的生命末期，卻會將自己膨脹成紅巨星，毀滅它所守護的一切！其實我們應該理解太陽的這種行為，因為從恆星演化的角度來看，它為了太陽系的一切已經忍了很久了！
恆星的演化與其質量密切相關，不同質量的恆星其演化路線完全不同，下面我們就此展開，瞭解下太陽演化的秘密。
太陽的前身1、褐矮星
太陽誕生於一片早期恆星超新星爆發後的塵埃雲，它並非第一代恆星，這從太陽光譜中發現了多種不屬於太陽的元素可以證明。從星雲的不穩定性導致坍縮開始，到博克球狀體形成形成早期恆星胚胎，在原恆星的過程中，它將會經歷太陽生涯中的第一次質變，因為它的質量達到了木星的13倍以上，這就是傳説中存在的褐矮星（棕矮星）。
“褐矮星”的概念是1975年美國天文學家吉兒·塔特提出的，但直到80年代中後期發現氫的同位素氘的聚變下限修正為1.2%M⊙（太陽質量的1.2%），因此在木星以上與紅矮星之間還正式存在一種天體叫做褐矮星。
離地球最近的褐矮星是NASA的廣域紅外線巡天探測衞星（WISE）在2013年發現的Luhman 16（6.5光年）。這類天體發光極其暗淡，在可見光波段是難以探測其存在，但廣域紅外巡天衞星開闊了視野。
2、主序前星
這是太陽成為主序星前的最後一個階段，在原始行星盤塵埃尚未完全落入恆星前都被認為是原恆星，當然恆星風開始將周圍的塵埃帶驅離，恆星的吸積過程停止，太陽將正式成為主序星中的一員。
主序星：對於太陽這樣的恆星，主序星階段就是以氫元素燃燒為主的階段，這也是恆星流體靜力平衡階段，因此在主序星階段運行是一顆恆星最穩定的階段。
太陽的主序星階段在太陽的主序階段開始之前，其內核的氫元素聚變過程早已開始，但我們把太陽的內核的聚變過程放到主序星階段來介紹，方便理解。
1、太陽的燃料
上文我們介紹了褐矮星階段的氘聚變，這個階段能達到氘（2H）和鋰（7Li）的核聚變，但這並不能持續太久，因為在恆星元素中氘與鋰的比例很低，因此它最多隻能持續數千萬到一億年！而太陽誕生於一片上一代恆星超新星爆發後的星雲，星雲中包含了多種元素，但對於太陽的主序星階段來説，能利用的也就是氫和氦元素而已，其它元素就沒有用了？並不是，它們是給氫元素聚變搭建平台的！
氫的同位素有三種，分別是：
1質子+1電子的氕
1質子+1中子+1電子的氘
1質子+2中子+1電子的氚
上文説明了氘的比例很低，而氚的比例更低，我們知道由於結合能的關係，氘和氚相對比較容易聚變，而ITER（國際熱核聚變實驗堆）正在努力實現的也是氘氚聚變，但太陽不行，因為那點誕生時遺留的氘和氚早已被耗盡，那麼太陽的核聚變是如何展開的呢？
2、太陽的能量產生機制:質子反應鏈
質子反應鏈的第一步 兩個質子的氕反應生成氘，如上圖。真正的過程是這樣的，兩個質子首先聚變成氦-2，但這種元素極不穩定，會釋放一個正電子和中微子，變成1質子+1中子的氘。
但這個過程極其緩慢，假如太陽內部只有這兩個質子的話，也許要過上十億年才能發生這樣一次機會，為什麼可能性會那麼低？因為質子與質子之間的庫侖斥力會導致這幾乎沒有可能，那麼是否沒有機會了呢？當然不會，因為現在太陽就在持續燃燒中！這是發生在微觀粒子之間的“量子隧穿效應”的結果！所以各位要努力了哦，量子力學告訴大家，不可能的事情也會變成可能哦！而且太陽內核極致高温的區域有的是質子，這種機會發生仍然非常頻繁！
質子反應鏈的第二步 氘和氕反應生成氦-3，有了中子的中和，這個反應需要的結合能明顯降低，而且它釋放的能量比質子鏈的第一步氕氕聚變要高得多。如上圖：1質子+1中子的氘和1質子的氕克服庫倫斥力結合在一起，釋放出5.494MeV，這是太陽內核正在大量發生的過程！
質子反應鏈的第三步 氦-3和氦-3反應生成氦-4，而且釋放出的能量超大！這是最“乾淨”的核聚變反應，現在ITER正在努力的氘氚聚變會有一個多餘的中子釋放，而中子的屏蔽解決起來非常麻煩，但氦-3聚變反應過程沒有多餘的中子釋放。這是一個利好消息，但更好的消息是太陽上反應生成的氦-3會隨着太陽風擴散到太陽系中的每一顆行星上，壞消息是地球的磁場和大氣層阻擋了氦-3到達地表，不過幸虧月球沒有大氣層，因此月球上氦-3經過四十多億年的積累，資源非常豐富！要不然我們還得去水星上開採（水星距離太陽近，氦-3資源更豐富）
上圖為質子反應鏈三步的完整過程，反應鏈中的每一個步驟都會發生質量改變，而質量的改變意味着能量的改變，從氕氘聚變開始，新的原子核都會比之前原子核質量有所虧損，太陽巨大的能量就來自於此，能量的大小遵循質能守恆E=MC^2。
除了質子反應鏈以外，類日恆星還有一個產生能量的途徑是碳氮氧循環（貝斯-魏茨澤克-循環）但太陽只有1.7%的氦-4核是經由碳氮氧循環產生，比太陽更大的恆星則主要能量來源都是經碳氮氧循環反應生成。
3、流體靜力平衡
在主序星階段，太陽內核聚變產生的輻射壓與引力坍縮能處在相對平衡的階段，因此主序星階段的太陽非常穩定，儘管比起12光年外的天倉五那幾乎沒有強烈耀斑活動的恆星來説仍然有所差異，但跟太陽的後期相比，現在仍然是太陽的黃金時間段。這個時間會持續大約70-80億年，從太陽誕生46億年來，這個階段已經過去一半多，但未來會隨着太陽的發展逐漸走向平衡失控階段。
太陽的紅巨星階段0.5M⊙以下的恆星不會發展到紅巨星階段，因為它的內核的對流層直達表面，中心不會氦堆積，下圖為不同質量恆星的結構：
1、早期氫加速燃燒的膨脹階段
上圖為主序星階段的恆星內部結構，環形箭頭為對流層示意圖，閃電箭頭為輻射層示意圖。在恆星的主序星階段，經過質子鏈循環內核產生氦元素，太陽質量的引力坍縮能並不足以在主序星階段讓氦發生聚變，因此當氦元素累積後，無法燃燒的氦內核會出現收縮。
內核的收縮會導致有外層部分氫元素進入內核（這需要一個時間過程，太陽大約會經歷數千年的赫氏空隙時間，即結束中心氫燃燒，尚未開始氫層燃燒）由於內核温度升高，此時的氫元素燃燒會加速燃燒，產生比主序星階段更大的能量，結果就是輻射壓劇增，恆星出現膨脹！
此時恆星流體靜力平衡逐漸失衡，輻射膨脹壓力逐漸戰勝引力，恆星體積越來越大，恆星走向紅巨星化！
2、太陽的第一次氦閃
氫殼層的加速燃燒會累積更多的氦，隨着中心氦核質量增加，氦核收縮將產生更高的温度，當達到點燃氦-3的温度時，氦聚變將會迅速開始！在極短的時間內，中心已經處在簡併態的氦內核將會在數分鐘之內聚變完成！很多朋友將之介紹為氦聚變劇烈其實錯誤的，準確的説法是在正常條件下聚變，內核會根據熱壓力來調節內核的温度而不至於讓內核失控！但簡併態的氦核是一個極致緻密的內核，並不具備這種調節功能，因此這個過程會在極端的時間內完成，產生的功率僅次於超新星爆發。處於電子簡併態的氦核質量約為恆星質量的40%，在這個過程中核心約有6%的質量被轉化成碳。太陽的第一次氦閃會在脱離主序星12億年後發生。
正在經歷氦閃的櫻井之星
因為氦閃爆發的能量大都被膨脹的外殼所吸收，因此我們難以直接觀測到氦閃，但有一種氦閃可以被直接觀測到，就是白矮星吸積伴星物質形成氫殼累積後，失控的聚變會形成新星爆發。而伴星如果已經失去了大部分氫，那麼氦吸積到白矮星後會形成白矮星氦閃。
太陽的氦閃時代
第一次氦閃的能量被外殼耗散後會在內核引力的作用下繼續產生氫殼，又會重新開始聚變積累氦，當達到一定質量後，氦閃又會在氦碳核外層發生，往復這個過程，一直到氦碳氧核等太陽無力再達到的温度而最終停止！
而太陽在這個反覆拉鋸戰中膨脹得越來越大，最終會達到2AU的直徑，也就是太陽的外部氣殼將會達到地球軌道附近，上圖橙色小球是太陽的主序星時代，兩者對比差距不是一般的大。
在這個過程中太陽的光度會反覆變化，一直到外殼距離內核越來越遠！
太陽的白矮星階段當然內核的引力再也無法束縛住遠離的外殼時，太陽將的發展將進入下一個階段，氣殼將逐漸遠離成為行星狀星雲，而內核則留在中心做它的簡併態白矮星，因為類日恆星的內核質量並不能突破錢德拉塞卡極限坍縮為中子星，它只是極致的電子簡併態天體，所以白矮星恆星終極目標中最後一個還能分得出元素的天體哦！
IC 418位於天兔座的一個行星狀星雲，直徑0.3光年，距離地球約2000光年，太陽的未來也是一個行星狀星雲，但我們無法猜測它未來的形狀，但以劇烈的超新星爆發相比，行星狀星雲的擴散是非常温和的，因此它的形狀大都是圓形或者橢圓結構為主，當然也有少數例外的，要不然怎麼會被成為行星狀星雲呢？
行星狀星雲的結構，未來整個太陽系都將被行星狀星雲包裹，而且熾熱的恆星物質會通過太陽系內所有空間向外擴散，你可以知道地球未來將面臨的命運，而最終留存下來的行星要面對的是光度大幅減小的白矮星，浴火重生是美好的願望，但地球浴了火卻不會重生，而是墮入九重寒天，永劫不復！