圖片來(lái)源：NASA

我們賴以生存的不僅僅是地球,，還有距離我們1.5億公里的太陽(yáng)。這顆帶給我們光和熱的恒星,，也給天文學(xué)家們帶來(lái)了一個(gè)又一個(gè)謎團(tuán)。明白太陽(yáng)的化學(xué)成分和運(yùn)作原理并不如想象中容易,，一步走錯(cuò),，滿盤皆輸，影響會(huì)延伸到宇宙的每個(gè)角落,。提前10億年走向死亡的太陽(yáng),，推翻的將不僅是一個(gè)理論……

掌握太陽(yáng)命運(yùn)的“金屬”

與任何一顆鼎盛時(shí)期的恒星一樣，太陽(yáng)主要由氫和氦組成,，氫原子兩兩聚變形成氦，釋放出巨大的能量,。太陽(yáng)中的重元素,，即金屬（這個(gè)術(shù)語(yǔ)不同于一般所認(rèn)知的“金屬”，因?yàn)樵谟钪嬷袣浜秃さ慕M成量占了壓倒性的大數(shù)量,，天文學(xué)家將所有更重的元素都視為金屬）含量雖微,，卻掌控著太陽(yáng)的命運(yùn)。

瑞典斯德哥爾摩大學(xué)（Stockholm University）研究太陽(yáng)“金屬豐度（metallicity）”的物理學(xué)家薩尼·瓦尼奧奇（Sunny Vagnozzi）解釋道：“極少量的金屬就足以徹底改變恒星的行為,?！?/p>

恒星的金屬豐度越高，不透明度就越高（因?yàn)榻饘贂?huì)吸收輻射）,。恒星的不透明程度反過(guò)來(lái)又與它的大小,、溫度、亮度,、壽命等其他主要性質(zhì)有關(guān),。瓦尼奧奇說(shuō)：“金屬豐度基本上也能告訴你這顆恒星將如何死去?！?/p>

但是太陽(yáng)的金屬豐度,，除了揭示它自己的故事，還能夠作為一種衡量其他恒星金屬豐度的標(biāo)尺,，一窺宇宙中恒星,、星系和其他一切星際物質(zhì)的性質(zhì)，比如年齡和溫度,。

澳大利亞國(guó)立大學(xué)（Australian National University）的天體物理學(xué)家馬丁·阿斯普朗德（Martin Asplund）說(shuō)道：“如果我們對(duì)這把標(biāo)尺做出了修正,，就意味著我們對(duì)整個(gè)宇宙的理解也必須改變。因此對(duì)太陽(yáng)化學(xué)成分的準(zhǔn)確掌握極為重要,?！?/p>

相去甚遠(yuǎn)的測(cè)量結(jié)果

然而,，隨著對(duì)太陽(yáng)金屬豐度的測(cè)量越來(lái)越精準(zhǔn)，所得數(shù)據(jù)在解答天文學(xué)家相關(guān)疑問(wèn)的同時(shí),，也給引發(fā)了更多的問(wèn)題,。

天文學(xué)家無(wú)法解釋諸如太陽(yáng)的金屬豐度、物質(zhì)含量,、化學(xué)成分,、模型建立問(wèn)題等謎團(tuán)，這意味著他們之前對(duì)太陽(yáng),，乃至對(duì)所有恒星的理解可能都存在著“根本性偏差”,。

瓦尼奧奇認(rèn)為：“后果將無(wú)法設(shè)想?！?/p>

二十年前,，天文學(xué)家自認(rèn)為對(duì)太陽(yáng)的理解足夠充分，直接和間接的測(cè)量結(jié)果都表明,，太陽(yáng)的金屬豐度在1.8%左右,，多么令人欣慰的一致啊，天文學(xué)家們因此相信,，他們不僅掌握了太陽(yáng)這把標(biāo)尺的“長(zhǎng)度”,，更明晰了太陽(yáng)運(yùn)作的秘密。

但從2000年至今,，越來(lái)越精確的太陽(yáng)光譜測(cè)量,，即太陽(yáng)成分的直接探測(cè)（因?yàn)槊恳环N元素都在會(huì)光譜中產(chǎn)生特征吸收線）表明，太陽(yáng)的金屬豐度僅有1.3%,，遠(yuǎn)低于之前的的測(cè)量結(jié)果,。

太陽(yáng)光譜（來(lái)源：baas1995.org）

而與此同時(shí)，日震學(xué)（helioseismology）作為一種間接測(cè)量方法,，基于不同頻率聲波在太陽(yáng)內(nèi)部傳播的方式,，推斷出太陽(yáng)的金屬豐度仍為1.8%。

兩種方法所得的結(jié)果竟相去甚遠(yuǎn),。

爭(zhēng)論陷入僵局

如果天文學(xué)家提出的太陽(yáng)理論,，即“標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)模型”是正確的，那光譜學(xué)和日震學(xué)結(jié)果就應(yīng)該一致,，也就是說(shuō),，利用日震學(xué)測(cè)量應(yīng)該能計(jì)算出太陽(yáng)中對(duì)流大于輻射的邊界層深度。根據(jù)方程式,，這一深度與不透明度相關(guān),，進(jìn)而計(jì)算出太陽(yáng)的金屬豐度。這一系列的計(jì)算結(jié)果,，應(yīng)該與太陽(yáng)光譜測(cè)量的直接測(cè)量所得金屬豐度結(jié)果相同,。

太陽(yáng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)（來(lái)源：kepu.net.cn）

事實(shí)卻并非如此,。

領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行精確光譜測(cè)量的阿斯普朗德說(shuō)：“這不僅是太陽(yáng)物理學(xué)的問(wèn)題，更是整個(gè)天文學(xué)的問(wèn)題,。要么天文學(xué)家不明白如何利用光譜學(xué)去測(cè)量恒星的元素豐度,，要么我們對(duì)恒星內(nèi)部及其震蕩頻率的理解有所遺漏。無(wú)論如何,，影響都是巨大的,，因?yàn)楹阈鞘俏覀兲綔y(cè)宇宙的基本方式，恒星天體物理學(xué)為現(xiàn)代天文學(xué)和宇宙學(xué)奠定了深厚的基礎(chǔ),?！?/p>

耶魯大學(xué)（Yale University）的太陽(yáng)天體物理學(xué)家薩巴尼·巴蘇（Sarbani Basu）表示，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題（包括太陽(yáng)內(nèi)部可能存在暗物質(zhì)的猜測(cè)）探討多年之后,，這場(chǎng)爭(zhēng)論已“陷入了一種僵局”,。

隱晦的希望

但希望仍存。最近,，太陽(yáng)中微子（solar neutrino）,，一種來(lái)自太陽(yáng)的壽命極短的粒子，為太陽(yáng)金屬豐度的測(cè)量提供了隱晦的線索,。

核聚變不同，產(chǎn)生的太陽(yáng)中微子能量也就不同,，因此太陽(yáng)中微子攜帶了有關(guān)太陽(yáng)成分的信息,。

今年6月在德國(guó)海德堡舉行的一次會(huì)議上，意大利格蘭薩索國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Italy‘s Gran Sasso National Laboratory）對(duì)太陽(yáng)中微子進(jìn)行了檢測(cè),，結(jié)果稍傾向于太陽(yáng)金屬豐度為 1.8% 的估計(jì),。

如果這個(gè)更高的太陽(yáng)金屬豐度估計(jì)值是正確的，那么阿斯普羅德團(tuán)隊(duì)的光譜測(cè)量到底哪里出了問(wèn)題,？

“如果問(wèn)題出在光譜學(xué)上,，那我們?cè)诜治銎渌阈菚r(shí)，很可能也犯了同樣的錯(cuò)誤,?！彼f(shuō)。這將影響我們對(duì)恒星和包括銀河系在內(nèi)的星系化學(xué)成分演化的解釋,。

太陽(yáng)壽命的驟減

但阿斯普倫德堅(jiān)持認(rèn)為,，他1.3%的光譜測(cè)量估計(jì)是正確的。他指出,，2015年發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究表明,，在太陽(yáng)核心的高壓環(huán)境下，金屬對(duì)不透明度的正影響可能遠(yuǎn)超我們的預(yù)料,。如果根據(jù)這個(gè)誤差對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)模型”進(jìn)行修正,，日震學(xué)和中微子對(duì)金屬豐度的測(cè)量結(jié)果有可能降至1.3%,。

格蘭薩索國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)，希望能在未來(lái)的幾年里探測(cè)到碳氮氧循環(huán)（CNO cycle）中產(chǎn)生的微量太陽(yáng)中微子,。碳氮氧循環(huán)是太陽(yáng)內(nèi)部的一種聚變反應(yīng),，以碳、氮和氧三種原子作為氫聚變成氦的催化劑,。

團(tuán)隊(duì)的合作者,、馬薩諸塞大學(xué)阿姆赫斯特分校（University of Massachusetts Amherst）的物理學(xué)家安德里亞·波卡爾（Andrea Pocar）說(shuō)：“碳氮氧循環(huán)產(chǎn)生的中微子受到金屬豐度的影響很大，所以探測(cè)這些中微子意義非凡,?！?/p>

如果太陽(yáng)金屬豐度真的只有1.3%，“標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)模型”則確實(shí)在不透明度方面存在問(wèn)題,。

阿斯普朗德認(rèn)為：“天文學(xué)的方方面面都會(huì)因此受到影響,，對(duì)恒星演化的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，幾乎奠定了一切的基礎(chǔ),?！睂脮r(shí)，恒星和星系的估計(jì)年齡將不得不進(jìn)行10~15%的修正,。

不幸的是,，從太陽(yáng)本身，以及地球上未來(lái)生命的角度來(lái)看,，金屬豐度低的恒星比金屬豐度高的恒星燃燒得更快,，因此，太陽(yáng)的壽命可能比我們預(yù)想的要短10億年,。