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第11單元：太陽的一生

主要教學內容：

太陽的生命周期是恆星演化研究中的典型案例，其誕生、演化與最終命運跨越數十億年，受到質量、化學成分與內部核反應等因素的主導。從分子雲的坍縮到成為白矮星，太陽的一生揭示了中等質量恆星演化的普遍規則。

誕生階段：分子雲坍縮（約 46 億年前）

太陽約誕生於46億年前，起源於銀河系內一團巨大分子雲，主要由氫（約73.5%）、氦（約24%）及少量重元素組成。可能因鄰近超新星爆炸產生的衝擊波，引發局部坍縮，形成旋轉中的原恆星盤。隨著坍縮進行，中心密度與溫度升高，形成原恆星，並透過吸積盤聚集物質。原恆星階段因被厚厚塵埃包圍，表面溫度約僅為攝氏430 ~ 2,430 度，發出紅外輻射，持續約10萬至100萬年。當核心溫度達約攝氏1億度時，氫核融合反應才會啟動，太陽進入主序星階段，成為真正的恆星。

主序星階段（約 100 億年）

太陽目前處於主序星階段，穩定地將氫融合為氦，核心溫度約攝氏1500萬度，壓力約2500億倍地球大氣壓。每秒約6億噸氫融合，產生約400萬噸能量（E=mc²），經由輻射區與對流區傳至光球層，最終以可見光輻射。表面溫度約為攝氏5227度（約5500K），直徑約139萬公里，光譜型為G2V。

紅巨星與氦融合階段

約50億年後，核心氫耗盡，外層氫殼層燃燒，太陽膨脹為紅巨星，體積可達目前的100至200倍，可能延伸至地球軌道（約1 au）。表面溫度降至約攝氏2700至3700度，顯得紅色但亮度大幅上升。

當核心溫度達約攝氏1億度，將引發氦融合（三氦反應），轉化為碳與氧，進入短暫但劇烈的「氦閃」階段。隨後太陽將進入穩定的氦燃燒階段，最終因質量不足無法點燃碳核融合，進入晚期的漸近巨星分支階段，並持續膨脹與拋射外層物質。

行星狀星雲與白矮星階段

太陽晚期將拋射出大量氣體與塵埃，形成一個發光的雲殼，稱為行星狀星雲，其外觀極為絢麗，是夜空中著名的觀測目標。

此時太陽核心將暴露，稱為白矮星，這顆高溫、密度極高的天體主要由碳與氧構成，質量約為原本的50–70%，體積與地球相當，密度極高。白矮星雖然不再進行核融合，但內部極高的壓力與結構使其被形容為「碳球」或類似「鑽石」的結晶體。它將緩慢冷卻，逐漸轉變為黑矮星。理論存在，實際尚未觀測到，因為其冷卻時間比目前的宇宙年齡還要長。