探索宇宙的奥秘，我们经常忽视了离我们最近的恒星——太阳。在太阳的辉煌背后，隐藏着一个引人入胜的科学谜团：它的金属丰度。简而言之，这是指太阳内部重元素的含量，这些元素虽然只占微小的比例，却对太阳的行为产生了巨大的影响。任何处于全盛时期的恒星一样，太阳主要由两个氢原子聚变成氦原子组成，在聚变过程中释放出巨大的能量。但是，控制太阳命运的是太阳中微量的重元素，天文学家称之为金属。瑞典斯德哥尔摩大学物理学家Sunny Vagnozzi 研究太阳的“金属丰度”，他解释说: “即使是一小部分金属也足以完全改变恒星的行为。”。一颗恒星的金属含量越高，它就越不透明(因为金属会吸收辐射) ，而它的不透明程度又与它的大小、温度、亮度、寿命和其他关键属性有关。总之，金属丰度基本上也告诉你恒星将如何死亡。但是太阳的金属丰度，除了揭示它自己的故事外，也是校准所有其他恒星的金属丰度测量的一种标准，因此也是恒星、星系和其他一切的年龄、温度和其他属性的标准。澳大利亚国立大学的天体物理学家马丁 · 阿斯普隆德说: 如果我们改变太阳的尺度，自然而然地就意味着我们对宇宙的理解必须改变。因此，对太阳化学成分有一个准确的了解是极其重要的。然而，对太阳金属丰度越来越精确的测量引发的问题比它们回答的问题还要多。
天文学家们无法解决太阳金属丰度、太阳丰度、太阳成分或太阳模型问题，这表明他们对太阳的理解可能存在“根本性的错误”，因此对所有恒星的理解也是如此。20年前，天文学家认为他们已经把太阳分类了。直接和间接推断太阳金属含量的方法都显示，太阳的金属含量约为1.8% 。这一令人愉快的结果使他们相信，他们不仅了解太阳的长度，而且了解太阳是如何工作的。然而，在整个2000年代，日益精确的太阳光谱测量(一种直接探测太阳成分的方法，因为每种元素都会在光谱中产生明显的吸收线)表明，太阳的金属含量要低得多，只有1.3% 。与此同时，日震学，一种基于不同频率的声波在太阳内部传播的方式来推断金属丰度的间接方法，仍然认为是1.8% 。但是如果天文学家关于太阳的理论，即所谓的“标准太阳模型”是正确的，那么光谱学和日震学应该是一致的。也就是说，天文学家应该能够利用太阳地震学的测量结果来计算太阳中一个重要边界层的深度，在这个边界层中，辐射让位于对流。根据等式，这个深度与太阳的不透明度有关，因此也与它的金属丰度有关。这一系列的计算应该可以预测出与光谱仪直接从太阳光测量的金属丰度相同的数值。事实并非如此！因为这不仅是太阳物理学的问题，也是整个天文学的问题。要么是天文学家不知道如何用光谱学测量恒星的元素丰度，要么是我们对恒星内部和它们如何振荡的理解不够完整不管怎样，它都有重要的分支，因为恒星是宇宙的基本探测器，恒星天体物理学为现代天文学和宇宙学提供了大量的基础。最近，关于太阳金属性的一个微弱的暗示来自于从太阳发射出的一种叫做太阳中微子的短暂粒子。不同的核聚变反应产生不同能量的太阳中微子，因此这些粒子携带有关太阳成分的信息。同时最近也探测到的太阳中微子略微偏向于对太阳金属丰度1.8% 的较高估计。如果这个高金属含量的估计确实是正确的，那么这就提出了一个问题，到底是 Asplund 和他的合作者的光谱测量出了什么问题。“如果问题出在光谱学上，那么我们在分析其他恒星时可能会犯类似的错误,”他说，这将影响对恒星和类似银河系的星系的化学演化的解释。但是 Asplund 坚持他的1.3% 的光谱估计。他指出，2015年发表在《自然》杂志上的一项研究表明，在太阳核心的高压条件下，金属可能会增加不透明度，甚至比之前认为的还要多。他说，对标准太阳模型中的这一差异进行修正，可能会使日震学和中微子学对金属丰度的估计值下降到1.3% 。在接下来的几年里，Borexino 团队希望能够探测到在 CNO 循环中产生的罕见的太阳中微子。CNO 循环是太阳中的一个聚变反应，在这个反应中，碳、氮和氧原子作为催化剂将氢聚变成氦。
如果事实证明，太阳实际上只有1.3% 是金属的，这就意味着标准太阳模型的不透明度确实是错误的。恒星和星系的估计年龄必须修正10% 到15% 。不幸的是，对于太阳本身(以及未来地球上的生命)来说，低金属丰度的恒星燃烧燃料的速度比高金属丰度的恒星快，所以我们的太阳将比我们想象的早死10亿年。参考文献：[1]. What Is the Sun Made Of and When Will It Die? | Quanta Magazine我已经有300+个科普知识啦，小目标1000+，欢迎大家关注，每天给你一个科普知识~