《極限返航》：被吃掉 10% 的太陽

《極限返航》故事中地球面臨的一個重大危機，就是太陽變暗，而這個現象不只出現在太陽，連銀河系中的其他恆星也都出現了，也就是說恆星都受到影響。追究其原因，是因為「噬日菌」 (Astrophage) 的關係，而故事就此展開。

小說裡的虛構

噬日菌是一種附著在恆星表面、直接吸收熱能的太空單細胞生物。它們沿著太陽與金星之間的路徑往返，在金星繁殖，然後回到太陽進食。太陽變暗這件事起初幾乎無法察覺，卻突然呈指數成長，最終使太陽的光度下降約 10%，地球也預計在大約 30 年內陷入冰河期。

故事中，噬日菌吸收能量的機制，是把吸收的熱轉成微中子的質量儲存起來，再利用質量轉換成能量進行活動。但這是小說裡虛構的物理，現實中不存在這種機制，所以我們不在此探討其合理性，而是暫時接受這個設定。在這個設定成立的條件下，我們想問的是：「當太陽的能量被噬日菌吸收後，太陽本身會受到什麼影響？」要回答這個問題，得先弄清楚「太陽變暗」是什麼意思？

亮度 vs 光度

在天文上，太陽變暗，可以是亮度變暗，也可以是光度變低。亮度 (brightness) 是指我們從地球看太陽有多亮，也就是觀測者實際看到的明暗程度；而光度 (luminosity) 則是指太陽本身向外輻射能量的能力。

因此，「變暗」有兩種不同的可能：一種是太陽核心產生能量的能力減弱，沒有那麼多能量可以向外輻射；另一種則是太陽產生的能量沒有改變，但能量到達地球前被截走一部分。兩者從遠處看都是「太陽變暗了」，但物理意義卻完全不同。

回到小說中，噬日菌停留的地方是在太陽最外層，所以吸收的是太陽已經製造出來的能量，而且還是快要離開太陽表面的能量，情況比較接近第二種。不過，吸收表面的能量就真的完全不影響太陽本身嗎？

太陽的能量機制

太陽的形成就如同其他恆星一樣，最早是由宇宙中的一團氣體與塵埃組成。這些物質在重力作用下逐漸聚集，當聚集到一定程度，重力會向中心壓縮，使中心的壓力與溫度升高，最後點燃核融合反應，「太陽」就誕生了，而核心的核融合就是太陽的能量來源。

核融合只存在太陽核心，核心外面仍是一大片濃密的氣體。從核心出發的光子走不了多遠就會被吸收，再朝隨機方向放出，像一個人在擁擠的人群裡迷路，走幾步、撞到人、換個方向、再走幾步。這種隨機漫步 (random walk) 讓能量穿越輻射區的時間極為漫長，大約是數萬年至數十萬年的數量級。也就是說，今天照在我們身上的陽光，其能量並不是今天才從核心產生的。

接著能量進入最外面的對流層。這裡的熱氣團上下翻騰，能量傳遞的方式與輻射區完全不同，是以對流的方式進行，所以傳遞更快得多。最後，能量抵達光球 (photosphere)，也就是我們平常看到的「太陽表面」，向太空輻射出去。

核融合反應時，還會產生一種粒子：微中子 (neutrino)。它們幾乎不與物質作用，因此可以直接穿透太陽內部。從核心產生後，只需約 2 秒便能穿出太陽，再經過約 8 分鐘抵達地球。（請注意，這是真實的物理機制，與小說編造的「微中子質量儲存」是兩回事。）

所以，同一個太陽裡，存在兩種完全不同的時間尺度：陽光帶來遙遠過去的能量，而微中子是核心傳來的即時通報。這也提醒我們，不能一看到太陽變暗，就認定核心的核融合也變弱了。內部與表面之間，隔著極大的時間差。

能量的微妙平衡

直覺上，我們容易認為核心的核融合反應越劇烈，太陽就會越亮。這句話不能算是完全錯，但恆星並不是單純由「核心燒得多旺」來決定表面亮度，因為恆星存在著熱平衡。

所謂熱平衡，是指在長期穩定的狀態下，內部產生的能量與表面向外輻射的能量彼此平衡。對一般恆星而言，恆星的質量、成分與內部結構，會共同決定能量如何向外傳輸。不同恆星的內部可能有不同的傳輸方式，例如有些恆星主要透過輻射傳遞能量，有些區域則以對流為主，也可能在同一顆恆星中同時存在輻射區與對流區。

無論是哪種情況，當產生的能量與表面流出的能量不對等時，恆星的結構就會調整。核心若產生的能量稍多，內部會逐漸響應，使溫度與密度等條件改變，核融合速率也會跟著調整；反過來，如果能量產生得稍慢，恆星也會透過結構調整回應。

簡單來說，能量要從恆星內部向外傳遞，受到物質本身性質與能量傳輸方式的限制。能量傳輸的條件改變時，恆星的結構與能量輸出也會跟著調整。

三種攔截

現在回到噬日菌。如果有東西在太陽外面攔截能量，那我們真正要問的是：「這些能量最後去哪裡了？」因為「把光擋住」和「把能量拿走」，並不是同一回事。據此可以分成 3 種情況：

1. 能量被吸收後重新輻射，變成其他波段或方向再放出，所以整體能量不變，只是我們沒有觀察到。
2. 能量被反射或暫時隔離，所以能量還留在太陽與攔截物所形成的系統中。由於產生的能量與輸出的能量不對等，所以這個狀況不可能永久維持，系統會重新調整成新的平衡狀態。
3. 能量被吸收，而且還被收走儲存起來，不回到系統中，則輸出的能量就會不斷減少。

噬日菌就是第 3 種情況。它們把吸收的能量轉成微中子儲存起來，所以這部分能量便不再屬於太陽當下的輻射輸出，太陽看起來的能量也就會長期下降。如果用成語形容的話，這種情況既不是揚湯止沸，也不是釜底抽薪。因為揚湯止沸是把湯舀起來又倒回去，只能暫時改變表面的狀態；而釜底抽薪，則是直接把鍋底的火抽掉，改變能量來源。但噬日菌兩者都不是。它們舀走了湯，卻沒有倒回去，也沒有動到鍋底的火。太陽核心照常進行核融合，改變的卻是送出去的能量。

所以，噬日菌是否會對太陽內部造成影響？

影響的因素

答案取決於兩件事：吸收的位置，以及時間的長短。

若噬日菌只是在光球之外截取已經離開太陽的輻射，它們就沒有直接碰到太陽內部的能量產生機制。核心仍然進行核融合，變暗的主要是「我們看到的太陽」。但若它們是直接從光球氣體中抽走熱能，情況就複雜得多。因為它們確實在改變太陽表層的狀態，所以外層結構也可能跟著調整。

再看時間，太陽對擾動的反應不是同一個「時鐘」，而是一組層層堆疊的「時鐘組」。可以粗略理解成太陽內部不同區域所儲存的熱能不同，所以多久會看到明顯的能量收支不平衡，也會有所不同。越靠近表面，儲存的熱能越少，反應可以越快；越往內部，所涉及的能量越多，熱平衡調整所需的時間就越長。

相比之下，小說裡的 30 年只是一瞬間。即使太陽的外層可以先發生變化，也遠遠不夠讓整顆太陽重新建立一個完全不同的熱平衡。對整顆太陽而言，這種熱平衡調整涉及的時間尺度是千萬年的數量級。

因此，我們不能把太陽光度下降 10%，直接解讀成核心核融合也下降了 10%。因為，最終還是取決於噬日菌究竟在哪裡吸收能量，以及它們如何與光球物質交換熱量。

尚待追問的問題

回頭看，小說需要我們接受的設定只有一個：噬日菌能把吸收的熱存起來。

但背後是一連串的天文物理知識：光度是流動的能量；恆星的光度不是核心核融合單獨決定的，而是整個結構與能量傳輸條件共同形成的結果；光只是被擋住，能量還在，就不能永久維持同樣的能量缺口；真正要讓太陽長期變暗，就得把能量收走，而且不能讓它回到系統中。

而在 30 年的尺度上，太陽內部也有自己的節奏。外層可以響應，深處卻來不及重新建立新的熱平衡。不過，被收起來的能量並沒有消失。小說裡，它們存在噬日菌體內，最後被主角們變成可以成為推進太空船的能量來源。

那麼，如果真有人大量攔截恆星的能量，再把這些能量以其他形式放出來，我們從幾光年外觀察這顆恆星，會看到什麼？

也許一顆星變暗，不代表它的能量消失了。

也許只是有人，把它拿走了！？