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太阳发生氦闪时,真的能气化地球吗?

氦闪是中小质量恒星在红巨星时期发生的氦燃烧现象,每次氦闪的持续时间只有几秒钟,但释放能量是正常恒星的数千亿倍,如果那时候地球还存在,气化地球也不是不可能的事!

在电影《流浪地球》当中,描述我们的太阳不久后将发生氦闪,届时地球甚至是整个太阳系都将被太阳吞没,人类只能离开地球寻找新家园,实际上,我们太阳的首次氦闪,至少也要在60亿年后才会发生。

恒星演化时期

一颗恒星是存在生命周期的,对于我们太阳这样的恒星来说,一般会经历主序星时期、红巨星时期、白矮星时期,最后再经历上千亿年的时间冷却为黑矮星。

在主序星时期,恒星主要进行着氢元素向氦元素的聚变,因为氢元素聚变所需的温度最低,对恒星来说大约是1000万度,不同质量的恒星主序星阶段时间从数千万年到数千亿年不等,我们太阳的主序星时期会经历100~110亿年,目前已经过了46亿年,太阳每秒因质量亏损会损失掉400多万吨的质量。

氦闪

恒星聚变产生的氦元素大部分会聚集在中心区域,形成一个氦核,氦核处于电子简并状态,在数亿年的时间中氦核逐渐长大,温度也逐渐上升,当处于电子简并态的氦核达到0.45倍太阳质量时,就能达到氦燃烧的温度(大约1亿度)。

氦的燃烧只发生在电子简并区,持续时间非常短,燃烧释放能量加热等离子气体,使得中心核瞬间膨胀,这种能量释放是失控的,持续时间只有几秒钟,但能量释放功率是正常情况下的上千亿倍,恒星亮度也会出现剧增,这就是氦闪。

我们的太阳

氦闪发生在恒星的红巨星时期,我们太阳会在60亿年后进入红巨星时期,到时候太阳的直径会增大近200倍,太阳甚至可能吞没地球轨道,即便没有吞没地球,在没发生氦闪的情况下地球表面温度也将高达上千度,如果发生氦闪,气化整个地球也是完全可能的。

氦闪过程消耗部分氦元素,模型计算会消耗大约5%的氦核质量,随着氦核体积的膨胀,温度也会降低,于是氦停止燃烧,恒星继续进行着氢元素的燃烧,当中心氦的质量再次累计到临界值时,会再次引发氦闪,其中恒星的第一次氦闪规模最大,释放能量也最高。

由于氢元素的燃烧过程比较慢,所以氦闪过后,要等上几十年甚至几百年才会发生下一次氦闪,每次氦闪过后,恒星表面温度都将下降,质量也会损失很多,当氦闪达到一定次数后,恒星氢元素聚变产生的氦元素再也无法进行下一次氦闪,恒星的核聚变反应逐渐变弱,最终引力占据主导,于是恒星坍缩为致密的白矮星。

大质量恒星

对于大质量恒星来说,就不存在氦闪的说法,因为大质量恒星的内部温度很高,氢元素的聚变速度很快,主序星时期还不到一亿年,产生的氦元素也能持续进行核聚变。

甚至是氦燃烧的产物氧、氮、氖、硅等等元素,也能进行核聚变,直到产生铁元素为止,就到了核聚变的终点,大质量恒星在演化末期还会引发超新星爆炸,其中部分超新星将留下一颗中子星或者黑洞。 

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