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氦闪过后,寸草不生?地球在未来真的会毁于太阳的氦闪吗?

看过《流浪地球》的人应该都不会对“氦闪”感到陌生,相信不少人都会将其想象成“氦闪过后,地球寸草不生”,或者是“氦闪会让太阳急剧膨胀,进而吞噬地球”。那么问题就来了,在真实的宇宙中,地球在未来真的会毁于太阳的氦闪吗?要回答这个问题,我们需要先来了解一下氦闪是怎么回事。

太阳的内部一直存在着两种力量的较量,其中的一方是太阳自身的重力,其方向是由外而内,另一方则是太阳核心反应区的核聚变所产生的“辐射压”,其方向是由内而外,现在的太阳之所以能够处于一个稳定的状态,其实是这两种力量达到了一种动态的平衡。

具体表现为,如果“辐射压”略占上风,太阳就会出现膨胀,其核心反应区的温度也会随之降低,而核聚变的反应速率与温度密切相关,温度降低了,反应速率也就会下降,所以“辐射压”就会降低。

在此之后,重力就会略占上风,太阳就会收缩,其核心反应区的温度也就随之升高,温度升高后,核聚变的反应速率就会提升,于是“辐射压”又会略占上风……

然而太阳并不能一直维持这样的稳定状态,毕竟太阳的“核燃料”并不是无限的。实际上,太阳的“核燃料”其实就是氢,而太阳释放出的光和热,其实就是在氢聚变成氦的过程中产生的。

需要知道的是,太阳的温度是从外到内逐渐递增的,只有在太阳的核心反应区才存在点燃氢核聚变的条件,而由于“辐射压”的存在,太阳外层的物质并不能进入太阳的核心反应区,因此太阳在主序星阶段只能消耗其核心反应区的氢。

当该区域的氢消耗殆尽之后,太阳的主序星阶段也就终止了,此时太阳的核心区域几乎全部都是氦,为方便描述,我们不妨将其称为“氦核”,由于此时“氦核”的温度还不足以点燃氦的核聚变,因此太阳内部就失去了对抗重力的“辐射压”,于是太阳就会不断收缩。

太阳的收缩,就意味着其内部的温度会越来越高,而“氦核”的温度上升得尤为明显,当“氦核”的温度升高到一定程度时,其外侧的那些原本从未参与过核聚变的氢就会大量地发生核聚变,我们可以将其称为“壳层核聚变”,于是太阳内部就又有“辐射压”了。

“壳层核聚变”比太阳在主序星阶段的核聚变要激烈得多,其产生的“辐射压”此时会大占上风,在这种情况下,太阳的体积就会持续膨胀,进而演化成一颗庞大的红巨星。

进入红巨星阶段的太阳,其“氦核”的温度依然没有达到氦的聚变所需要的条件,所以“氦核”仍然会有不断收缩的趋势,而随着“壳层核聚变”的持续,大量的氦也会不断地堆积,其造成的后果就是“氦核”越来越大,收缩的趋势也越来越明显。

在这种情况下,“氦核”就会变得越来越致密,温度也越来越高,当温度达到大约1亿度时,氦的核聚变就会被点燃。

此时“氦核”中的物质早已被重力“压缩”成了简并态,仅凭“电子简并压”来对抗重力,简并态物质有一个重要的特点,那就是它们的体积不会受到温度的影响,也就是不会“热胀冷缩”,所以这种物质就无法通过膨胀来降温,所以氦的核聚变一旦启动,其释放出的能量就会使“氦核”的温度迅速上升。

与氢核聚变相比,氦核聚变的反应速率对温度更加敏感,“氦核”的温度上升,就会迅速引发其中更多氦发生核聚变,这就会造成“氦核”的温度进一步上升,这样就形成了一种正反馈,于是氦核聚变的反应速率就会急剧提升,进而使“氦核”发生热失控的核聚变。

不过这样的情况并不会持续多久,因为在巨大能量的驱动下,“氦核”中的物质很快就会退出简并态,如此一来,“氦核”就可以通过膨胀来降温,热失控的核聚变也就结束了。

看到这里,相信大家已经知道了,这就是所谓的氦闪,通常情况下,氦闪只会持续几秒钟的时间,但就是在这几秒之内,其产生的能量密度可以超过太阳在主序星阶段时的上千亿倍,由此可见,氦闪的威力确实相当惊人。

然而从氦闪的形成原理我们却可以清楚地看到,氦闪其实是发生在太阳进入红巨星阶段之后,而这也就意味着,地球在未来并不会毁于太阳的氦闪,为什么呢?因为早在太阳发生氦闪之前,地球就已经被变成红巨星的太阳吞噬了

当我们在宇宙中四处张望的时候,总是会看到密密麻麻的恒星,通过对这些恒星的观测,我们就可以知道各种恒星从诞生到走向消亡的整个过程,科学家早已通过观测数据建立起了完整的恒星演化模型,据此就可以估算出太阳在红巨星阶段时到底有多大。

根据科学家的估算,在大约50亿年后,太阳就会演化成红巨星,届时它的半径将会是现在的200多倍,其表面可以轻松抵达地球围绕太阳的公转轨道,所以地球在此时就会被这颗庞大的红巨星吞噬,而在太阳进入红巨星阶段大约10亿年之后,氦闪才会发生。

值得一提的是,太阳的氦闪可以多次发生,每一次氦闪都会消耗大量的氦,而氦闪发生之后,其外层的“壳层核聚变”所产生的氦又会持续累积,当达到一定程度时,就会发生下一次氦闪。

就这样,太阳会在一次又一次的氦闪中走向消亡,在此过程中,太阳的外层物质会被大量抛离,进而形成一片壮观的行星状星云,而其内层的物质则会逐渐形成一颗致密的白矮星,而届时的地球早已不复存在。

当然了,这只是宇宙中自然演化的结局,并没有考虑到人类的影响,或许我们可以乐观地认为,随着科技的持续进步,未来的人类应该可以改变地球、甚至是太阳的结局。


好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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