根据小说改编的电影《流浪地球》让我们了解了太阳的氦闪,在小说或电影之中,氦闪迫在眉睫,而在现实之中,这却是几十亿年以后才会发生的事情。
为什么要等几十亿年,太阳才会发生氦闪呢?我们知道太阳的光和热全部来自它内部的氢核聚变,氢元素通过核聚变生成为氦元素并释放出巨大的能量,遗憾的是,太阳上的氢元素并不是无限的,终有一日它会耗尽,而这个过程大概需要100亿年的时间。现在太阳已经46亿岁了,如此看来,它上面的氢元素还能够再供它燃烧50亿年左右。
当然,即便太阳上的氢元素耗尽了,也不意味着从此太阳就会熄灭,它只是进入了生命的第二个阶段,氦核聚变阶段。
聚变反应需要高温,以氢核聚变为例,理论上需要上亿度的高温才能够点燃,不过太阳上的情况与我们这里不同,在太阳的内部有着极高的压力,所以只需1500万度便可以点燃氢核聚变。在50亿年之后,随着氢元素的耗尽,氢核聚变逐渐减弱,因聚变释放能量所产生的向外的辐射扩张压也随之减弱,于是太阳开始向中心收缩。
太阳的收缩导致了两个现象的出现。
其一,是核心内部的电子因不断压缩而产生了强烈的排斥力,这种因量子力学效应而产生的排斥力就被称之为“简并压”。其二,随着核心的不断压缩,内部压力越来越大,温度越来越高,最后,温度终于达到了足以点燃氦核聚变的程度。氦核聚变开始了,在三个氦聚变为一个碳的过程中开始产生大量的热量,但处于简并压状态下的氦核对于温度极不敏感,所以没有办法通过膨胀来降温,于是温度进一步升高,氦核聚变随之变得更加剧烈,就这样陷入了一个温度越来越高、聚变越来越剧烈的循环之中。
在这样的循环过程中,氦核聚变的功率会达到正常状态的千倍以上,这就是极限了,此时太阳会一下子把积聚的能量释放出来,这就是氦闪。
氦闪是一种极为剧烈的天体活动,可以在一瞬之间摧毁地球的生态。氦闪虽然可怕,但最多也就是摧毁地球生态,并不会对地球本身造成破坏,对于地球而言,更为可怕的是太阳膨胀。
在太阳向内收缩的过程中,核心温度会越来越高,高温会传导到太阳的外部。
太阳的外部物质中也存在着大量的氢元素,但因为外部的压力和温度不够,所以这些氢元素并没有参与到早期的聚变反应之中,但随着太阳的升温,外部的氢元素开始发生聚变,于是太阳外部物质开始膨胀,慢慢地,太阳会变成一颗红巨星,体积大幅增加,很可能吞没地球轨道。不过,氦闪也好、膨胀也罢,这都不是我们需要担心的事情,因为人类是等不到这一天的,为什么呢?因为太阳在氦闪和膨胀之前,也不是一成不变的。
太阳自诞生之日起,亮度整体是在缓慢增加的,在太阳诞生之初,它的亮度大概只有现在的85%。
大概在十几到二十亿年之后,太阳就会变得很热,这种热度足以将地球上的液态水全部变为飘浮在空中的云朵,只是这些云朵再也不会变成雨滴落下来了,没有了液态水,地球自然也就没有了生命存在的基础。当然,十几亿年也是非常漫长的,对于高速发展的人类文明而言更是如此,假如人类能够长久地和平发展下去,相信当地球末日来临的时候,人类一定能够拥有应对的方法。
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