《流浪地球2》中的科学：太阳为什么要氦闪？什么是红巨星？

《流浪地球2》是《流浪地球》的前传，讲述了地球开启流浪之前，发生的惊心动魄的故事。
电影《流浪地球2》是《流浪地球》的前传，讲述了地球开启流浪之前，发生的惊心动魄的故事。其中的一个关键就是人类如何认识太阳发生氦闪。那么迫使地球流浪的元凶——太阳，究竟是如何构成的呢？太阳是宇宙中很普通的恒星，它不但要自转还得围绕着银河系公转，它的直径大约有139万公里，相当于地球直径的109倍。太阳由内至外主要由日核、辐射层和对流层构成。日核占太阳半径的1/4，质量的一半，温度达1500万℃，随时都在进行着氢核聚变成氦核的核聚变反应。辐射层从日核到0.71个地球半径的区域，形成可见光传向太阳表面。对流层的厚度约15万千米，辐射层传来的能量，在这里以对流的形式传出去。

太阳和太阳的演变

接下来我们来了解一下太阳的核聚变反应。核聚变反应是人类目前能够操纵的核聚变反应，是由氢的同位素氘和氚原子核结合成较重的氦原子核，并放出巨大能量，核聚变前后质子和中子数量都保持不变。而太阳的氢核聚变反应虽然与此类似但又复杂很多，通常太阳内部聚集了极大的压力和温度，使得氢原子外的电子云结构坍塌，两个氢原子核克服斥力聚合在一起形成氘核，这是太阳内部聚变反应的第一步，同时发生了质量亏损，释放出热量，紧接着氘核和氢核又被挤压到一起，发生聚变，反应生成氦3，继续放热，最后两个氦3聚变形成氦4并且放出2个中子，太阳的核聚变反应释放出大量的能量。

太阳也像我们生物一样有着生老病死的过程，那么太阳的一生是什么样的的呢？太阳是一颗黄矮星，也是有生命周期的，黄矮星的寿命大致为100亿年。下面我们就来看一下太阳演变过程。大约在50亿年前银河系里的一颗恒星发生爆炸，形成了太阳星云。在引力的作用下，太阳星云不断收缩，体积越缩越小，密度也越来越大，中心温度也越来越高，当中心温度达到10000℃时，形成了原始恒星。当原始恒星的温度继续升高达到1000万℃时，触发了氢核聚变反应，太阳就此诞生了，诞生距今大约46亿年了，目前我们看到的太阳已经进入恒星的主序星阶段，也就是正值太阳壮年时期。

《流浪地球》中所说的氦闪，就是距今再过大约54亿年后，太阳的生命周期接近尾声，氢燃烧殆尽，将会发生的现象。氦闪是在中等质量恒星的核心，或是白矮星表面堆积的氦突然开始的核聚变，核心温度变得越来越高，太阳就逐渐变成一颗巨大但暗淡的红巨星，太阳的外层将向太阳系膨胀，将远远大于现在的太阳，太阳系内侧行星将会被吞噬，直到最后太阳骤然停止燃烧，变成白矮星。这就是《流浪地球》原著中写的：“太阳内部氢转化为氦的速度突然加快，太阳的演化已向主星序外偏移，氦元素的聚变将在很短的时间内传遍整个太阳内部，由此产生一次叫氦闪的剧烈爆炸”。

再过54亿年，发生氦闪一个结果就是太阳将会变成红巨星,而到那个时候地球一定会被变成红巨星的太阳吞噬吗？在这里我鼓励各位朋友都能尝试着进行推演，一切能自圆其说的结果都是可能发生的，比如说：如果地球与太阳中心的相对距离保持不变，那太阳外部向外膨胀时必将吞噬地球，甚至都不用红巨星的边缘接触地球，高温早就将地球汽化了。但是如果54亿年后地球与太阳的距离已经足够远了，红巨星的高温不会或者较小的影响到地球也是可能的。根据观测，由于太阳的高温燃烧，存在着自太阳向外的“太阳风”，目前的太阳风每年会将地球推离太阳1.6厘米，那么随着太阳燃烧的加剧太阳风也会随之加剧，加之漫长的几十亿年的时间，也许到时地球不会被红巨星吞噬。但最终失去太阳的地球也很难再维持生命的延续。几十亿年后的事，一切皆有可能。