了不起的物理

58 太陽的宿命是什麽?

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電影《流浪地球》的大背景是太陽即將發生“氦閃”,將要吞噬地球,人類決定把地球從原來的位置移走,從而逃離這次毀滅性的災難。什麽是氦閃?氦閃發生以後太陽會變成什麽樣子?

太陽這樣的恒星有一個固定的大小,而不是在自身引力的作用下無休止地收縮,是因為恒星內發生的核聚變反應會產生向外的爆炸,這種向外的爆炸衝擊力阻擋了引力的收縮趨勢,並與之保持平衡,這讓恒星有了固定大小。但如果有一天,核反應的燃料用完了,這種爆炸就不能繼續,向外的支持力就會消失,引力的收縮趨勢繼續占據上風,如此一來恒星將繼續坍縮。

太陽內部發生的核聚變反應是最普通的核聚變,它的反應過程是氫結合成氦。氦之間其實也可以繼續發生核聚變,生成碳和氧。但是要發生氦的核聚變反應是更加困難的,需要更高的溫度和壓強。當太陽上的氫核聚變結束以後,向外的支持力消失,在引力的作用下太陽會坍縮。在這個劇烈的坍縮過程中太陽內部會持續升溫,它的內部壓強也會增大,從而達到開啟短暫(約幾分鍾)氦核聚變的環境。在這個過程中,太陽會發出猛烈的能量流。氦核聚變開啟,巨大的能量流湧現出來,這個過程就叫“氦閃”。

在氦閃的過程中,太陽會釋放出巨大的能量,它波及的範圍會把地球吞噬,其能量釋放的過程會持續10萬年左右,太陽會變成一顆“紅巨星”。紅巨星狀態是太陽的核反應結束了,內核坍縮的同時,外殼向外膨脹變成紅色,表麵溫度也會從6000攝氏度降低至5000攝氏度左右。為什麽會這樣?其實很簡單,你一定在電視上見過廢舊大樓被拆除時的爆破場景,爆破之後,樓雖然坍塌變小了,但會掀起很大的煙塵。紅巨星也一樣,太陽核聚變反應完畢,向內坍縮,變成一顆小體積的白矮星,坍縮過程也會像大樓倒塌一樣,在宇宙中掀起巨大的煙塵,這個狀態就是紅巨星。紅巨星嚴格意義上不是一顆穩定的天體,而是太陽演化成白矮星的中間態。