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《流浪地球》中的氦闪是什么?

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  小編的话:
  《流浪地球》电影火爆春节假期,仰望星空、关爱地球甚至关心太阳,成为大家热议的话题。今天我们要给大家揭开的就是有关老年的太阳和氦闪的奥秘!一起来看看吧!
  小说中的氦闪
  刘慈欣在《流浪地球》小说的末尾对老年太阳有一段生动的描写:
  我的眼睛突然什么都看不见了,几秒钟后,视力渐渐恢复,冰原、海岸和岸上的人群又在眼前慢慢显影,最后完全清晰了,而且比刚才更清晰,因为这个世界现在笼罩在一片强烈的白光中,刚才我眼睛的失明正是由于这突然出现的强光的刺激。但星空没有重现,所有的星光都被这强光所淹没,仿佛整个宇宙都被强光溶化了,这强光从太空中的一点迸发出来,那一点现在成了宇宙中心,那一点就在我刚才盯着的方向。
  太阳氦闪爆发了。
  ……
  太阳爆发只持续了很短的时间,两个小时后强光开始急剧减弱,很快熄灭了o在太阳的位置上出现了一个暗红色球体,它的体积慢慢膨胀,最后从这里看它,已达到了在地球轨道上看到的太阳大小,它的实际体积已大到越出火星轨道,而水星、火星和金星这3颗地球的伙伴行星这时已在上亿度的辐射中化为一缕轻烟。但它已不是太阳,它不再发出光和热,看去如同贴在太空中一张冰冷的红纸,它那暗红色的光芒似乎是周围星光的散射。这就是小质量恒星演化的最后归宿:红巨星。
  引力和热压力的美妙平衡
  我们要讲的是一个长篇故事,讲的是引力和热压力这一对好朋友,携手走过百亿年,在经历了简并压这个家伙的捣乱后,最终破镜重圆的故事。
  大家都知道,明媚的阳光照耀到地球,是因为太阳内部稳定地发生着核聚变反应。不知大家想过没有,太阳核心并没有一个发电厂来控制,也没有工作人员在管理,如何会保持稳定呢?
  答案是引力和热压力的平衡,这两位其实是我们的老熟人。
  现在大家都喜欢坐电梯,觉得爬楼梯很累人,为什么呢?因为有地球引力在往下拉。冬天在水壶里面装热水,如果装得不太满、盖子又没盖紧的话,可能会突然听到“砰”的一声,盖子被热气给推出来了,这就是热压力在起作用。
  太阳内部也是类似的,引力和热压力,一个往内拉,一个往外推,两者平衡的时候,太阳就稳定了,所以太阳这种天体被称为恒星。
  引力和热压力这一对好朋友能够如此默契地配合,关键在于:①核聚变反应发生的速度和温度密切相关;②热压力对温度敏感。
  当某一刻反应速度加快,放出更多能量,温度就会升高,热压力会变大,超过了引力,于是就会向外膨胀,膨胀使得温度降低,反应速度就降下来了。当反应速度降低,放出热量减少,温度下降,热压力变小,引力超过了热压力,就会导致收缩;收缩带来升温,这样反应速度也就恢复上去了。
  于是引力和热压力这对好朋友配合默契,一起携手让太阳稳定发光100亿年。
  平衡被打破
  然而,美好的友谊也会有波折。即便太阳很大,体积也是有限的,核心的燃料也有用完的那一天。当太阳核心的氢都聚变成了氦,那时的温度仍然比较低,不能让氦发生聚变,热压力和引力的平衡就被打破了。
  就像两个好朋友吵架会导致友谊的破裂,这时的太阳仿佛也分成内外两个截然不同的世界。在太阳核心附近,热压力小了,引力会导致内核发生收缩。收缩的引力势能会带来一部分热量,使得核心靠外部分的氢加速燃烧(氢壳层燃烧)。在太阳外层,氢壳层燃烧产生的较大的热压力使得太阳外层膨胀,外层膨胀一方面导致太阳半径变大(体形巨大),另一方面使得太阳表面温度降低(颜色偏红)。
  又大又红的太阳发展到一定程度,就是大名鼎鼎的红巨星了。红巨星可以说是太阳晚年的一个夕阳红阶段,太阳晚年有多个阶段,因为篇幅所限,这里只介绍红巨星和氦闪。
  简并压登场
  前面讲了,红巨星内外是两个世界,内核收缩,外层扩张,扩张有广阔的空间,收缩则不然。当红巨星内核收缩到一定程度,其中的物质就变成了一种奇特的高密度状态(简并态)。在简并态下,热压力没有了,引力只好和简并压临时凑成一对。
  但是简并压的问题在于,对温度不敏感,于是控制不了反应速度了。当核反应速度上升,放出更多的能量,核心温度上升,核心处于简并态的物质并不会像普通物质一样随之膨胀,从而把温度降低,所以温度的升高导致了反应速度进一步上升,最终导致了氦闪。
  那时的情况可以用“失控”两个字来形容,在几个小时内,大量的氦猛烈地燃烧(即聚变成了碳),放出的巨大能量加热了内核,最终简并态消失,热压力回来了,于是引力和热压力终于破镜重圆了。
  太阳的终结
  在一亿度的高温下,内核中的氦稳定地聚变为碳,外壳层中的氢聚变为氦,这一阶段被称为水平支。老年太阳还会经历渐进巨星支阶段,会发生一系列的爆发性氦壳层闪光,这种闪光可以影响到太阳的外层,造成亮度和半径的大幅波动,所以更容易被观测到。
  此时的太阳已经经不起这样的折腾了,它的外层会被逐渐吹飞,变成美丽的行星状星云,内部则留下一颗白矮星(白是说温度高,比目前太阳表面温度高一倍;矮是说个头小,只有行星那么大),白矮星缓慢冷却,才是太阳的最终归宿——黑矮星。
  恒星的一生
  由此,我们可以看到现实世界和小说世界的不同。在现实中,氦闪终止了太阳的红巨星阶段,而小说中的描写似乎是开启。在现实中,红巨星只是太阳晚年的初期阶段,还有更加戏剧性的阶段在后头。
  在现实世界中,恒星的一生非常漫长,它们一生大部分时间都处于稳定的壮年,也就是主序阶段,处于主序阶段的恒星叫主序星。即使到了老年阶段,从年富力强的主序星到夕阳红的红巨星再到氦闪,这一过程也需要上亿年的时间。小说中可能是为了让读者体验到恒星演化的壮丽,并对情节产生推动,所以用文字加速了太阳演化过程。
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