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《流浪地球》中的氦闪究竟是什么?
The following article is from 风云之声 Author 袁岚峰
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氦闪本身不是灾难,伴随氦闪的太阳膨胀才是。
撰文 | 袁岚峰
大年初一,《流浪地球2》将带领大家再次回到氦闪的世界。氦闪是什么?看过原著的人知道,它对地球是一种致命的灾难,一闪过后毁天灭地。正是为了躲避氦闪,人们不得不让地球离开太阳系,为此建造了大量的行星发动机,让地球停转,住到地下,开启了苦难的行军。不过,氦闪究竟是什么?
非常好的问题!如果你能从这个角度去思考,你的思维水平就超过了90%的人。下面,我们就先来解释一下为什么氢聚变不会闪。
答案非常有趣:太阳里存在一个自发的负反馈机制,就像人体维持体温、血压、pH值等指标稳定的负反馈机制一样。核聚变需要非常高的温度和压强才能发生,而太阳的核心刚好达到了氢聚变的条件,可以让氢聚变成氦。太阳物质的万有引力使得它们向内塌缩,而氢聚变的能量使得它们向外膨胀,两者刚好达到平衡。最奇妙的是,这个平衡是自我维持的。
为什么呢?因为如果核聚变太快了,放出的能量太多,核心就会膨胀,这会让核心的温度下降,于是核聚变又会变慢一些,恢复了平衡。反之,如果核聚变太慢了,放出的能量太少,核心就会收缩,这会让核心的温度上升,于是核聚变又会变快一些,同样恢复了平衡。这个负反馈机制导致,几十亿年来太阳一直在以相对稳定的速度燃烧氢。这对我们是一个巨大的好消息。假如不是这样,太阳辐射忽高忽低,那么地球上的生命早就死光光了!因此,我们习以为常的“万物生长靠太阳”,其实是一种巨大的幸运。
下面,我们再来解释为什么氦聚变就会闪。答案你已经能猜到了:氦聚变没有这样的负反馈机制。但为什么没有呢?
这里的基本原因在于,氦聚变难以点燃。两个原子核要聚变,首先要克服双方带正电的质子之间的排斥力。而氦有两个质子,氢只有一个质子,因此让两个氦聚到一起更困难,需要的温度更高。当太阳核心的氢消耗殆尽时,里面全都是氦,却不能发生聚变。这些氦就好比煤炉中煤炭燃烧剩下的灰烬,被称为“氦灰”。
这就是氦闪!在以秒计的时间里,太阳核心的氦剧烈地燃烧,产生的能量比平时高千亿倍。这时一个太阳的能量输出,顶得上整个银河系。因此,《流浪地球》里把它描述成毁灭性的闪光,是有道理的。
然而如果细究起来,这个描述其实不对。因为氦闪的能量爆发只是在太阳的内部,这些能量大部分被太阳本身吸收了,以至于在外界几乎看不出太阳的亮度有什么变化。因此,目前我们还没有观测到一颗氦闪的恒星,因为缺少观测的方法,这是一个活跃的研究前沿。
无论如何,太阳将来确实会成为我们的毁灭之源。为此我们也确实需要想办法,无论是带着地球流浪还是抛下地球流浪,还是移居到另一个地球。不过并不像科幻作品那样着急,因为太阳目前的氢燃料还很充足,它变成红巨星应该是在50亿年之后,而不是几百年甚至几十年。然而能让我们居安思危,胸怀宇宙,就是了不起的价值。
本文经授权转载自微信公众号“风云之声”。
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