SWAG 若是地球不废弃于氦闪,那它将废弃于什么
发布日期:2024-10-03 23:07    点击次数:137

SWAG 若是地球不废弃于氦闪,那它将废弃于什么

本文来自微信公众号:返朴 (ID:fanpu2019)SWAG,作家:王善钦

科幻演义《流浪地球》设定太阳会在几百年后发生氦闪,因此东说念主类带着地球流浪。电影《流浪地球 2》将太阳发生氦闪的时候“提前”到 2078 年。在实际中,氦闪会在几百年后发生吗?若是不会,地球会一直安全吗?若是地球不再安全,东说念主类有什么办法支吾?

撰文 | 王善钦

在科幻演义《流浪地球》中,太阳会在几百年后发生氦闪废弃地球,为了生计,东说念主类用行星发动机激动地球流浪。电影《流浪地球 2》径直将太阳发生氦闪的时候“提前”到 2078 年。太阳的确会在几百年后发生氦闪吗?若是不会,那以后会发生吗?若是短期内氦闪不会发生,咱们还会遭受其他训练吗?

太阳和日球层天文台(SOHO)于 2003 年 10 月 28 日拍摄的带有黑子的太阳的图像。图片开头:ESA氦闪:几十亿年后的事情

太阳的动力来自其中枢的氢的聚变。氢聚变为氦,开释出的伽玛射线向传闻播,将经过的物资加热,使太阳发出光泽与热量。太阳里面氢聚变的焚烧温度约为 1500 万度。

好多东说念主对氦闪的扭曲是:太阳里面的氢在聚变为氦的进程中发生氦闪。但骨子上,氦闪是:太阳里面的氦在聚变为碳的进程中发生氦闪,而氦聚变需要的温度约莫是 1 亿度。

当今的太阳中枢还处于氢聚变进程,必须比及中枢氢聚变进程末端,才会启动中枢的氦聚变。然后才有氦闪。

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阐述策动,太阳中枢氢聚变会执续约莫 100 亿年,而太阳才聚变了 46 亿年。因此,在而后至少 50 多亿年之后,中枢氢聚变才会末端,氦聚变才有可能启动,氦闪才有可能发生。

是以,要念念比及太阳氦闪,等 50 多年不够,等几百年也不够,而是至少要等 50 多亿年。

即使等 50 多亿年,也不会立即比及氦聚变和氦闪。因为从中枢氢聚变末端到中枢氦聚变启动,中间还要履历约莫 10 亿年的断绝期。

在这 10 亿年中,太阳自己的引力压缩已聚变为氦的中枢。中枢的减轻导致引力势能的一部分滚动为热,致使中枢越来越烫,在某个时间让中枢以外的氢发生聚变,产生的能量加热了外部物资,导致外层推广。

这个进程不断进行,中枢越缩越小、质地越来越大、温度越来越高。与此相悖,太阳中枢以外的物资层越胀越大、越来越冷。太阳因此先成为橙色的亚巨星,亮度为太阳几十倍;然后沉稳成为红色的红巨星,亮度达到太阳几百倍。

太阳清晰图(左)与太阳成为红巨星之后(右)的艺术念念象图。图片开头:Department of Physics, NCKU

被高度压缩的氦中枢也运行产生昭彰变化:由于中枢里面的电子被压缩到太接近,产生了热烈的抹杀力。这种斥力不是同种电荷的电荷斥力,而是量子力学效应引起的。[注 1] 这种斥力被称为“简并压”。这个阶段的氦核,就成为简并氦核。

当氦核的质地达到太阳质地的 0.45 倍、氦核中心的温度达到约莫 1 亿度时,氦中枢启动聚变反馈,其详尽后果是:三个氦聚变为一个碳。在太阳的氦聚变启动前,它已处于简并情景,这导致氦聚变立即失控。

导致失控聚变的原因是:简并氦核的压强以简并压为主,而简并压对温度很不敏锐。氦聚变导致氦核温度快速升高SWAG,但氦核的总压强只细微增多,因此不和会过推广来有用降温;升高的温度导致氦聚变速率升高,从而又导致温度连接升高……

这么就酿成一个正轮回,就像你因为学习致力被敦朴表扬,因此愈加致力,因此取得敦朴更多表扬,于是豪恣致力……

这么的轮回导致氦聚变的功率急剧增多到平时情景的千亿倍以上,在几分钟内就把氦中枢的 6%—— 通盘太阳质地的 2.7%—— 烧成碳。这几秒到几分钟的豪侈品,即是氦闪。

因此,太阳至少得经过 60 多亿年,才有可能发生氦闪。是以,关于太阳会在翌日几十到几百年发生氦闪的假设,太阳会径直否定三连:我不是,我莫得,别胡扯啊。

太阳发生氦闪后,东说念主类也无法不雅测到剧烈的闪光。因为氦让开释出的能量导致氦核推广,推广进程耗尽了这些能量,莫得剩余能量传递到太阳名义。另一方面,氦核推广后简易并物资变为凡俗物资,而后太阳内的氦聚变安定进行。

因此,太阳的氦闪自己是东说念主畜无害的 —— 假设太阳在成为红巨星时,地球上还有东说念主与畜。是以也根底不存在氦闪立即废弃东说念主类的可能性。东说念主类也尚未不雅测到其他恒星中枢发生氦闪导致的短期变化。[注 2]

不外,氦闪如故会引起长期变化效应。氦中枢的赶快推广会导致温度镌汰,进而导致壳层氢的温度与压强也镌汰,导致红巨星举座减轻。经过一万年傍边,红巨星的半径减轻到正本半径的 2%,亮度镌汰到正本的 2%,[注 3] 名义温度也会升高一部分,热诚变为橙黄色。太阳再次成为橙色的亚巨星。

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夜空第四亮星 —— 大角(Arcturus)—— 即是一颗橙黄色的亚巨星。图片开头:Greg Parker

换句话说,氦闪不仅不会使恒星举座推广、变亮,反而会导致恒星举座减轻、变暗。

简直的太阳危机

既然太阳的氦闪得等至少 60 亿年,那东说念主类就因此安枕而卧了吗?

并非如斯。这是因为,除了早期几亿年,太阳的亮度在昔时几十亿年的时候内一直在沉稳升高。在太阳刚出身时,它的亮度约莫是当今的 85%,然后在而后的几亿年下落到当今的 75%,接着在而后于今的约 40 亿年,太阳的亮度一直升高到当今的值。今后,太阳的亮度会连接上涨。在太阳的年岁为约莫 100 多亿年时(60 亿年后),它的亮度将是当今的 2 倍,如下图实线所示。

在昔时的大多数时候与翌日的时候里,太阳亮度(实线)渐渐增多,半径(长划线)渐渐增大,温度(虚线)在 100 亿年内基本不变,100 亿年之后运行镌汰 —— 成为红巨星。横坐标为时候,单元是 10 亿年;纵坐标为亮度,单元是太阳当今的亮度。图片开头:Ignasi Ribas,arXiv:0911.4872, doi:10.1017 / S1743921309992298, S2CID 119107400

越来越亮的太阳导致地球也越来越热。在彗星等天体为早期的地球带来无数的水之后,地球上一度有约 90% 的面积被水掩饰。跟着太阳亮度不断升高,这一比例镌汰到当今的约 70%。

这是一种漫长的大家变暖效应,但不是因为二氧化碳排放导致的,而是太阳的亮度变化导致的。

跟着翌日的太阳进一步变亮,地球也将进一步变暖。痴呆接头,十几或二十几亿年后,地球上的扫数大地水王人会被挥发为云,且不再下雨,天际全是云。

太阳在推广为红巨星的进程中,更会因为其弘大的亮度径直烤焦地球。氦闪之后,太阳从红巨星减轻为亚巨星,倏得停留后,将再行推广为红巨星致使红超巨星,吞吃没火星与木星。

而后,太阳将产生几次喷发进程,喷发出的物资成为行星状星云,留住来的中枢开释出的光以 X 射线与紫外线为主。再经过一段时候,中枢冷却,成为碳氧白矮星。这个阶段的太阳在可见光波段上又太暗了,通盘太阳系也将黝黑无光。

欧洲南边天文台(ESO)的甚大千里镜(VLT)拍摄的哑铃星云,它即是一个行星状星云。几十亿年后,咱们的太阳应该也会使这神志。图片开头:European Southern Observatory

东说念主类何去何从?

在太阳推广为红巨星之前,地球就已有了生计危急,因为太阳亮度上涨会导致的地球温度升高,从而使地球也越来越不宜居。

不外,这个变化进程至少要几亿年才会变得比拟显赫,因此东说念主类不错在这几亿年念念出各式办法。“咱们肃穆念念象,有东说念主肃穆终了。”

领先,东说念主类不错移居火星。当今的火星还比拟冷。但在太阳越来越亮之后,火星也会因此升温。诚然火星大气轻淡,但当时候的东说念主类应该有才智在火星制造出富足的氧。

其次,开荒多少天际城,并让它们在合适的轨说念绕太阳公转。

第三,找到围绕其他恒星的宜居行星,分批移动。

以上的一些决议并不成一劳久逸。因为,在太阳推广为红巨星之后,地球会被烤焦,火星也将太热。因此在此之前东说念主类要么让天际城移到更远的轨说念上围绕太阳运转,要么移居其他星球。

在太阳成为白矮星之后,东说念主类可能就只可移居其他星球了。

不外,太阳推广为红巨星并最终成为白矮星,还需要至少 60 亿年,当时候的东说念主类应该有才智移居其他星球或念念出其他更好的决议。

庄子也曾在《汗漫游》里说:“朝菌不知晦朔,蟪蛄不知春秋”。东说念主类倏得的一世昭彰远远短于天地中的各式天体的年岁;在它们眼前,咱们的一世的瑕瑜与朝菌(传说中的一培育物,见太阳就死)和蟪蛄(一种蝉)的寿命并无各异。然则,东说念主类从运行有笔墨到当今也不外几千年时候,却已大略破解天地与恒星演化的巧妙。咱们当然应当对咱们的后代的颖异与生计手段更有信心。

防备

[注 1] 阐述量子力学中的“泡利不相容旨趣”,同种费米子在过度接近时王人会产生这种量子力学效应,从而彼此抹杀。而电子、质子、中子王人是费米子。举例,白矮星即是一种依靠电子简并压维持的紧密星。

[注 2] 中枢氦闪诚然无法被不雅测到,但发生在氦壳层的“壳层氦闪”也曾被不雅测到,壳层氦闪会导致恒星亮度在几天内增多 100-1000 倍,然后再快速下落。

[注 3] Taylor, David. The End Of The Sun,  https://faculty.wcas.northwestern.edu/ infocom / The Website / end.html

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