地球、太阳、行星在宇宙空间示意图。 (视觉中国供图) |
近日热映的《流浪地球2》提出,人类将在2078年面临太阳氦闪危机,这一危机将摧毁地球。那么,太阳氦闪是怎么回事,2078年会发生太阳氦闪吗?
太阳氦闪释放的能量不能穿出太阳表面
“太阳氦闪是太阳成为红巨星、太阳内部的氦核被压缩成为一种致密的物质状态,其点燃时发生的一系列爆燃。每次太阳氦闪的时长大概在几秒或几分钟,直到太阳氦核变成正常物质。”中国科学院国家天文台冷湖基地首席科学家邓李才说。
目前,太阳处于主序星阶段,正在持续进行氢元素的核聚变。在这一过程中,氢元素会转变为氦元素。当氢燃烧殆尽后,太阳核心区域几乎全部是氦,成为氦核。
邓李才表示,在太阳的氦核温度达到2000万摄氏度左右时,氦核外侧原本没有参与过核聚变的氢会大量发生核聚变,此时太阳的体积会膨胀,成为一颗红巨星,体积大到足以吞并水星和金星。
进入红巨星阶段的太阳,内部的氦核会逐渐进入致密的物质状态,当其质量达到0.45个太阳时,氦核就会由外向中心发生太阳氦闪。
“太阳氦闪释放的巨大能量不能穿出太阳表面,因此不会像《流浪地球2》描述的那样摧毁地球。”邓李才说。
真正的威胁在太阳氦闪之前
太阳氦闪离我们还很遥远,因为太阳需要在成为红巨星后才会发生太阳氦闪。
邓李才告诉记者,目前,太阳所处的主序星阶段相对稳定,一般认为太阳能保持这一状态100亿年左右。现在太阳的年龄为46亿年,大约再过50亿年,太阳的氢会完全烧完,才会逐渐转变成红巨星。变成红巨星后,太阳氦闪的发生还需20亿年左右。
“其实,真正给地球带来威胁的是成为红巨星的过程,这一过程发生于太阳氦闪之前。”邓李才说。
太阳在成为红巨星的过程中并不稳定。邓李才表示,当太阳不稳定后,地球的生存环境会急剧恶化,逐渐膨胀为红巨星的太阳表面将会接近地球的轨道。
“不过,这些事件的发生还离我们非常遥远,那时还不知道地球是否存在。所以,‘2078年太阳氦闪危机’只会出现在电影情节中。”邓李才说。
============================================================
名词链接
氦闪是指小质量恒星核心氢热核反应结束后形成的氦核在简并状态下,即一种致密物质状态下的核聚变反应。
其实,太阳里是存在一个自发的负反馈机制的。核聚变需要非常高的温度和压强才能发生,而在主序阶段太阳核心一直具备氢聚变的条件,在负反馈机制的限制下,可以让太阳物质的万有引力与氢聚变的能量释放刚好达到平衡,这就促使太阳在几十亿年来一直相对稳定。
但是,小质量恒星中央的氦聚变,在点燃时没有这样的负反馈机制。当太阳晚期的氦核在引力的作用下向内收缩时,温度升高,但压强不变,直到氦核的温度高达一亿摄氏度,氦被点燃,聚变放出的能量让温度升得更高,让更多的氦聚变。
这个物理过程发生在简并条件下,此时氦聚变只有正反馈,没有负反馈,所以造成了这一系列的失控爆炸,这就是氦闪。