作者:K²
《流浪地球》之所以要执行时间跨度为2500年,经历100多代人的努力才能完成的“流浪计划”,是因为平时温和提供能量的太阳即将要发生「氦闪」,因此地球才迫不得已要远走他乡去到三体人居住的三恒星系统。
假如不执行计划的话,那么地球将会受到「氦闪」事件的波及,届时地球上的生命将无一幸免,地球的命运也会迎来两个悲惨的结局:
什么是氦闪?
与太阳质量相当的恒星在经历了主序星阶段之后,处于红巨星阶段中的红巨星支状态时,原本的氢核被氦核取代了,氦核四周的氢元素被加热,当氦核的温度达到1亿℃就会发生——核氦闪。
恒星处于红巨星阶段中的水平分支状态时,氦原子通过一系列的聚变反应生成1个碳原子,氦核也会被碳氧核取代,氦元素会全部聚变成碳和氧元素,当温度达到1.1亿℃就会发生——壳氦闪。
氦闪——恒星跨越上百亿年演化的结果
太阳诞生于分子的引力坍缩,随着恒星核球的温度不断上升,直至氢原子被点燃,氢原子通过聚变生成更重的氦原子,核聚变产生的热压力与引力抗衡着,让太阳处在一个稳定的状态中,这个状态将会维持100亿年。
引力和热压力能够在100亿年间维持在平衡的状态中,原因在于恒星内部的有一种自我调节的机制——核聚变反应。
反之,核聚变反应速度下降后,辐射的能量变少了,热压力也随着下降,引力又会占据主导地位。
引力与热压力的平衡终究会有被打破的一天,就算质量再大的恒星也会有燃料耗尽的那一刻,当氢原子全部聚变成氦原子的时候,在缺乏核聚变供给热压力的情况下,维持了100亿年的平衡将会被引力打破。
引力占据主导地位后迅速将作用发挥到了极致,氦原子被引力极限压缩,密度也达到了致密的状态,最终氦原子变成了量子力学的泡利不相容原理的——简并态。
恒星内部区域的氦聚变会让内核的温度不断上升,氦聚变反应的速度也加快了,在短短的几分钟之内,内核的氦聚变反应就会完全失控,6%的氦元素会聚变成碳元素,于是无可避免地就发生了——核氦闪。
像太阳这种质量的恒星在氦闪时释放出来的能量会达到5×10⁴¹焦,如此数值的能量足以供应恒星燃烧3100万年。
氦闪——由恒星的质量决定
发生氦闪的恒星质量介于0.8~2倍太阳质量之间,当然这是天文学家还没有统一的数值,上限与下限会存在一定的偏差:
位于猎户座的参宿四是一颗10倍太阳质量的恒星,目前正处于红巨星阶段,参宿四核心的氦核反应正在平静地聚变碳元素,不会发生氦闪。
参宿四这个案例说明了——恒星是否会发生氦闪,完全取决于恒星的自身质量。
氦闪是猛烈的爆发吗?
氦闪,给人的第一感觉是恒星的光度突然增高、能量突然爆发让恒星发生了闪动。
事实并非如此,氦闪是不会闪动的,尽管核聚变在短时间内释放出巨大的能量,然而恒星是没有任何表现的。
恒星发生氦闪的时候处于红巨星的阶段,体积已经膨胀变大了,由于核氦闪释放出来的能量是在恒星内部,其中一部分的能量都消耗在让核心物质脱离简并态上面,剩余的能量会在恒星的球体半径之中化为恒星的能量。
简单概括:核氦闪,在核心区域是很剧烈的,壳层区域是很平静的。
K²结语·现实中的氦闪是什么情况?
氦闪只是恒星模型和恒星演化的推导理论,现实中天文学家还没有真正观测和探测到过氦闪,一旦天文学家观测到氦闪,无疑是一个诺贝尔级的发现。