记者 于梅君
氦闪,就像在恒星内部引爆一颗氦原子弹
人的一生,要经历婴幼儿、少年、青年、中年、老年时期；同样,太阳的一生,也会经历大概五个时期,分别为:主序星前阶段、主序星阶段、红巨星阶段、红巨星后期、白矮星阶段。
太阳是一颗中等质量恒星,在恒星分类中属于黄矮星,寿命约为100亿年,目前太阳正处于主序星阶段,也就是青壮年时期,已经50亿岁了。
太阳东升西落,看似每天都一样。但其实,它就是个躁动的孩子。太阳表面像一大碗煮沸的粥,不停冒着直径近乎一千英里的泡泡,温度高达6000℃。大规模爆炸,会定期撕裂太阳表面,在数秒钟内,释放出相当于十亿颗原子弹的能量。
科学证明,太阳中所蕴含的元素,90%是氢,还有氦和少量较重的元素。太阳的核心,体积不足太阳的2%,质量却超过太阳的一半,氢原子核在1500万摄氏度的高温和极高压力下,快速移动,相互猛烈撞击、融合,形成了氦。
氦闪是什么?顾名思义,“氦”说明它是氦元素聚变,“闪”说明它是一种瞬时性的现象。
“太阳之所以会发光,是因为核心正发生核反应,氢通过聚变合成氦,这个过程会逐渐消耗氢,导致太阳核心坍缩。同时,太阳核心之外的包层,在高压强下不断膨胀。”南京大学天文与空间科学学院教授陈鹏飞介绍,“当以氦为主要成分的太阳核心逐渐收缩时,其温度也越来越高。当温度达到约1亿摄氏度时,氦会被点燃,大量氦在几分钟内完成聚变反应,释放出巨大能量,发出的光会猛然增加约50倍,这个过程就是氦闪”。
氦元素聚变可不像氢那么“温柔”,它会“轰”的一下爆发,就像在恒星内部引爆了一颗氦原子弹。氦闪的威力有多大?太阳每秒所产生的能量,可满足人类20万年以上的能源需求。而氦闪一旦发生,一瞬间所释放的能量,就相当于太阳百万年核聚变所释放的能量总和!
不过,虽然将来太阳肯定会发生氦闪,但至少在50亿年甚至70亿年后才会发生,所以目前人类完全不必担心。
发生氦闪时,太阳会把地球“吞到肚子里”
氦闪是太阳演化的关键环节,也是地球接受太阳“烤问”的生死时刻。在《流浪地球2》中,这也是电影中人类决定“流浪”的关键。
中国科学院物理所研究员梁文杰介绍,再过50多亿年,太阳演变为红巨星后,其表面温度可能会从现在的5700多摄氏度,降为约3000摄氏度,届时太阳核心的氢将消耗殆尽。
“氦闪通常会发生在红巨星演化末期。红巨星阶段,太阳已经膨胀到地球轨道,表面温度达到约3000摄氏度,而地球岩石的熔化温度在2000摄氏度以下。因此,无论是红巨星阶段的温度变化,还是突然爆发的氦闪,都会让地球熔化。”梁文杰说。
通常情况下,氦闪只会持续几秒钟,但就是在这以秒计的时间里,太阳核心的氦剧烈燃烧,产生比平时高千亿倍的能量,这时一个太阳的能量输出,顶得上整个银河系,同时太阳也会快速膨胀,并将大量太阳风暴喷向宇宙。
强烈的太阳风暴,会突破地球磁场的阻挡,直接席卷大气层,强光会使地表草木枯焦、海水蒸发、动物死亡,将是地球上所有生命体的灭顶之灾。因此,《流浪地球》里把氦闪描述成毁灭性的闪光是有道理的。
现在的太阳已经很大了,但发生氦闪后,未来的太阳还会更大。天文学家通过计算,认为太阳的体积最终会膨胀为现在的130万倍到380万倍之间,它的直径至少1.5亿公里以上。地球距离太阳1.49亿公里,所以膨胀后的太阳,必然会吞没地球轨道。
更恐怖的是,氦闪并不是闪一次就停止了,它会根据太阳内部氦元素的丰度变化而不断氦闪,同时不断使太阳膨胀,最终太阳会膨胀成红巨星。所以,如果地球还在原先轨道上的话,将只能在太阳的内部运行,也就是说,太阳将把地球“吞到肚子里”。因此,地球生命要想继续生存下去,只有两个选择,要么逃离地球,要么带着地球逃离。
若太阳走向终结,地球能否幸免于难?
《流浪地球2》中,人类试图通过移山计划、方舟计划、逐月计划、数字生命计划,在末日来临时寻找生机。最终,上万座巨大的行星发动机,成为推动地球开启“流浪之旅”的希望。梁文杰表示:“从艺术上来说,影片中的地球‘流浪’方式是一个伟大的想象,但从目前的科学水平来说还很难实现。”
梁文杰解释:“地球本身不是一块坚硬的石头,地壳下40—70公里处是熔岩,有点类似于鸡蛋的结构。如果想驱动1万多座发动机,仅耗时百年来推动地球‘行走’,发动机对地球产生的压力,是地球承担不起的,会把‘鸡蛋’的壳击碎。而如果发动机缓慢加速,逐渐达到最大功率,那地球‘流浪’的时间将更长,甚至要成千上万年时间。在‘流浪’期间,地球会发生什么、遭遇什么,人类文明又将经历什么,都很难预料。”
有人认为,危机到来时,迁移到月球是一个不错选择,因为月球质量只有地球的1/81,比地球容易推动,而且月球早已被地球潮汐锁定,一个月只转一圈,所以让它停止自转也比较容易(实际上也不用让它停止自转,把发动机装到南北极,就可以推动它向着一个方向前进),而且月球内部的熔岩活动基本停止,在上面建造巨型发动机,也不用担心地壳受不了,人类也完全可以在月球地面下建造地下城生活,只是月球上比较缺水,往月球上运水是个麻烦事。
如果50多亿年后,地球生存危机在所难免,那么是否可以改变轨道另寻去处,待氦闪等危机解除后,再重返原来的地球轨道?
梁文杰认为,即使太阳危机解除后重返原来的轨道,对于地球来说,可能意义也不大了,因为那时太阳已进入衰老期,它提供的热量无法维持地球生命的生存,而且最终这个“大火球”还是会熄灭的。
如果放弃太阳,寻找其他恒星行不行?中国科学院国家天文台研究员苟利军认为,假如地球另择宇宙“栖息地”,选择新的恒星环绕运行,就意味着要“适应”一个新的行星轨道,那么进入轨道的速度、方向、能量等,都需要精准测算,以人类现有的技术,在短期内难以实现行星级天体的入轨。
据科学家估算,50多亿年后,太阳就会演化成红巨星,届时它的半径将会是现在的200多倍,其表面可以轻松抵达地球围绕太阳的公转轨道,所以地球在那时就会被这颗庞大的红巨星吞噬。
当然,这只是宇宙中自然演化的结局,并没有考虑到人类的影响,或许我们可以乐观地认为,随着科技的持续进步,未来人类应该可以改变地球、甚至是太阳的结局。
只要人类文明能够一直平稳发展下去,很有可能会在太阳氦闪发生之前,完成星际迁徙,找到新的居住地,也许还能像科幻作品中描述的那样,带着地球一起“流浪”。
