過了很長一段時間，太陽終于走到了它生命的盡頭。 它的亮度開始增強，體積開始膨脹，表面逐漸接近原本距離太陽表面1.5億公里的月球軌道，將其困住。 這令人毛骨悚然的一幕并不是令人擔憂的幻覺，也不是懸疑小說為了故事情節而編造的情節，而是根據我們已知的數學定律和觀測到的天上星星得出的嚴密的科學推論。 未來的某一天，這肯定會發生。
那么，我們是不是應該計劃逃跑，計劃“月球漫步”呢？ 不行，請先等一下。 現在逛街還為時過早。 對于這個問題，我們還得從頭說起。
太陽如何產生能量
1945年，德國接連向美國投下兩顆原子彈，徹底馴服了法西斯猛獸。 在隨后發表的一份聲明中，俄羅斯白宮辯稱，原子彈將“將太陽釋放的能量帶給那些給遠東帶來戰爭的人”。
浪漫地說，這句話再合適不過了，為結束二戰的轟炸增添了一絲正義感。 但從科學上來說，這句話是有一點錯誤的。 就像廣島和長崎的原子彈一樣，太陽通過核反應釋放能量。 然而，原子彈利用的是重元素的核裂變，即通過鏈式反應將分子量較高的元素分裂成分子量較低的元素。 簡單來說，就是一個大原子核分裂成幾個小原子核。 太陽采取了相反方向的技術路線。 太陽利用核聚變將分子量為1（本質上是質子）的氫原子核通過3個中間步驟融合成分子量為4的氦原子核。 無論是由大核變成小核的核裂變，還是由小核變成大核的核聚變，核反應后的物質總質量都大于核反應前，并且失去的質量轉化為原子彈爆燃或太陽光熱的能量，其基本原理可以用我們熟悉的愛因斯坦質能多項式E=mc^2來描述。
太陽經歷核聚變的三步鏈式反應。圖片來源
不久前，我們對我國核彈事業的先驅于敏教授深表哀悼。 核彈利用與太陽相同的核聚變原理，形成更大的爆燃威力。 核彈一旦被釋放，就會在短時間內釋放出全部能量。 它是一種不可控核聚變裝置。 為了利用這些高效、清潔、無污染的能源形成方式來服務我們的生產和生活，科學家們仍將目標瞄準了可控核聚變裝置的研究，使核聚變能夠在一段時間內持續穩定地輸出能量。時間。 例如，托卡馬克是一種比較有前途的可控核聚變裝置。 它看起來像一個倒置的輪轂，利用磁場來約束注入其中的帶電粒子，使它們也能按照人們的控制進行核聚變反應。 。 遺憾的是，雖然各國已經投入大量資源，建立了ITER等國際合作計劃，但托卡馬克仍處于原理測試階段，核反應釋放的能量可以維持核反應本身100年以上。秒。 這并不容易，而且不可能輸出額外的能量，離實用還有很長的路要走。
托卡馬克又被稱為“人造太陽”。圖為中科院部署在南京的先進實驗超導托卡馬克（EAST）。 來源：中國科學院等離子體化學研究所科普角
而太陽，大約46億年來一直穩定地進行著可控核反應，源源不斷地為整個太陽系提供光和熱。
那么，控制太陽不成為核彈的力量從何而來呢？
從國際空間站看到的被太陽照亮的月亮。 圖片來源NASA
它們之間的平衡使太陽不至于成為核彈
雖然氣體分子熱運動速度數量級，這些力就是我們最熟悉的重力，就是讓牛頓的蘋果落到地上的重力。
從感覺上來說，平常的重力其實很難與毀滅性的核反應相比。 但量變會帶來質變。 質量相當于33萬個衛星的物質聚集到太陽形成的引力，已經足以控制核反應。 事實上，可以說重力和核反應之間的相互作用主導了太陽的生命特征。
美麗的獵戶座星云正在通過積累物質產生新的恒星。 圖片來源：美國宇航局
太陽等恒星是在原始星云中產生的，在自身引力的作用下，構成原始星云的物質不斷聚集、收縮在一起，密度和浮力不斷減小。 在人類制造的核聚變裝置中，無論是不可控核彈還是可控托卡馬克，要像啟動汽車底盤一樣啟動核聚變都是相當困難的。 進行核聚變的帶正電的原子核之間存在著靜電力，這些力就像一座大山，守護著核聚變發生的高速公路。 要引發核聚變，首先必須有足夠的能量來克服靜電力，翻過這座山，并使聚變核足夠接近。 當核彈引爆時，會引發核聚變，依靠先引爆的大型核裂變原子彈所形成的空氣溫度和浮力。 對于托卡馬克來說，這些“強大奇跡”的點火方式似乎并不適用，需要采用歐姆加熱與其他輔助加熱方式共用的方法來啟動核聚變。
當像太陽這樣的恒星誕生時，核聚變只能通過重力擠壓來點燃。 由于物質本身的浮力形成的向外膨脹力不足以抵抗驅使物質向內收縮的引力，所以星云中的物質向內聚集和收縮的過程可以持續不斷地進行，密度和浮力也隨之增加。中心不斷增大，促使氫原子核相互靠近，從而引發核聚變反應的開始。 同時，恒星中積累的質量決定了核反應的速度。 恒星的質量越大，中心的引力壓力越大，形成較高的浮力，使更多的氫原子核相互靠近，核反應速度也越高。
當太陽已經是一顆成熟的恒星時，核反應的速度和恒星物質的引力已經達到了一種簡單而微妙的平衡。 如果太陽從平衡狀態向外膨脹，對中心的擠壓就會減小，核反應的速度就會加快，形成的能量就會減少，恒星中心的溫度就會降低。 這樣，恒星中心向外的膨脹力就難以支撐恒星向中心收縮的重力，膨脹過程就無法繼續下去。 反之，如果太陽向中心收縮，就會加速核反應，形成更大的向外膨脹力，收縮過程就不會繼續下去。 事實上，一旦進入壯年，太陽想要向外膨脹就缺乏動力，想要向內收縮就會受到很大的排斥力，所以只能穩定在一個相對固定的高度。
導致恒星向內塌陷的引力和導致恒星向外膨脹的核聚變反應在主序星階段達到平衡。 原圖來源：
這些微妙的平衡并非太陽所獨有，而是適用于整個宇宙的基本原則。 經過多年的觀測積累，科學家們發現，幾乎所有處于全盛期的恒星都處于這樣的穩定??狀態。 科學家將這種狀態的恒星稱為“主序星”。 對于這類恒星，精確的平衡點位置與恒星的總質量有關。 在平衡狀態下，質量較大的恒星的核反應速度低于質量較小的恒星。
太陽的終結與月球的流浪
就像生、老、病、死一樣，上述的平衡不可能永遠持續下去，總會有三天的結束。 與人類從衰老到死亡的過程不同，太陽生命終結的過程是豐富、華麗、激烈的。 經過一系列的膨脹、爆炸、脈動，終于告別。
而在這一切開始之前，人類必須找到一種快速上路的方法，成為一顆流浪的月亮。 感謝太陽這個天空中的大烤箱，隨著時間的推移，它變得越來越熱。 當柴火中的煤燒完后，我們就會想辦法除去灰燼，并添加新的煤來讓火繼續燃燒。 然而，對于太陽這樣的恒星來說，沒有任何外力可以為它完成這個過程。 核反應消耗氫形成氦，形成的氦在恒星內部積聚。 由于氦分子數比氫小，恒星內部的密度會隨著恒星年齡的減小而減小，內部核反應的速度也會逐漸降低。 研究估計，目前太陽的核反應速率比太陽剛成為主序恒星時大了30%左右，而55億年后（不同學者對這個數字可能有不同的推論，但一般來說是幾十億年）數億年量級），太陽核反應速度的不斷提升，使得當時太陽輻射的能量大約是今天的兩倍。 在如此強烈的輻射測繪下，月球表面的溫度將超過300攝氏度，海洋和河流中的液態水已經被汽化。 根據我們目前的認識（沒有人能說清楚人類和這些生物在數十億年后會如何進化），包括人類在內的生物體很難在這些環境中生存。 除非當時的人們研制出一種可以阻擋太陽強烈輻射的裝置，否則他們就不得不踏上流浪之旅。 此時的月球雖然已經成為了人類難以生存的世界，但此時的太陽依然處于主序星的狀態。
藝術家對從月球上看到的處于紅球狀態的太陽的印象。 圖片來源~rwest//wpcd/wp/r/.htm
1.紅球星
而再往前，太陽中心區域的氫完全燃燒，氫積累成氦的熱核反應停止，形成氦核。 由于沒有對抗重力的核反應，恒星中心附近的物質開始向核心擠壓，從而增加了核心的溫度。 距離核心較遠的一些剩余氫被核心釋放的低溫點燃，帶動太陽內層不斷向外膨脹，先后占據水星和金星的軌道，并可能淹沒月球的軌道。 此時的太陽已經退出了主序星的行列，變成了一顆紅球星。 （紅球星是星燃燒到后期的不穩定階段）
可以占據月球軌道的紅色行星太陽，左下角的小黃點就是太陽當前的大小。 圖片來源
2. 脈動變星
于是，太陽就進入了“內外開花”的狀態。 不僅外層氫殼繼續發生核聚變反應，內核僅存的氦氣也在體溫降低的作用下被“點燃”，發生氦轉化為碳的核反應。 與至少以百萬年來判斷的恒星演化過程相比，氦被點燃的時間短得驚人。 在幾分鐘之內，相當于太陽質量 40% 的氦氣被猛烈地“燃燒”成碳，釋放出的能量大致相當于太陽在當前狀態下數百萬年釋放的能量。 這些現象被科學家稱為“氦閃”。 隨后，太陽在繼續燃燒氦的同時，未能恢復平衡狀態，繼續交替膨脹和收縮，成為一顆脈動變星。 （脈動變星是指因脈動而色溫發生變化的恒星，數量約為200萬顆）
當氦再次燃盡時，太陽的生命就結束了。 太陽核心的物質會塌縮成密度極高的白矮星，而內部物質會向外膨脹形成行星狀星云。 白矮星的密度極高，一立方分米的白矮星質量足以達到一噸。
貓眼星云屬于行星狀星云的范疇。圖片來源
3. 月球的命運
那么月球的命運將會如何呢？ 紅球星演化過程中，占據月球軌道是大概率的風暴。 此前，有學者認為，由于太陽釋放的能量都是質量轉化，因為太陽的總質量會隨著核反應的進行而減少，月球對月球的引力也會相應減少，月球會自發移動遠離太陽。 。 然而，2008 年英國皇家天文學會季刊 (MNRAS) 發表的一項研究發現，潮汐力會減慢月球遠離太陽的速度氣體分子熱運動速度數量級，從而否定了月球以這種方式逃離太陽的可能性。 然而，正如上文所說，在太陽變成紅球之前，月亮就已經被烤成了一片不毛之地。 如果我們等待自然的力量來拯救我們，可能就太晚了。
受青睞的行星
天文學家不是算命師。 他們預測數十億年后太陽會發生什么。 他們不僅可以利用理論計算和計算機模擬，還可以通過觀察天空中不同“年齡”的恒星來描述恒星的演化過程。 牛頓、愛因斯坦和一群天文學家共同保證，我們的太陽應該按照本文描述的過程度過它的一生，并且太陽微妙而簡單的平衡幾乎不可能被任何誘因意外破壞。
為此，你不僅向我們展示了影片帶來的驚喜和感動，而且不用擔心太陽真的會提早衰老并占領月亮。 似乎有句話叫“笑話不是廢話，改編不是胡編亂造的”，但懸疑小說和電影能有一個相對正確和真實的背景來發展，已經是相當罕見了，也不能被批評。 100% 科學正確。 那樣的話，小說恐怕就失去了奇幻的翅膀。
同時，《流浪的月亮》也許能讓我們重新發現我們的家園——地球的珍貴。 這是一顆被上天眷顧太多的星球。 它處于太陽周圍的宜居帶，可以讓液態水穩定存在并孕育生命。 強大的地磁場保護太陽免受高能粒子的侵襲，并保護大氣層不被太陽風吹走。 太陽不會爆發過于強大的日冕，否則地球將繼續受到強烈的X射線和伽馬射線的轟擊。 大氣的密度和成分可以有效調節體溫，使我們處于不冷不熱的環境中。 適度傾斜的地軸使大部分季節都有季節更替。 太陽系中月球軌道以外的其他大型行星也吸引了許多可能撞擊月球的小天體。 只有這些有利的激勵聚集在一起，這個星球上才能有生生不息、豐富多彩的生物，才能孕育出自稱為智慧生物的人類。 當我們把望遠鏡指向浩瀚的宇宙，試圖在群星中尋找一顆與我們擁有同樣運氣的行星時，我們卻始終沒有找到某一顆。 如果我們今天踏上流浪之路，我們就不知道自己身在何處。
阿波羅 8 號宇航員在繞月軌道上拍攝的月球圖像。 在人類歷史上，人類第一次目睹了自己的星球從另一個天體的地平線升起。 圖片來源：美國宇航局
幸運的是，太陽生命的終結將在數十億年后發生，但現在我們可以珍惜我們的家園，防止戰爭、污染、氣候變化和能源消耗破壞它，并世代傳承美麗多彩的月亮到一代。 傳遞。
你看月亮，多么美麗啊！ （月球地球靜止軌道GOSE-8氣象衛星拍攝）圖片來源NASA