未來(lái)太陽(yáng)將變成紅巨星。 這一點(diǎn)在《流浪地球》中已經(jīng)被大家普及了。 不過(guò)，太陽(yáng)為什么會(huì)變成紅巨星，地球又會(huì)是什么樣的死亡過(guò)程，或許大家都不太清楚。 下面我們簡(jiǎn)單分析一下太陽(yáng)和地球未來(lái)的發(fā)展過(guò)程。
《流浪地球》中描述的氦閃和紅巨星有什么關(guān)系？
關(guān)于氦閃，《流浪地球》的粉絲想必都明白，這是太陽(yáng)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)階段，但劇中并沒(méi)有解釋太陽(yáng)為什么會(huì)出現(xiàn)氦閃。 很多科普文章只是指出氦元素的積累和劇烈燃燒導(dǎo)致氦閃。 總體描述沒(méi)有什么問(wèn)題，但總感覺(jué)少了點(diǎn)什么，所以下面補(bǔ)一下。
質(zhì)子鏈反應(yīng)是在太陽(yáng)核心發(fā)生的過(guò)程。 第一步，氕的質(zhì)子（氫同位素）融合成氘的質(zhì)子+中子。 然而，這個(gè)過(guò)程是非常漫長(zhǎng)的。 天文學(xué)家曾經(jīng)計(jì)算出太陽(yáng)核心達(dá)到了低于這個(gè)溫度，但后來(lái)量子隧道效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)解釋了這個(gè)過(guò)程。 然而這種效率很低，這也是限制太陽(yáng)燃燒速度的關(guān)鍵。 太陽(yáng)正在“控制”產(chǎn)生燃料的速度。 質(zhì)子鏈會(huì)產(chǎn)生氦三，然后產(chǎn)生氦四，但是當(dāng)?shù)竭_(dá)氦元素階段時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：
氦的聚變溫度更高，太陽(yáng)的核心可能通過(guò)塌縮達(dá)到這個(gè)溫度
氫氣的燃燒要求甚至更低。 鐵芯內(nèi)存在熱壓力，無(wú)法滿足這一要求。
因此，以太陽(yáng)的質(zhì)量，在主序恒星階段（主要燃燒氫的階段），核心不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但到了后期，核心中的氫會(huì)逐漸被消耗，而此時(shí)核心的燃燒結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生巨大的變化。
請(qǐng)看上圖中的0.5-1.5M⊙（太陽(yáng)質(zhì)量的倍數(shù)）。 這是類太陽(yáng)恒星的結(jié)構(gòu)。 中間有輻射層，外面有對(duì)流層。 因此太陽(yáng)現(xiàn)在是主序星，當(dāng)核心中的氫慢慢耗盡后，氦元素就會(huì)在核心中積累。 同時(shí)，熱壓力也會(huì)降低，無(wú)法承受外殼壓力的核心就會(huì)塌陷。 核心中氦原子的電子將突破電子合并的極限狀態(tài)，形成氦白矮星核心。 這是非常關(guān)鍵的。 我們標(biāo)記為MARK1，這就是造成氦閃的重要原因，下面詳細(xì)解釋一下。
此時(shí)核心收縮后，輻射層中的部分氫會(huì)進(jìn)入原來(lái)的核心區(qū)域。 這個(gè)過(guò)程也是非常重要的。 我們把它標(biāo)記為MARK2，這是紅巨星產(chǎn)生的一個(gè)重要原因。
MARK2：核心逐漸收縮成簡(jiǎn)并氦核，外殼中的氫元素進(jìn)入內(nèi)外層間隙。 這些氫元素會(huì)達(dá)到聚變條件，而此時(shí)核心的溫度更高，氫元素的燃燒速度也比主核心更高。 序星階段更高，當(dāng)然會(huì)產(chǎn)生更多的熱壓和氦元素。 前者會(huì)導(dǎo)致恒星逐漸膨脹，后者則會(huì)在簡(jiǎn)并氦核中添加一些劇烈的物質(zhì)。
MARK1：滲透到核心的氫殼層的燃燒為核心提供了更多的氦元素。 這個(gè)累積功最終會(huì)達(dá)到氦元素的聚變條件，大約是一億度以上。
一般情況下，氦聚變和氫聚變一樣，都是一個(gè)“溫和”的過(guò)程。 然而，此時(shí)的核心條件是氦白矮星的簡(jiǎn)并態(tài)物理資源網(wǎng)，它無(wú)法像氫核聚變那樣自我調(diào)節(jié)熱壓，就像火藥燃燒和炸藥爆炸的區(qū)別一樣。 因此，簡(jiǎn)并氦核將經(jīng)歷失控聚變過(guò)程。 在很短的時(shí)間內(nèi)，氦核心的大部分元素都會(huì)轉(zhuǎn)化為碳，這個(gè)過(guò)程中會(huì)釋放出巨大的能量，導(dǎo)致恒星發(fā)生物質(zhì)爆炸。 過(guò)程，這就是氦閃的簡(jiǎn)單過(guò)程。
氦閃的能量不足以摧毀恒星，但其物質(zhì)噴射過(guò)程將是太陽(yáng)系的終結(jié)。 太陽(yáng)超磁暴事件可以將人類帶回到18世紀(jì)。 然后，氦閃中大量太陽(yáng)高能物質(zhì)的撞擊甚至可能會(huì)剝離行星的大氣層。 。
恒星核心的湍流過(guò)程
太陽(yáng)第一次核心氦閃后，核心會(huì)繼續(xù)塌陷，外層氫殼層會(huì)重新進(jìn)入核心，達(dá)到氫聚變條件，然后積累氦元素，等待下一次氦閃。 這個(gè)過(guò)程將持續(xù)下去，直到大部分核心元素融合碳和部分氧，直到無(wú)法再點(diǎn)燃碳閃或氧閃為止。 此時(shí)外殼已經(jīng)被劇烈融合的氫元素推得太遠(yuǎn)，無(wú)法再被核心的重力所束縛。 它擴(kuò)散成行星狀星云，而核心則留在中心，成為一顆白矮星。
隨著太陽(yáng)的發(fā)展，地球會(huì)經(jīng)歷什么？
如果定義準(zhǔn)確的話，地球上的生命不會(huì)經(jīng)歷太陽(yáng)劇烈的氦閃和瘋狂的紅巨星階段，因?yàn)榈睾说睦鋮s會(huì)導(dǎo)致地球過(guò)早失去宜居條件。 我們甚至可以肯定，地球上生命的未來(lái)將不是由太陽(yáng)決定的，而是由地球本身決定的。
地球磁場(chǎng)是由熾熱的鐵鎳核心的流動(dòng)產(chǎn)生的。 磁場(chǎng)可以使太陽(yáng)風(fēng)中的高能帶電粒子偏轉(zhuǎn)，保護(hù)大氣層免遭剝離。 因此，地球磁場(chǎng)就像一面看不見(jiàn)的金鐘，保護(hù)著地球脆弱的環(huán)境。 在這種狀態(tài)下，當(dāng)?shù)睾嗽诙畠|年以上冷卻下來(lái)時(shí)，首當(dāng)其沖的就是地球的水蒸氣循環(huán)。 我們可以討論這個(gè)過(guò)程。
1、正常情況下，由于磁場(chǎng)的屏蔽，大多數(shù)高能帶電粒子無(wú)法進(jìn)入大氣層。 外逸層中的大氣逃逸仍然是由一些帶電粒子和紫外光的光解引起的，而水蒸氣主要是由短波紫外光光解引起的。 逸出的是氫氣，而氧氣將保留并與氧分子結(jié)合形成臭氧，或解離氧分子。 氧原子和氧分子形成臭氧O3，這是臭氧層的起源。逃逸的氫氣和其他大氣分子占少數(shù)
2.當(dāng)磁場(chǎng)消失時(shí)，太陽(yáng)風(fēng)中的高能粒子將直接進(jìn)入大氣層。 這些粒子的能級(jí)范圍從 KeV 到 GeV。 它們會(huì)與空氣原子碰撞并將其電離，但電離并不是逃逸的主要原因。 這個(gè)過(guò)程會(huì)大大增加水蒸氣解離的速度，導(dǎo)致地球失去大量的水。 高能粒子還會(huì)與氮、氧碰撞，形成有毒的二氧化氮，遮擋光線，導(dǎo)致植物枯萎、動(dòng)物失去食物來(lái)源、地球生態(tài)惡化。
3、紅巨星的逐漸發(fā)展將增加地球接收到的總輻射，這將繼續(xù)促進(jìn)水蒸氣的逃逸。 從地球誕生到現(xiàn)代，約有26%被紫外線光解而逸出（補(bǔ)充水的情況下）。 未來(lái)隨著紅巨星輻射的增加，這種逃逸過(guò)程將會(huì)加劇。
4、可能很難確定需要多長(zhǎng)時(shí)間，但估計(jì)生命很難維持到第一次氦閃，因?yàn)樘?yáng)第一次氦閃將在離開(kāi)主序階段后約12億年發(fā)生。 這12億年會(huì)會(huì)經(jīng)歷一個(gè)什么樣的過(guò)程，真的很難想象。 但可以肯定的是，水蒸氣逸出，地球變得更加干燥。 二氧化氮在努力減少溫室效應(yīng)的同時(shí)，氧氣含量卻越來(lái)越高（光解后，氫氣逸出，氧氣殘留），氧化加劇，火災(zāi)如果頻繁發(fā)生，地面可能真的會(huì)變紅，就像火星（它與鐵結(jié)合形成氧化鐵）
5、氦閃時(shí)代即將到來(lái)，地球大氣層將受到極大影響。 我們不確定會(huì)損失多少大氣層，但在風(fēng)雨飄渺的氦閃風(fēng)暴中，生命可能會(huì)徹底消失。
6.當(dāng)瘋狂的紅巨星時(shí)代到來(lái)時(shí)，地球已經(jīng)死了。 據(jù)估計(jì)，太陽(yáng)紅巨星將膨脹到地球軌道附近，但太陽(yáng)質(zhì)量會(huì)減少，在地球軌道走出去之前，它可能會(huì)逃脫被吞沒(méi)的命運(yùn)。 但有什么區(qū)別呢？ ？
未來(lái)的木星時(shí)代？
未來(lái)當(dāng)太陽(yáng)氣體殼層達(dá)到擴(kuò)散階段時(shí)，太陽(yáng)系的每一顆行星都將受到高能太陽(yáng)能物質(zhì)的洗禮。 更有趣的是，太陽(yáng)系中的每顆行星都可能有自己的光環(huán)，就像土星一樣，這些物質(zhì)會(huì)被太陽(yáng)無(wú)償贈(zèng)送，但這個(gè)美麗的光環(huán)是以太陽(yáng)系的死亡為代價(jià)的。
地球有環(huán)嗎？
火星有環(huán)嗎？
木星會(huì)瘋狂吸收這些氣體太陽(yáng)現(xiàn)在是主序星，努力成長(zhǎng)為一顆恒星。 據(jù)估計(jì)，太陽(yáng)質(zhì)量的40-50%將以星云的形式從黃道向外擴(kuò)散。 如果木星能夠攔截這種物質(zhì)質(zhì)量的1/3，那么它將成為一顆入門級(jí)恒星——未來(lái)的紅矮星。
《2010威震天太陽(yáng)神劇照》
地球此時(shí)不再需要考慮未來(lái)，因?yàn)榘装菚r(shí)代的地球?qū)⒉辉儆袡C(jī)會(huì)孕育生命，而木星的衛(wèi)星系統(tǒng)極有可能在紅矮星時(shí)代迎來(lái)生命。木星。 畢竟，木星的伽利略衛(wèi)星都具有這種潛力，木衛(wèi)二現(xiàn)在甚至可能存在生命。