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    艾伯史密斯 / 2020年5月 / 太陽發生氦閃時,真的能氣化地球嗎?

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    太陽發生氦閃時,真的能氣化地球嗎?

    原創
    2020-05-14  艾伯史密斯

      氦閃是中小質量恒星在紅巨星時期發生的氦燃燒現象,每次氦閃的持續時間只有幾秒鐘,但釋放能量是正常恒星的數千億倍,如果那時候地球還存在,氣化地球也不是不可能的事!


      在電影《流浪地球》當中,描述我們的太陽不久后將發生氦閃,屆時地球甚至是整個太陽系都將被太陽吞沒,人類只能離開地球尋找新家園,實際上,我們太陽的首次氦閃,至少也要在60億年后才會發生。

      恒星演化時期

      一顆恒星是存在生命周期的,對于我們太陽這樣的恒星來說,一般會經歷主序星時期、紅巨星時期、白矮星時期,最后再經歷上千億年的時間冷卻為黑矮星。

      在主序星時期,恒星主要進行著氫元素向氦元素的聚變,因為氫元素聚變所需的溫度最低,對恒星來說大約是1000萬度,不同質量的恒星主序星階段時間從數千萬年到數千億年不等,我們太陽的主序星時期會經歷100~110億年,目前已經過了46億年,太陽每秒因質量虧損會損失掉400多萬噸的質量。


      氦閃

      恒星聚變產生的氦元素大部分會聚集在中心區域,形成一個氦核,氦核處于電子簡并狀態,在數億年的時間中氦核逐漸長大,溫度也逐漸上升,當處于電子簡并態的氦核達到0.45倍太陽質量時,就能達到氦燃燒的溫度(大約1億度)。

      氦的燃燒只發生在電子簡并區,持續時間非常短,燃燒釋放能量加熱等離子氣體,使得中心核瞬間膨脹,這種能量釋放是失控的,持續時間只有幾秒鐘,但能量釋放功率是正常情況下的上千億倍,恒星亮度也會出現劇增,這就是氦閃。


      我們的太陽

      氦閃發生在恒星的紅巨星時期,我們太陽會在60億年后進入紅巨星時期,到時候太陽的直徑會增大近200倍,太陽甚至可能吞沒地球軌道,即便沒有吞沒地球,在沒發生氦閃的情況下地球表面溫度也將高達上千度,如果發生氦閃,氣化整個地球也是完全可能的。

      氦閃過程消耗部分氦元素,模型計算會消耗大約5%的氦核質量,隨著氦核體積的膨脹,溫度也會降低,于是氦停止燃燒,恒星繼續進行著氫元素的燃燒,當中心氦的質量再次累計到臨界值時,會再次引發氦閃,其中恒星的第一次氦閃規模最大,釋放能量也最高。

      由于氫元素的燃燒過程比較慢,所以氦閃過后,要等上幾十年甚至幾百年才會發生下一次氦閃,每次氦閃過后,恒星表面溫度都將下降,質量也會損失很多,當氦閃達到一定次數后,恒星氫元素聚變產生的氦元素再也無法進行下一次氦閃,恒星的核聚變反應逐漸變弱,最終引力占據主導,于是恒星坍縮為致密的白矮星。


      大質量恒星

      對于大質量恒星來說,就不存在氦閃的說法,因為大質量恒星的內部溫度很高,氫元素的聚變速度很快,主序星時期還不到一億年,產生的氦元素也能持續進行核聚變。

      甚至是氦燃燒的產物氧、氮、氖、硅等等元素,也能進行核聚變,直到產生鐵元素為止,就到了核聚變的終點,大質量恒星在演化末期還會引發超新星爆炸,其中部分超新星將留下一顆中子星或者黑洞。


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