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太阳什么时候会变成一颗红巨星流浪地球的设 [复制链接]

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前段时间看了《流浪地球》,给我的第一感觉是无比震撼,这也算是国产科幻电影里一部划时代的作品,但如果要站在科学的角度来分析这部电影,则会发现,里面有几个设定其实不太合理。

流浪地球的逻辑很清晰,那就是在太阳危机的大背景下,带着地球去流浪,全程用假设年的时间,离开太阳系并顺利抵达银河系中距太阳系最近的比邻星。

而所谓的太阳危机,指的就是太阳即将变成一颗红巨星,届时整个太阳系都将不适合地球生物生存,人类为了使自己的文明世代繁衍下去,不得不离开太阳系。

那么问题来了,太阳真的会变成一颗红巨星吗?

答案是肯定的,但为时还早,太阳会稳健的成长,并优雅的衰老下去。

毋庸置疑的是,太阳位于整个太阳系的核心位置,且其质量大得惊人。

如果假设整个太阳系的质量为,太阳自己就占了其中的99.86,剩下的像地球和火星等八大行星,包括其他物质加起来的质量,只占其中的0.14%。

另外,你可能会好奇,太阳数亿年来为何会持续发光发热?其实,你可以将太阳视作是一个用引力产生压强,造成氢聚变反应的装置,过程就是把氢原子的离子通过一系列的聚变反应变成氦。

氢聚变需要什么条件?需要一定的温度和压强,所以,氢聚变发生的场所一般是在太阳的内部,因为只有太阳的核心,才能产生足够的温度和压强。

太阳一直在燃烧着内核的氢,通常四个氢原子核会变成一个氦原子核,而且最后得到的氦原子核会比四个氢原子核少部分的粒子,会产生中微子和太阳辐射,从而向外部运输能量,包括光和热。

如果聚变反应的速度过快,那么太阳就会释放出更多的光和热,与此同时,太阳内部的温度和压强又会相应的减少,反过来又会让聚变反应的速度降低,这一系列的过程让太阳表现的一直非常稳定,达到了静力平衡。

但万事万物没有绝对的情况,太阳这个看似完美的自我调节机制,其实也会有出问题的时候。

前面也提到了一个关键因素,太阳在核聚变过程中会产生氦,氦元素会在太阳内核逐渐积累,直观表现,就是太阳内部的温度和压强会有一个逐渐升高的趋势,这两大先决条件的增强,也会导致聚变反应的速度开始加快。

既然是一个趋势,那说明,其在发展的过程中是较为稳定的,导致总体上,太阳的亮度会越来越高,温度会不断飙升,直径也会越来越大。

太阳直径为何会变大呢?那是因为太阳中心由氢聚变成的氦不断增加,会导致自身的引力不断增大,由此形成的压缩,紧接着还会导致氦核心的密度不断增大。

密度增大的氦,其核心内部的电子间的距离会变小,从而出现比经典物理学中的电子间的斥力还要大得多的斥力,这股斥力有个专业术语,叫作简并压力——这个属于量子力学领域的知识了。

成为简并物质的氦核,内部的简并斥力一直在对抗着引力,导致其传导热量的效率通常会增强不少,与此同时,还会加快热量向外传导的速度,源源不断产生的热量首先会抵达太阳外层。

太阳外层的物质只是些普通的物质,热传导效率和简并物质简直无法相比,那么会出现什么情况呢?外层物质相对较低的热传导效率会使得内部传导出来的热量无法及时排出,积压在太阳内部,由此产生额外辐射压,甚至还会造成氦闪。

这些额外的东西,看着没什么用,但其破坏性却不容小觑,能成为破坏之前辐射压与引力之间平衡状态的罪魁祸首,结果是导致太阳的体积越来越膨胀,大到甚至可以吞并水星和金星的轨道,到时的地球也可能会陷入岌岌可危的境地。

当然,我们暂时不用担心,因为这个过程是极其缓慢的,据科学家研究发现,太阳目前的变化速度大概是每过10亿年,输送给地球的能量大约会提高10%,比如最早的太阳亮度只有现在的70%,说的就是这个道理。

这个过程虽然非常稳定,但龟速的变化趋势留给了人类足够的应对时间。

大约在10亿年之后,那时的地球将不再处于太阳系的适居带内,换句话说,地球表面会因为热量过高而不适合人类生存,届时地表的水可能会沸腾,大部分气体也会因高温而逃逸进入太空,若不采取任何的防护措施,地球很有可能被太阳焚毁。

那此时的人类需不需要带着地球离开太阳系呢?

其实也没有这个必要,10亿年之后的太阳还依旧存在,依旧会发光发热,只不过是人类的适居带变远了,如果那时人类已经掌握了行星发动机技术,只需将地球稍微向外移动一点,进入新的适居带即可,或者直接放弃地球,将人类转移到火星或者木星上生存,因为将来的火星或木星很可能正好处于适居带内。

太阳要变成红巨星,至少还需要50多亿年的时间!

前面也说到了,太阳内部其实一直在发生聚变反应,聚变反应的燃料,就是太阳核心的氢元素,但太阳中的氢也不是无限存在着的,随着时间的推移,这部分的氢很可能会燃烧殆尽。

据换算,太阳每发生一秒聚变反应,其质量就会损失约万吨,这对本身具有两千亿亿亿吨的总质量的太阳来说,虽然无伤大雅,但是,当太阳核心的氢消耗的差不多后,因自身质量不够,它的内核温度使太阳暂时无法再进行聚变反应。

氢燃烧完,就该氦上台表演了,不断积累且温度不断升高的氦会使得太阳核心外围的氢受热燃烧,这股力量更猛,使得太阳热量不断增加,并不断向外膨胀,最后太阳只能接受成为红巨星的命运,而到达这一地步,大概需要50多亿年的时间。

太阳成为红巨星的状态一般会持续数亿年的时间,而届时太阳的亮度将会比现在高出多倍,别说是地球了,就连木星的冰卫星都可能会被燃烧得无影无踪,虽然这个阶段的太阳体积是变大了,但是其质量却在不断缩小,甚至会缩小到其在主序星阶段的60%。

太阳质量缩小,一个最直观的结果就是导致太阳的引力变小,许多太阳系的行星会远离太阳而去,如果幸运的话,地球会在太阳外层部分到达之前,因被迫拉大距离而幸免于事。

像太阳这般质量的星球,其内部温度并不永无止境的升高,到达一个临界值后,其内核的火可能会逐渐消失,整个太阳会逐渐冷却下来并失去原先的光芒,体积也会有所收缩,进入白矮星阶段,此时的太阳系又会进入一个寂静的状态。

人是碳基生物,就连应对偶尔的40度高温都可能出现中暑症状,所以压根就等不到太阳变成红巨星或者白矮星,需要在这两个阶段之前,完成适居带的转移,也就是运用人类当下最顶级的技术,要么带着地球一起跑路,要么就是“弃卒保车”。

流浪地球的设定能不能实现呢?

以人类现有的技术来看,流浪地球计划肯定无法实施,但未来事情如何,我们可以发挥充分的现象,还是要相信所谓的行星发动机技术在将来可以实现,到时利用人类技术将我们的地球推出现行的运行轨道或许不再是梦。

不过,假设这项技术实现了,但像《流浪地球》那样花费浩大,又耗时耗力将地球推往比邻星肯定不是一个最好的选择。

首先,比邻星是个红矮星,不管是能量还是质量都要比太阳小得多,发出的光其实非常微弱,人类要想在这里生存,就必须使地球和比邻星保持一个较近的距离。

但问题又来了,由于地球和比邻星相距的距离太近,只要比邻星来一次太阳风式的闪焰,人类根本就接受不了,更靠谱的恒星还得是距地球6光年的巴纳德星,不过这也就意味着人类需要走得更远。

但既然人类能够去得了距地球四光年左右的比邻星,多走两光年又能如何?而且将来或许有更好的办法来应对太阳危机,人类也并非是非走不可。

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