作者：K2

《流浪地球》之所以要執(zhí)行時間跨度為2500年，經(jīng)歷100多代人的努力才能完成的“流浪計劃”，是因為平時溫和提供能量的太陽即將要發(fā)生「氦閃」，因此地球才迫不得已要遠走他鄉(xiāng)去到三體人居住的三恒星系統(tǒng)。

圖源：網(wǎng)絡(luò)｜圖解：《流浪地球》流浪計劃

假如不執(zhí)行計劃的話，那么地球?qū)艿健?strong>氦閃」事件的波及，屆時地球上的生命將無一幸免，地球的命運也會迎來兩個悲慘的結(jié)局：

• 結(jié)局一：地球完全被太陽吞噬，成為太陽的一部分；

• 結(jié)局二：用不著給地球安裝推進器，地球就能成為一顆真正的流浪行星；

圖源：網(wǎng)絡(luò)｜圖解：《流浪地球》中的氦閃

什么是氦閃？

與太陽質(zhì)量相當(dāng)?shù)暮阈窃诮?jīng)歷了主序星階段之后，處于紅巨星階段中的紅巨星支狀態(tài)時，原本的氫核被氦核取代了，氦核四周的氫元素被加熱，當(dāng)氦核的溫度達到1億℃就會發(fā)生——核氦閃。

恒星處于紅巨星階段中的水平分支狀態(tài)時，氦原子通過一系列的聚變反應(yīng)生成1個碳原子，氦核也會被碳氧核取代，氦元素會全部聚變成碳和氧元素，當(dāng)溫度達到1.1億℃就會發(fā)生——殼氦閃。

圖源：網(wǎng)絡(luò)｜圖解：核氦閃與殼氦閃

氦閃——恒星跨越上百億年演化的結(jié)果

太陽誕生于分子的引力坍縮，隨著恒星核球的溫度不斷上升，直至氫原子被點燃，氫原子通過聚變生成更重的氦原子，核聚變產(chǎn)生的熱壓力與引力抗衡著，讓太陽處在一個穩(wěn)定的狀態(tài)中，這個狀態(tài)將會維持100億年。

但是再過50億年主序星階段結(jié)束，這種平衡就會被打破。

引力和熱壓力能夠在100億年間維持在平衡的狀態(tài)中，原因在于恒星內(nèi)部的有一種自我調(diào)節(jié)的機制——核聚變反應(yīng)。

圖源：網(wǎng)絡(luò)｜圖解：太陽各階段示意圖

當(dāng)太陽經(jīng)歷了主序星階段之后就會進入紅巨星階段，核聚變反應(yīng)的速度就會加速，將會有更多的能量輻射出來，熱壓力也會因溫度的上升而增大，熱壓力戰(zhàn)勝引力占據(jù)了主導(dǎo)地位，恒星的體積向外擴張，溫度隨著體積的增大而下降，核聚變反應(yīng)的速度也因溫度下降而減慢了。

反之，核聚變反應(yīng)速度下降后，輻射的能量變少了，熱壓力也隨著下降，引力又會占據(jù)主導(dǎo)地位。

圖源：網(wǎng)絡(luò)｜圖解：紅巨星階段的太陽體積會增大至地球位置

引力與熱壓力的平衡終究會有被打破的一天，就算質(zhì)量再大的恒星也會有燃料耗盡的那一刻，當(dāng)氫原子全部聚變成氦原子的時候，在缺乏核聚變供給熱壓力的情況下，維持了100億年的平衡將會被引力打破。

引力占據(jù)主導(dǎo)地位后迅速將作用發(fā)揮到了極致，氦原子被引力極限壓縮，密度也達到了致密的狀態(tài)，最終氦原子變成了量子力學(xué)的泡利不相容原理的——簡并態(tài)。

圖源：網(wǎng)絡(luò)｜圖解：電子之間挨得很近

簡并態(tài)的物質(zhì)在加熱的過程中溫度會持續(xù)上升，當(dāng)溫度上升到1億℃就會開啟熱核燃燒，普通物質(zhì)釋放出來的能量的溫度是會隨著面積的擴張而下降的，但是簡并態(tài)時的物質(zhì)釋放出來的能量與普通物質(zhì)釋放出來的能量不一樣，不會因面積的擴張而降低溫度。

恒星內(nèi)部區(qū)域的氦聚變會讓內(nèi)核的溫度不斷上升，氦聚變反應(yīng)的速度也加快了，在短短的幾分鐘之內(nèi)，內(nèi)核的氦聚變反應(yīng)就會完全失控，6%的氦元素會聚變成碳元素，于是無可避免地就發(fā)生了——核氦閃。

像太陽這種質(zhì)量的恒星在氦閃時釋放出來的能量會達到5×10?1焦，如此數(shù)值的能量足以供應(yīng)恒星燃燒3100萬年。

氦閃——由恒星的質(zhì)量決定

發(fā)生氦閃的恒星質(zhì)量介于0.8～2倍太陽質(zhì)量之間，當(dāng)然這是天文學(xué)家還沒有統(tǒng)一的數(shù)值，上限與下限會存在一定的偏差：

• 0.8倍太陽質(zhì)量以下的恒星是不會發(fā)生氦閃的，這些小質(zhì)量恒星的內(nèi)核不足以點燃氦聚變；

• 2倍太陽質(zhì)量以上的恒星盡管也會氦聚變，然而聚變反應(yīng)是平靜且穩(wěn)定的，也不會發(fā)生氦閃，因為這種質(zhì)量的核心可以直接點燃氦核聚變，因此核心的物質(zhì)不會被極致壓縮和出現(xiàn)簡并態(tài)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?舉例說明：

位于獵戶座的參宿四是一顆10倍太陽質(zhì)量的恒星，目前正處于紅巨星階段，參宿四核心的氦核反應(yīng)正在平靜地聚變碳元素，不會發(fā)生氦閃。

參宿四這個案例說明了——恒星是否會發(fā)生氦閃，完全取決于恒星的自身質(zhì)量。

氦閃是猛烈的爆發(fā)嗎？

閃，這個字給我們的第一感覺是爆發(fā)、亮度突然增亮。

氦閃，給人的第一感覺是恒星的光度突然增高、能量突然爆發(fā)讓恒星發(fā)生了閃動。

事實并非如此，氦閃是不會閃動的，盡管核聚變在短時間內(nèi)釋放出巨大的能量，然而恒星是沒有任何表現(xiàn)的。

恒星發(fā)生氦閃的時候處于紅巨星的階段，體積已經(jīng)膨脹變大了，由于核氦閃釋放出來的能量是在恒星內(nèi)部，其中一部分的能量都消耗在讓核心物質(zhì)脫離簡并態(tài)上面，剩余的能量會在恒星的球體半徑之中化為恒星的能量。

簡單概括：核氦閃，在核心區(qū)域是很劇烈的，殼層區(qū)域是很平靜的。

圖源；網(wǎng)絡(luò)｜圖解：核氦閃，太陽表面是平靜的

K2結(jié)語·現(xiàn)實中的氦閃是什么情況？

氦閃只是恒星模型和恒星演化的推導(dǎo)理論，現(xiàn)實中天文學(xué)家還沒有真正觀測和探測到過氦閃，一旦天文學(xué)家觀測到氦閃，無疑是一個諾貝爾級的發(fā)現(xiàn)。

太陽氦閃爆發(fā)釋放出來的能量是巨大的，但是地球上的生命卻不會受到半絲影響，地球上的生命也不會等到氦閃發(fā)生的那一天，氦閃前的13億年以及主序星剩余的50億年，在這63億年間太陽以每10億年增強10％的輻射能量照耀著地球，地球會因溫度的上升而變成荒蕪之球，不再有任何生命存活。