氦闪

氦闪这个名字大家很陌生吧,准确来说在小破球问世之前基本大部分人没听说过这个词语(天文爱好者或者物化专业人士除外)。是的,小破求中灾难的主旋律 - 氦闪。它究竟是个什么东西。

太阳/恒星

先让我们来看看氦闪的主要出演者:

恒星是什么?

恒星呢,就是由引力凝聚在一起的球型发光等离子体,而太阳呢,就是最接近地球的恒星。在地球的夜晚肉眼可以看见的其他恒星,几乎全都在银河系内,但由于距离遥远,这些恒星看似只是固定的发光点,就是我们常说的星星。

在了解氦闪之前,我们先来看看恒星一生的演化。

恒星的一生

以太阳为例:
原恒星 → 主序星 → 红巨星 → 白矮星 → 黑矮星。

质量小于0.08倍太阳质量:
原恒星 → 褐矮星

大于1.44倍太阳质量:
原恒星 → 主序星 → 红巨星 → (超)新星 → 中子星(行星状星云)→ 黑矮星

大于8倍太阳质量:
原恒星 → 主序星 → 红巨星 → 红超巨星 → 脉动变星 → 超新星 → 黑洞/中子星 → 黑洞蒸发/黑矮星

那很多人就发问了,什么是原恒星啊,什么是主序星啊是不是。

原恒星

恒星演化早期呢是处在引力收缩阶段时的浓密星际物质云。也有人更严格地把原恒星定义为这样一种天体:它的主要能源既不像主序星来自氢燃烧,也不像主序前恒星靠准流体静力学收缩,释放引力能,而是来自下落物质的吸积。恒星孕育和诞生于气体-尘埃云中,光学望远镜难以探测,寻找原恒星成为红外天文学的重要任务。红外天文卫星发现的红外源中,有些可能是仍然在吸积星云物质的真正原恒星。

原恒星的形成是天体物理学领域中最为基础性的问题,因为它是解答其他许多问题所必须知道的常识。这些问题包括恒星系的形成、太阳系的形成等问题。当前核心的争论主要围绕着星际云变成恒星的时间,以及磁场所起到的作用的重要程度。因为计算机计算能力的提高,使得我们可以建立更为复杂的模型。

主序星

主序星,又是一个令人茫然的词语 - 主序星就是位于主星序的恒星。

妈耶,主星序又是啥。在天文学上,有一个著名的名词,叫赫罗图,这张图牛逼在哪里,它是用来研究恒星演化的重要工具。这么牛逼的东西跟我们说的主星序又有什么关系呢。在这张图上,由左上角到右下角的带状区域,百分之九十左右的恒星包括太阳都分布这一条带上,这条对角线就被称为主星序,而主星序上的恒星就被称为主序星,恒星的大部分生命都在主星序上度过,在此阶段将氢燃烧成氦。

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所以,在太阳系中的太阳就是一颗主序星。

红巨星

如果把恒星的主序星时期比作一个人的成年阶段的话,那红巨星就是恒星的步入老年期。

前面也说了,在主序星阶段恒星依靠天体内部的氢气产生热核聚变而燃烧着。核聚变的结果就是,把每四个氢原子核结合成质量更重的氦原子核,根据爱因斯坦质能方程,原子核发生聚变时,有一部分质量转化为能量释放出来。处于主星序阶段的恒星,这部分能量被用来抵抗自身收缩的引力,并且散发出来。所以恒星内部的氢消耗的很快的,中间形成的氦原子核堆积起来的氦物质不断增大。随着时间的延长,氦核周围的氢越来越少 ,中心核产生的能量已经不足以维持其辐射,于是平衡被打破,引力占了上风,有着氦核和氢外壳的恒星在引力作用下收缩坍塌,使其密度、压强和温度都急剧升高,氢的燃烧向氦核周围的一个壳层里推进。这以后恒星演化的过程是:内核收缩、外壳膨胀——燃烧壳层内部的氦核向内收缩并变热,而其恒星外壳则向外膨胀并不断变冷,表面温度大大降低。这个过程仅仅持续数十万年,这颗恒星在迅速膨胀中变为红巨星。氦聚变最后的结局,是在中心形成一颗白矮星。

就是在氦聚变的这段时间,温度会快速的增高,因为氦物质要发生核聚变的温度大概在贰亿K,重力塌缩造成恒星的核心密度很高,所以当核心的氢耗尽之后氦闪就会发生。在收缩期间,核心温度变得越来越高,直到外面的氢壳层向外膨胀,开始红巨星的阶段。当恒星因为重力继续收缩,最后成为简并态物质。简并使得恒星的温度升高,并且氦燃烧开始接近爆炸的结局。两个氦原子核聚变成的铍的原子核极不稳定,若在它衰变之前幸好与另外一个氦原子融合,就能形成碳原子。这个过程又称为3α反应。因燃烧过程较氢燃烧而言极短,氦燃烧过程被称为氦闪。

ps:对于白矮星,黑矮星,超新星等我未解释的请大家自行百度。因为该文章主要讲氦闪。希望各位理解。

流浪地球

所以在太阳的氢原子消耗完毕,开始向外扩张,并且内部由于要发生氦聚变而产生高温的时候,氦闪就出现了,到那个时候出现,地球就会在太阳氦闪所产生的能量度日如年,海水蒸发,大气消失,地表温度增加,称为真正的“人间熔炉”。

所以,一旦太阳进入氦闪时期,地球就不再适合生命生存了,人类必须离开太阳系,寻找新家园。

当然了,现在倒不必担心这些,因为距离太阳发生氦闪离开主星序这种情况的发生至少还需三四十亿年,如此长的时间跨度,人类早已不知道在哪个星系发展了,或许早已遍布银河系及其周边各个星系,也或许早已灭绝了吧。

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tag(s): 科技
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