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今日上映!電影《流浪地球》中的地球?yàn)楹瘟骼耍?

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大年初一,《流浪地球2》即將上映。讓我們簡要回顧一下第一部的情節(jié),以及它的科學(xué)設(shè)定:太陽出了問題。

在《流浪地球1》中,天文學(xué)家確認(rèn),太陽開始膨脹,地球持續(xù)升溫,100 年后,太陽將吞沒地球軌道,人類文明的存亡開啟倒計(jì)時(shí)。全世界的人們空前團(tuán)結(jié),制造了行星發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)著地球飛往比鄰星。

離開電影,站在地上,跺跺腳……什么也不會(huì)發(fā)生。

整個(gè)地球的總質(zhì)量接近 6000000000000000000000000 千克(別數(shù)了,24 個(gè) 0),相當(dāng)于全體人類體重總和的幾萬億倍。地球用如此之大的質(zhì)量對(duì)抗自身的強(qiáng)大引力,使地球承受自身引力時(shí),不會(huì)隨意塌陷,也不會(huì)縮成一團(tuán)。

太陽,總質(zhì)量是地球的幾十萬倍,比地球強(qiáng)大得多的自身引力也沒能擠壓太陽,是因?yàn)橹翁柕氖橇硪环N力量——光的輻射壓力。

太陽的引力指向核心,而釋放的光的輻射指向外部,兩個(gè)力量相互平衡,我們才有一個(gè)穩(wěn)定發(fā)光的太陽。穩(wěn)定的太陽對(duì)我們來說就意味著賴以生存的環(huán)境,也就意味著今天我們司空見慣的一切。

但是,太陽并不會(huì)一直這么穩(wěn)定。

新生的太陽相對(duì)暴虐,核心制造核聚變反應(yīng)的機(jī)制還沒有成熟,外部又籠罩在濃密的分子云中,整個(gè)太陽就像青春期的孩子,陰晴不定。而衰老的太陽喪失了本來的能量來源,依靠替代性的機(jī)制輸出輻射,也越來越不正常。

只有如今天這樣壯年的太陽,年富而力強(qiáng)。

在太陽核心的深處核聚變?cè)诓粩嗟剡M(jìn)行著。高溫高壓的環(huán)境下,原子核被迫擠在一起,原子和原子之間本能的排斥力也難以抵擋擠壓它們的力量,最終,原子核重新排列,質(zhì)子和中子重新結(jié)合成氦原子。這樣的過程伴隨著巨大能量的釋放。釋放出來的能量來到地球,就是我們看到的陽光。這是宇宙中最高效率的“發(fā)動(dòng)機(jī)”,能量被源源不斷的制造出來,新的原子被合成出來并且儲(chǔ)存在太陽的核心,但對(duì)整個(gè)太陽來說,體積和質(zhì)量的虧損可以忽略不計(jì)。

太陽以“原子制造機(jī)”的身份已經(jīng)存在了將近 45 億年,這樣的情況在未來還會(huì)持續(xù) 45 億年。但是,一旦太陽核心的氫原子消耗殆盡,合成新原子的材料庫存不足,一切都將結(jié)束

50 億年后,當(dāng)太陽的核心的氫基本上都轉(zhuǎn)變?yōu)楹?/strong>,不能再制造能量向外輻射,向內(nèi)的引力開始主導(dǎo)一切時(shí),太陽的核心會(huì)向內(nèi)塌陷,內(nèi)部溫度升高,更強(qiáng)烈的反應(yīng)點(diǎn)燃內(nèi)核之外其余的氫,而外層物質(zhì)向外推,整個(gè)太陽增大兩到三倍,成為一個(gè)**“亞巨星”**。

隨后,整個(gè)太陽向外繼續(xù)膨脹,產(chǎn)生能量的效率大幅度降低,昔日黃白色的光芒不再,取而代之的只有橙紅色的暗光,太陽以又大又紅的的姿態(tài)走入生命的最后階段。這個(gè)時(shí)候的太陽核心繼續(xù)內(nèi)落收縮,核心溫度繼續(xù)升高,點(diǎn)燃了過去的反應(yīng)產(chǎn)物氦,使氦開始進(jìn)行新的核反應(yīng)釋放能量。這個(gè)反應(yīng)的過程中出現(xiàn)短暫的氦的爆炸現(xiàn)象,稱為“氦閃”。隨著氦的燃燒巨變,太陽外層繼續(xù)膨脹,成為一顆**“紅巨星**。金牛座的畢宿五和牧夫座的大角星,正在走向這樣的階段。

太陽膨脹的過程,讓本來壯年黃白色光芒的太陽呈現(xiàn)紅色,使太陽變成一顆巨大的紅巨星。紅巨星的顏色意味著,它的表面溫度比過去降低了幾千度。但因?yàn)榕蛎浟说某叽?,紅巨星的亮度急劇增加,相當(dāng)于穩(wěn)定階段太陽亮度的 10000 倍。同時(shí),地球與太陽表面急劇接近,讓我們感受到了溫度的劇烈升高。

在這個(gè)過程中,太陽猛烈的輻射吹走了外層的大量質(zhì)量,損失了質(zhì)量的太陽對(duì)地球的引力自然減小。其結(jié)果是,地球和太陽的距離變遠(yuǎn),將在更大的軌道上圍繞太陽,差不多接近今天火星的軌道。但最終膨脹了的太陽可以吞沒太陽系里最內(nèi)層的水星、金星、地球,紅色的太陽邊緣直逼火星軌道。

這不是《流浪地球》的想象,這是實(shí)打?qū)嵉拿凶⒍?。太陽半徑擴(kuò)大 250 倍,相當(dāng)于在很短的時(shí)間內(nèi)一個(gè)西瓜變成了一座電影院。怒吼的太陽風(fēng)席卷世界,地球變成焦土,隨后在巨大的太陽火球中隕歿。

徹底燒完的太陽把自己的外殼拋出去,只剩下一個(gè)致密的核心就像一塊燒白了的火炭一樣漸漸冷卻,這就是白矮星。白矮星的質(zhì)量只有最初太陽的一半。拋出去的外殼是塵埃和氣體,它們吹散到宇宙空間中,彌漫開來,成為一大片云霧狀的存在,這就是行星狀星云。就靠這種方式,太陽把它制造的新原子通過塵埃和氣體還給了宇宙。富含新原子的塵埃和氣體慢慢飄蕩,彌散,冷卻,死寂——太陽系的墓場。

在每一天的時(shí)間里,在整個(gè)可觀測宇宙的范圍內(nèi)有幾億顆恒星正在誕生,同時(shí)有幾億顆恒星正在走向生命的終點(diǎn)。對(duì)地球和地球上的生命來說的滅頂之災(zāi),只是宇宙里的常態(tài)?!读骼说厍颉防镎f的太陽提前進(jìn)入了衰老的階段,將在未來 100 年之內(nèi)膨脹成紅巨星。感謝太陽和它的引力規(guī)律,讓這一切還沒有發(fā)生。

作者:高爽 科普作家、海德堡大學(xué)天文學(xué)博士
審核:劉茜 北京天文館研究員

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