在電影“流浪地球”中,太陽不斷膨脹,最終將會大到吞噬地球公轉的軌道,人類迫不得已,只能開啟流浪地球計劃,推動地球遠離太陽,尋找新的宜居地。
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你可能會好奇,現實中太陽是否真的如電影情節會發生膨脹?距離太陽膨脹還有多少時間?太陽為什么會發生膨脹?想要知道這些,我們首先需要了解恒星的一生。
恒星的一生需要經歷漫長的演化,分為星胚、主序星、紅巨星和致密星四個階段。
在恒星的誕生中,我們已經了解了星胚和主序星階段的恒星,接下來我們將一起認識老年時期的恒星,紅巨星和致密星。
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在主序星階段經過漫長的熱核反應后,恒星中的氫元素已經全部聚變成氦元素,這時不再有核聚變產生的能量來支撐自重,很快恒星內核在自身重力下開始坍縮,隨著核心收縮質量變大,溫度和壓力也逐漸變大。
當上升到1億度時,氦開始聚變成碳,向外釋放更多能量,使膨脹壓大于自身重力,恒星開始膨脹變大,進入紅巨星階段。
這時,恒星的體積會增大數千倍。“流浪地球”中的太陽正是處于這個階段。
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而在現實中,我們不必擔心,雖然太陽已經燃燒了50億年,但目前所剩的氫含量仍然充足,預計還能再持續反應50億年,所以太陽演變成紅巨星的時期距離我們十分遙遠。
前段時間關注度很高的參宿四目前就處于紅巨星階段。
當恒星膨脹變大,進入紅巨星階段時,其內核的核聚變依然在逐層級進行。對于太陽這種質量的恒星,聚變到碳就會停止,因為無法提供足夠的能量。而對于大質量恒星,反應還在持續,當溫度上升到10億度時,碳也開始聚變,依次生成氧、氖、鈉、鎂...直到鐵。
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此時,紅巨星的內核變成了一層一層的元素殼,它也幾乎燃燒完了所有燃料,膨脹壓再也無法與自身重力抗衡,在引力作用下,紅巨星開始坍縮,氣體殼與中心核相碰,發生反彈和爆發,這種現象被稱為超新星爆發。
此時會有兩種結果,一是恒星在爆炸后解體,成為一團彌漫的星際物質,這顆恒星就此消失;二是恒星的外殼在爆炸后膨脹形成星云,而中心核則被壓成一個密度極高的星核,恒星進入致密星階段。
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根據恒星自身質量不同,最終形成的致密星可以分為以下幾種:
1. 白矮星
當恒星內部的能量消耗完后,若其質量小于1.44倍太陽質量,就會變成白矮星。白矮星是一種體積小、亮度暗,但密度和質量極大的天體。
它的密度約為1000萬噸/立方米,其表面的重力為地球的億倍左右,任何物質在如此高的壓力下都會被擠壓粉碎,包括原子。
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原子核外的電子都會脫離軌道,變成自由電子,這些自由電子充斥滿原子核的周圍,因此極大提高了星球的密度,這種狀態被稱為簡并態。
2. 中子星
當恒星內部的能量消耗完后,若其質量高于1.44倍但小于2倍太陽質量,就會變成中子星。中子星是一種密度更為巨大的天體,其半徑只有幾千米至幾十千米,但質量卻往往比太陽還大。
在這種巨大的壓力下,電子直接被壓入了原子核,變成中子。
中子星具有高溫、超強磁場等特征,一顆自轉的中子星會周期性地向外發生無線電波,因此被稱為脈沖星。
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3. 黑洞
當恒星內部的能量消耗完后,若其質量大于2倍太陽質量,就會變成黑洞。黑洞是宇宙中具有最大密度和超高質量的天體,它的引力強到連光線都無法從內部逃脫,以至其對外不可見。在如此巨大的引力下,中子也會被撕碎,變成更基本的粒子。
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