书城科普读物地球的终结
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第68章 氦闪和内核氦聚变

太阳的年龄:122.33亿岁~123.45亿岁(从现在开始 76.33~77.45亿岁)这时的日历读作公元7633年(至多出入1年)。太阳是一颗红巨星,刚好达到它的巅峰(直径有1.5亿英里)。水星已经不在了;金星还在附近,但日子不太好过,地球的轨道比起以前更向外了;冥王星此时是一个主要的住所,如果有来自21世纪的旅行者,他肯定认不出他的这位“邻居”了。

不过,太阳不会永远处于红巨星的状态。而且,和通常一样,问题的关键出自内核。

此时,太阳的内核由氦组成。由于不断的挤压,它处于简并状态。周围的氢聚变为氦并形成一层薄薄的壳,为内核提供更多的原料。还记得吧,处于简并状态的内核的压强,不会随着质量的增加而改变。不过,温度持续上升。

转变为红巨星的6亿年后,内核的温度已经达到1亿度。然后,所有的恶魔挣脱枷锁。嗯,更准确地说,所有的恶魔被释放出来,不过并没有挣脱。

在那个温度上,氦可以聚变为碳。如果内核只是一个普通的气体球,氦会发生聚变反应并释放热量,气体会膨胀并调整它的内部压强以“安置”这种额外的热量——这也正是太阳的内核数十亿年来一直在做的,温度、引力和压强三者相互制衡。

不过这里的内核并不简单,它处于简并状态,不能调整它的压强。因此,当温度上升,它的体积不会增加。在内核深处,温度到达那个关键点,氦开始聚变为碳,这会散发能量,进一步提高内核的温度。

糟糕的是,氦聚变的速率对于温度出奇地敏感。温度的一点点上升都会使得聚变剧烈加速,进而使温度进一步上升,再次增加聚变的速率。几秒钟内,这个恶性循环失控,太阳的内核像炸弹一样爆炸了。

释放的能量大到难以形容。这一小段时间,被称为“氦闪”(helium flash),太阳内核释放的能量,相当于太阳系中所有其它星球释放能量的总和。几秒钟内,它释放的能量是正常输出的1亿倍。

太阳会不会以超新星的形式被瓦解?答案是:不会。它做了一件非常有趣的事:因为这些全都发生在内核深处,物质本身吸收了释放的所有能量。巨大的能量输入克服了内核的简并作用,物质恢复正常状态。当然,压强还是非常高的,但是已不在那个奇怪的量子力学状态的统治之下了。一旦简并消失,失控的聚变受到抑制,一切回到美好的稳定状态。

在巨大的爆炸被安全地吸收后,内核回到正常状态,氦聚变又能以自由的步调继续进行。现在的内核通过把氦聚变成碳(还有一些次要的途径能够产生氧和氖)释放能量。外面仍然是一层薄薄的氢外壳,再往外,是1亿英里厚的恒星的外层。

不过,由内核中的氦聚变产生的能量小于之前内核简并、收缩时释放的能量。这意味着转移到外层的能量变少了。一旦内核冷却下来,外层也相应地收缩回来。正当红巨星达到它的最大体积时,它的“双腿”从下面被锯断了,太阳开始收缩。

当它平静下来,太阳亮度的变化也相当大,散发出的能量仅有年轻时的2~5倍了(仅是红巨星峰值时的百分之几)。不过,它仍然比作为一颗正常的恒星时大一些:现在的体积大约是最初时的1倍(8~1英里宽);温度大概在8华氏度(比今天的温度还要低一些);颜色是可爱的橙色。

由于体积变小了,太阳表面的引力相应增加(即使在红巨星阶段流失了一部分质量)。另外,亮度有所下降,表面的颗粒被“吹走”的危险降低,星风大幅减少。

太阳再次回归稳定。它将维持这个状态1亿多年。

不过,地球的麻烦又来了。在我们费尽周折把她移到1亿英里外的地方后,突然发现太阳又变小了,射出的能量也少了,地球表面的气温迅速下降。在那遥远的地方,我们的后代不得不把地球移回太阳身边。没问题——怎么移出去的就怎么移回来。然而,留给他们完成这项工作的时间要少多了:他们有数十亿年的时间把它移出,而现在必须在1万年内把它移回来。可以利用更大的天体(比如,木星就有很多这样的卫星)以增加能量转移的效率。

或者……谁知到呢。那是7多亿年后的事了。可能他们只需动动手指,地球就会穿越宇宙时空重新出现在它应该在的地方。

让我们共同希望这很容易办到。同时希望我们的后代有足够的耐心,不易被激怒,因为在几千万年后,一切将不得不重新开始。

在太阳的内核,碳和氧在不断堆积。内核的温度还不足以使得它们产生聚变,因此它们像前身——氦一样“懒散”地呆在那里,就像壁炉上的烟灰。接下来的场景我们很熟悉:内核开始收缩,太阳的温度缓慢回升。在后面的2万年里,它变亮、膨胀。在把地球移出又移回后,我们将不得不再次把我们的星球移远点。在下一个大灾难降临之前,太阳的外层将扩展到2万英里远。