《流浪地球》中的氦閃是什么？

喬小海

小編的話：

《流浪地球》電影火爆春節(jié)假期，仰望星空、關(guān)愛地球甚至關(guān)心太陽，成為大家熱議的話題。今天我們要給大家揭開的就是有關(guān)老年的太陽和氦閃的奧秘！一起來看看吧！

小說中的氦閃

劉慈欣在《流浪地球》小說的末尾對老年太陽有一段生動的描寫：

我的眼睛突然什么都看不見了，幾秒鐘后，視力漸漸恢復(fù)，冰原、海岸和岸上的人群又在眼前慢慢顯影，最后完全清晰了，而且比剛才更清晰，因?yàn)檫@個世界現(xiàn)在籠罩在一片強(qiáng)烈的白光中，剛才我眼睛的失明正是由于這突然出現(xiàn)的強(qiáng)光的刺激。但星空沒有重現(xiàn)，所有的星光都被這強(qiáng)光所淹沒，仿佛整個宇宙都被強(qiáng)光溶化了，這強(qiáng)光從太空中的一點(diǎn)迸發(fā)出來，那一點(diǎn)現(xiàn)在成了宇宙中心，那一點(diǎn)就在我剛才盯著的方向。

太陽氦閃爆發(fā)了。

……

太陽爆發(fā)只持續(xù)了很短的時間，兩個小時后強(qiáng)光開始急劇減弱，很快熄滅了o在太陽的位置上出現(xiàn)了一個暗紅色球體，它的體積慢慢膨脹，最后從這里看它，已達(dá)到了在地球軌道上看到的太陽大小，它的實(shí)際體積已大到越出火星軌道，而水星、火星和金星這3顆地球的伙伴行星這時已在上億度的輻射中化為一縷輕煙。但它已不是太陽，它不再發(fā)出光和熱，看去如同貼在太空中一張冰冷的紅紙，它那暗紅色的光芒似乎是周圍星光的散射。這就是小質(zhì)量恒星演化的最后歸宿：紅巨星。

引力和熱壓力的美妙平衡

我們要講的是一個長篇故事，講的是引力和熱壓力這一對好朋友，攜手走過百億年，在經(jīng)歷了簡并壓這個家伙的搗亂后，最終破鏡重圓的故事。

大家都知道，明媚的陽光照耀到地球，是因?yàn)樘杻?nèi)部穩(wěn)定地發(fā)生著核聚變反應(yīng)。不知大家想過沒有，太陽核心并沒有一個發(fā)電廠來控制，也沒有工作人員在管理，如何會保持穩(wěn)定呢？

答案是引力和熱壓力的平衡，這兩位其實(shí)是我們的老熟人。

現(xiàn)在大家都喜歡坐電梯，覺得爬樓梯很累人，為什么呢？因?yàn)橛械厍蛞υ谕吕６煸谒畨乩锩嫜b熱水，如果裝得不太滿、蓋子又沒蓋緊的話，可能會突然聽到“砰”的一聲，蓋子被熱氣給推出來了，這就是熱壓力在起作用。

太陽內(nèi)部也是類似的，引力和熱壓力，一個往內(nèi)拉，一個往外推，兩者平衡的時候，太陽就穩(wěn)定了，所以太陽這種天體被稱為恒星。

引力和熱壓力這一對好朋友能夠如此默契地配合，關(guān)鍵在于：①核聚變反應(yīng)發(fā)生的速度和溫度密切相關(guān);②熱壓力對溫度敏感。

當(dāng)某一刻反應(yīng)速度加快，放出更多能量，溫度就會升高，熱壓力會變大，超過了引力，于是就會向外膨脹，膨脹使得溫度降低，反應(yīng)速度就降下來了。當(dāng)反應(yīng)速度降低，放出熱量減少，溫度下降，熱壓力變小，引力超過了熱壓力，就會導(dǎo)致收縮;收縮帶來升溫，這樣反應(yīng)速度也就恢復(fù)上去了。

于是引力和熱壓力這對好朋友配合默契，一起攜手讓太陽穩(wěn)定發(fā)光100億年。

平衡被打破

然而，美好的友誼也會有波折。即便太陽很大，體積也是有限的，核心的燃料也有用完的那一天。當(dāng)太陽核心的氫都聚變成了氦，那時的溫度仍然比較低，不能讓氦發(fā)生聚變，熱壓力和引力的平衡就被打破了。

就像兩個好朋友吵架會導(dǎo)致友誼的破裂，這時的太陽仿佛也分成內(nèi)外兩個截然不同的世界。在太陽核心附近，熱壓力小了，引力會導(dǎo)致內(nèi)核發(fā)生收縮。收縮的引力勢能會帶來一部分熱量，使得核心靠外部分的氫加速燃燒（氫殼層燃燒）。在太陽外層，氫殼層燃燒產(chǎn)生的較大的熱壓力使得太陽外層膨脹，外層膨脹一方面導(dǎo)致太陽半徑變大（體形巨大），另一方面使得太陽表面溫度降低（顏色偏紅）。

又大又紅的太陽發(fā)展到一定程度，就是大名鼎鼎的紅巨星了。紅巨星可以說是太陽晚年的一個夕陽紅階段，太陽晚年有多個階段，因?yàn)槠?，這里只介紹紅巨星和氦閃。

簡并壓登場

前面講了，紅巨星內(nèi)外是兩個世界，內(nèi)核收縮，外層擴(kuò)張，擴(kuò)張有廣闊的空間，收縮則不然。當(dāng)紅巨星內(nèi)核收縮到一定程度，其中的物質(zhì)就變成了一種奇特的高密度狀態(tài)（簡并態(tài)）。在簡并態(tài)下，熱壓力沒有了，引力只好和簡并壓臨時湊成一對。

但是簡并壓的問題在于，對溫度不敏感，于是控制不了反應(yīng)速度了。當(dāng)核反應(yīng)速度上升，放出更多的能量，核心溫度上升，核心處于簡并態(tài)的物質(zhì)并不會像普通物質(zhì)一樣隨之膨脹，從而把溫度降低，所以溫度的升高導(dǎo)致了反應(yīng)速度進(jìn)一步上升，最終導(dǎo)致了氦閃。

那時的情況可以用“失控”兩個字來形容，在幾個小時內(nèi)，大量的氦猛烈地燃燒（即聚變成了碳），放出的巨大能量加熱了內(nèi)核，最終簡并態(tài)消失，熱壓力回來了，于是引力和熱壓力終于破鏡重圓了。

太陽的終結(jié)

在一億度的高溫下，內(nèi)核中的氦穩(wěn)定地聚變?yōu)樘?，外殼層中的氫聚變?yōu)楹ぃ@一階段被稱為水平支。老年太陽還會經(jīng)歷漸進(jìn)巨星支階段，會發(fā)生一系列的爆發(fā)性氦殼層閃光，這種閃光可以影響到太陽的外層，造成亮度和半徑的大幅波動，所以更容易被觀測到。

此時的太陽已經(jīng)經(jīng)不起這樣的折騰了，它的外層會被逐漸吹飛，變成美麗的行星狀星云，內(nèi)部則留下一顆白矮星（白是說溫度高，比目前太陽表面溫度高一倍;矮是說個頭小，只有行星那么大），白矮星緩慢冷卻，才是太陽的最終歸宿——黑矮星。

恒星的一生

由此，我們可以看到現(xiàn)實(shí)世界和小說世界的不同。在現(xiàn)實(shí)中，氦閃終止了太陽的紅巨星階段，而小說中的描寫似乎是開啟。在現(xiàn)實(shí)中，紅巨星只是太陽晚年的初期階段，還有更加戲劇性的階段在后頭。

在現(xiàn)實(shí)世界中，恒星的一生非常漫長，它們一生大部分時間都處于穩(wěn)定的壯年，也就是主序階段，處于主序階段的恒星叫主序星。即使到了老年階段，從年富力強(qiáng)的主序星到夕陽紅的紅巨星再到氦閃，這一過程也需要上億年的時間。小說中可能是為了讓讀者體驗(yàn)到恒星演化的壯麗，并對情節(jié)產(chǎn)生推動，所以用文字加速了太陽演化過程。