第68章 氦閃和內核氦聚變(1 / 1)

太陽的年齡:122.33億歲~123.45億歲(從現在開始 76.33~77.45億歲)這時的日曆讀作公元7633年(至多出入1年)。太陽是一顆紅巨星,剛好達到它的巔峰(直徑有1.5億英裏)。水星已經不在了;金星還在附近,但日子不太好過,地球的軌道比起以前更向外了;冥王星此時是一個主要的住所,如果有來自21世紀的旅行者,他肯定認不出他的這位“鄰居”了。

不過,太陽不會永遠處於紅巨星的狀態。而且,和通常一樣,問題的關鍵出自內核。

此時,太陽的內核由氦組成。由於不斷的擠壓,它處於簡並狀態。周圍的氫聚變為氦並形成一層薄薄的殼,為內核提供更多的原料。還記得吧,處於簡並狀態的內核的壓強,不會隨著質量的增加而改變。不過,溫度持續上升。

轉變為紅巨星的6億年後,內核的溫度已經達到1億度。然後,所有的惡魔掙脫枷鎖。嗯,更準確地說,所有的惡魔被釋放出來,不過並沒有掙脫。

在那個溫度上,氦可以聚變為碳。如果內核隻是一個普通的氣體球,氦會發生聚變反應並釋放熱量,氣體會膨脹並調整它的內部壓強以“安置”這種額外的熱量——這也正是太陽的內核數十億年來一直在做的,溫度、引力和壓強三者相互製衡。

不過這裏的內核並不簡單,它處於簡並狀態,不能調整它的壓強。因此,當溫度上升,它的體積不會增加。在內核深處,溫度到達那個關鍵點,氦開始聚變為碳,這會散發能量,進一步提高內核的溫度。

糟糕的是,氦聚變的速率對於溫度出奇地敏感。溫度的一點點上升都會使得聚變劇烈加速,進而使溫度進一步上升,再次增加聚變的速率。幾秒鍾內,這個惡性循環失控,太陽的內核像炸彈一樣爆炸了。

釋放的能量大到難以形容。這一小段時間,被稱為“氦閃”(helium flash),太陽內核釋放的能量,相當於太陽係中所有其它星球釋放能量的總和。幾秒鍾內,它釋放的能量是正常輸出的1億倍。

太陽會不會以超新星的形式被瓦解?答案是:不會。它做了一件非常有趣的事:因為這些全都發生在內核深處,物質本身吸收了釋放的所有能量。巨大的能量輸入克服了內核的簡並作用,物質恢複正常狀態。當然,壓強還是非常高的,但是已不在那個奇怪的量子力學狀態的統治之下了。一旦簡並消失,失控的聚變受到抑製,一切回到美好的穩定狀態。

在巨大的爆炸被安全地吸收後,內核回到正常狀態,氦聚變又能以自由的步調繼續進行。現在的內核通過把氦聚變成碳(還有一些次要的途徑能夠產生氧和氖)釋放能量。外麵仍然是一層薄薄的氫外殼,再往外,是1億英裏厚的恒星的外層。

不過,由內核中的氦聚變產生的能量小於之前內核簡並、收縮時釋放的能量。這意味著轉移到外層的能量變少了。一旦內核冷卻下來,外層也相應地收縮回來。正當紅巨星達到它的最大體積時,它的“雙腿”從下麵被鋸斷了,太陽開始收縮。

當它平靜下來,太陽亮度的變化也相當大,散發出的能量僅有年輕時的2~5倍了(僅是紅巨星峰值時的百分之幾)。不過,它仍然比作為一顆正常的恒星時大一些:現在的體積大約是最初時的1倍(8~1英裏寬);溫度大概在8華氏度(比今天的溫度還要低一些);顏色是可愛的橙色。

由於體積變小了,太陽表麵的引力相應增加(即使在紅巨星階段流失了一部分質量)。另外,亮度有所下降,表麵的顆粒被“吹走”的危險降低,星風大幅減少。

太陽再次回歸穩定。它將維持這個狀態1億多年。

不過,地球的麻煩又來了。在我們費盡周折把她移到1億英裏外的地方後,突然發現太陽又變小了,射出的能量也少了,地球表麵的氣溫迅速下降。在那遙遠的地方,我們的後代不得不把地球移回太陽身邊。沒問題——怎麼移出去的就怎麼移回來。然而,留給他們完成這項工作的時間要少多了:他們有數十億年的時間把它移出,而現在必須在1萬年內把它移回來。可以利用更大的天體(比如,木星就有很多這樣的衛星)以增加能量轉移的效率。

或者……誰知到呢。那是7多億年後的事了。可能他們隻需動動手指,地球就會穿越宇宙時空重新出現在它應該在的地方。

讓我們共同希望這很容易辦到。同時希望我們的後代有足夠的耐心,不易被激怒,因為在幾千萬年後,一切將不得不重新開始。

在太陽的內核,碳和氧在不斷堆積。內核的溫度還不足以使得它們產生聚變,因此它們像前身——氦一樣“懶散”地呆在那裏,就像壁爐上的煙灰。接下來的場景我們很熟悉:內核開始收縮,太陽的溫度緩慢回升。在後麵的2萬年裏,它變亮、膨脹。在把地球移出又移回後,我們將不得不再次把我們的星球移遠點。在下一個大災難降臨之前,太陽的外層將擴展到2萬英裏遠。