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【原】太阳死亡后木星可能替代太阳?每颗行星都将有环,但地球再无机会

来源:用户 星辰大海... 收藏 编辑:从小磊

太阳未来将成为红巨星,这一点《流浪地球》中已经科普到路人皆知,但太阳为何会变成红巨星,地球又会是怎样的一种死亡过程,也许大家可能都不太清楚,下面来简单分析下太阳和地球的未来会是一个如何的发展过程。

《流浪地球》中描述的氦闪和红巨星有什么关系?

关于氦闪《流浪地球》的粉丝肯定了解这是太阳发展过程中的一个阶段,但太阳为什么会氦闪剧中并没有交代,包括很多科普文中也仅仅表示氦元素堆积,燃烧剧烈导致氦闪,大致描述上并没有错,但总觉得缺少点什么,下面就把这缺少的这点给补上。

质子链反应这是在太阳内核正在发生的过程,第一步中一个质子的氕(氢同位素)聚变成一个质子+一个种中子的氘,不过过程很漫长,曾经天文学家计算太阳内核达不到这个温度,但后来量子隧穿效应的发现解释了这个过程,尽管如此,这个效率很低,这也是制约太阳燃烧速度的关键,太阳正在“控制”生产燃料的速度。质子链的会生成氦三然后是氦四,但到氦元素阶段会发生一个问题:

氦元素的聚变温度要求更高,太阳内核原本可以通过坍缩达到这个温度

氢元素燃烧要求更低,内核存在热压力,无法满足这个要求

因此以太阳的质量在主序星阶段(氢元素燃烧为主的阶段)内核是不会出现问题的,但在后期内核的氢元素逐渐消耗,此时内核的燃烧结构将会产生巨大的变化。

请看上图中0.5-1.5M⊙(太阳质量倍数),这就是类日恒星的结构,中间是辐射层,以外才是对流层,因此内核氢元素慢慢耗尽后氦元素会堆积在内核中,同时热压力也会减小,扛不住外壳压力的内核会出现坍缩,内核氦原子的电子突入到电子兼并的极限状态,形成氦白矮星内核,这一点很关键,我们标注MARK1,这是导致氦闪的重要原因,下文详解。

此时内核收缩后,部分辐射层的氢元素会进入原本内核的区域,这个过程也非常重要,我们标注MARK2,这是导致红巨星的重要原因。

MARK2:内核逐渐收缩为简并态氦核,外壳中的氢元素进入到内外壳层之间间隙,这些氢元素将达到聚变条件,而且此时内核温度更高,氢元素的燃烧速度也比主序星阶段更高,当然它会产生更多的热压力以及氦元素,前者将导致恒星逐渐膨胀,后者将会给简并态氦核再加一些猛料。

MARK1:这个突入到内核的氢壳层燃烧给内核提供了更多的氦元素,这个累积工作最终将达到氦元素的聚变条件,约为1亿度以上。

正常情况下氦聚变也会和氢元素聚变一样,也就是个“温柔”的过程,但此时内核条件是氦白矮星的简并态,并不能像氢核聚变时能自我调节热压力,就像火药燃烧和炸药爆炸的区别。因此简并态的氦核会经历一个失控的聚变过程,在极短的时间内氦核中的大部分元素将转换碳,并且在这个过程中释放出巨大的能量,会导致恒星经历一次物质爆发的过程,这就是氦闪的简单过程。

氦闪的能量并不足以摧毁恒星,但它的物质抛射过程将是太阳系的末日,一次太阳超级磁暴活动就可以将人类送回18世纪,那么氦闪的大量太阳高能物质冲击甚至可能剥离行星大气。

恒星内核动荡的过程

太阳在第一次内核氦闪以后,内核会继续坍缩,外部的氢壳又会重新进入内核,达到氢聚变条件,然后堆积氦元素,静待下一次氦闪,这个过程会持续到内核大部分元素聚变碳以及部分氧的状态,再无法点燃碳闪或者氧闪为止,此时外壳已经被剧烈聚变的氢元素推到太远了,再无法被内核引力束缚,扩散为行星状星云,而内核则留在中心成为一颗白矮星。

地球在太阳发展过程中会经历什么?

准确的定义的话,地球上的生命并不会经历太阳狂暴的氦闪和疯狂红巨星阶段,因为地核冷却将会导致地球过早的失去宜居条件,甚至我们可以确定,地球生命的未来并不是太阳决定的,而是地球本身。

地球磁场来自炽热的铁镍质内核流动而产生了磁场,而磁场可以偏转太阳风中的高能带电粒子保护大气免受剥离,因此地球的磁场就像是一个看不见的金钟罩保护地球脆弱的宜居状态,当二十多亿年后地核冷却,首当其冲的就是地球水汽循环圈,我们可以来讨论一下这个过程。

1、在正常状态下,由于磁场的屏蔽,大部分高能带电粒子并不能进入大气层,大气层的散逸层大气逃逸还是由部分带电粒子和紫外线的光解所致,而水汽主要是短波紫外线光解,逃逸的是氢气,而氧气则会留下与氧分子结合成臭氧,或者将氧分子解离,氧原子与氧分子构成臭氧O3,这就是臭氧层的来历。逃逸的氢以及其他大气分子是少数

2、失去磁场的情况下,太阳风中的高能粒子会直达大气层,这些粒子的能级从KeV到GeV不等,与空气原子碰撞而使其电离,但电离并不是逃离的主要原因。这个过程会使水汽解离的速度大大增加,导致地球大量失水,高能粒子也会碰撞氮和氧,形成有毒的二氧化氮,阻挡光线,植物枯萎,动物失去食物来源,地球生态恶化。

3、逐渐发展的红巨星,使得地球获得的总辐射量增加,会继续促使水汽逃逸,从地球诞生到现代,大约有26%被紫外线光解而逃逸(在有水补充的条件下),未来红巨星辐射增加,这个逃逸过程会加剧。

4、具体需要多久可能尚难确定,但估计生命很难支撑到第一次氦闪,因为太阳的第一次氦闪会发生在其脱离主序星阶段大约12亿年后发生,这12亿年会经历什么样的过程,实在难以想象。但可以肯定的是,水汽逃逸,地球越来越干燥,而二氧化氮在努力在降低温室效应,氧含量却越来越高(光解后氢逃逸,氧留下),氧化作用加剧,火灾频发,地面还真有可能发红,就像火星一样(与铁结合形成氧化铁)

5、氦闪时代来临,地球大气层会受到极度冲击,我们不能确定会失去多少大气,但风雨飘渺的氦闪风暴中,生命可能彻底消失了。

6、疯狂的红巨星时代来临时地球早已死气沉沉,据评估太阳的红巨星大约会扩张到地球轨道附近,但太阳质量减少,地球轨道外前可能会逃脱被吞没的命运,不过这有啥区别呢?

未来的木星时代?

未来到达太阳气体外壳扩散阶段时,太阳系内每一颗行星都会接受高能太阳物质的洗礼,比较好玩的是太阳系内每一颗行星都有可能拥有自己的环,就像土星一样,而这些物质都有太阳免费给予,只是这个美丽的光环是以太阳系的死亡为代价。

地球有环?

火星有环?

而木星将会疯狂的吸取这些气体,力求成长为一颗恒星,据测算太阳的40-50%的质量会以星云的形式从黄道面向外扩散,如果木星能从这些物质中截留1/3的质量,那么它未来将会成为一颗入门级别的恒星-红矮星。

《2010威震太阳神剧照》

地球此时已经无需再考虑未来,因为白矮星时代的地球将不会再有机会诞生生命,而木星的卫星系则非常有可能在木星的红矮星时代迎来生命,毕竟木星的伽利略卫星都具有这个潜力,并且木卫二甚至在现在都可能已经诞生生命。

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照我的推断火星就是几亿年前的地球,是否有人同意...

答:恐怕不是这样的。火星在十几亿年前与地球相似,现在已经“退化”了。 科学家已经基本上搞清楚了,在十几亿年前,火星看起来简直就是一个克隆版本的地球,其表面覆盖着大量的海洋、山川以及沙漠。但现在火星上已经是一片荒芜,没有了液态水,只剩下...

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