太陽(yáng)未來(lái)將成為紅巨星，這一點(diǎn)《流浪地球》中已經(jīng)科普到路人皆知，但太陽(yáng)為何會(huì)變成紅巨星，地球又會(huì)是怎樣的一種死亡過(guò)程，也許大家可能都不太清楚，下面來(lái)簡(jiǎn)單分析下太陽(yáng)和地球的未來(lái)會(huì)是一個(gè)如何的發(fā)展過(guò)程。

《流浪地球》中描述的氦閃和紅巨星有什么關(guān)系？

關(guān)于氦閃《流浪地球》的粉絲肯定了解這是太陽(yáng)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)階段，但太陽(yáng)為什么會(huì)氦閃劇中并沒(méi)有交代，包括很多科普文中也僅僅表示氦元素堆積，燃燒劇烈導(dǎo)致氦閃，大致描述上并沒(méi)有錯(cuò)，但總覺(jué)得缺少點(diǎn)什么，下面就把這缺少的這點(diǎn)給補(bǔ)上。

質(zhì)子鏈反應(yīng)這是在太陽(yáng)內(nèi)核正在發(fā)生的過(guò)程，第一步中一個(gè)質(zhì)子的氕（氫同位素）聚變成一個(gè)質(zhì)子+一個(gè)種中子的氘，不過(guò)過(guò)程很漫長(zhǎng)，曾經(jīng)天文學(xué)家計(jì)算太陽(yáng)內(nèi)核達(dá)不到這個(gè)溫度，但后來(lái)量子隧穿效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)解釋了這個(gè)過(guò)程，盡管如此，這個(gè)效率很低，這也是制約太陽(yáng)燃燒速度的關(guān)鍵，太陽(yáng)正在“控制”生產(chǎn)燃料的速度。質(zhì)子鏈的會(huì)生成氦三然后是氦四，但到氦元素階段會(huì)發(fā)生一個(gè)問(wèn)題：

氦元素的聚變溫度要求更高，太陽(yáng)內(nèi)核原本可以通過(guò)坍縮達(dá)到這個(gè)溫度

氫元素燃燒要求更低，內(nèi)核存在熱壓力，無(wú)法滿足這個(gè)要求

因此以太陽(yáng)的質(zhì)量在主序星階段（氫元素燃燒為主的階段）內(nèi)核是不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題的，但在后期內(nèi)核的氫元素逐漸消耗，此時(shí)內(nèi)核的燃燒結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生巨大的變化。

請(qǐng)看上圖中0.5-1.5M⊙（太陽(yáng)質(zhì)量倍數(shù)），這就是類(lèi)日恒星的結(jié)構(gòu)，中間是輻射層，以外才是對(duì)流層，因此內(nèi)核氫元素慢慢耗盡后氦元素會(huì)堆積在內(nèi)核中，同時(shí)熱壓力也會(huì)減小，扛不住外殼壓力的內(nèi)核會(huì)出現(xiàn)坍縮，內(nèi)核氦原子的電子突入到電子兼并的極限狀態(tài)，形成氦白矮星內(nèi)核，這一點(diǎn)很關(guān)鍵，我們標(biāo)注MARK1，這是導(dǎo)致氦閃的重要原因，下文詳解。

此時(shí)內(nèi)核收縮后，部分輻射層的氫元素會(huì)進(jìn)入原本內(nèi)核的區(qū)域，這個(gè)過(guò)程也非常重要，我們標(biāo)注MARK2，這是導(dǎo)致紅巨星的重要原因。

MARK2：內(nèi)核逐漸收縮為簡(jiǎn)并態(tài)氦核，外殼中的氫元素進(jìn)入到內(nèi)外殼層之間間隙，這些氫元素將達(dá)到聚變條件，而且此時(shí)內(nèi)核溫度更高，氫元素的燃燒速度也比主序星階段更高，當(dāng)然它會(huì)產(chǎn)生更多的熱壓力以及氦元素，前者將導(dǎo)致恒星逐漸膨脹，后者將會(huì)給簡(jiǎn)并態(tài)氦核再加一些猛料。

MARK1：這個(gè)突入到內(nèi)核的氫殼層燃燒給內(nèi)核提供了更多的氦元素，這個(gè)累積工作最終將達(dá)到氦元素的聚變條件，約為1億度以上。

正常情況下氦聚變也會(huì)和氫元素聚變一樣，也就是個(gè)“溫柔”的過(guò)程，但此時(shí)內(nèi)核條件是氦白矮星的簡(jiǎn)并態(tài)，并不能像氫核聚變時(shí)能自我調(diào)節(jié)熱壓力，就像火藥燃燒和炸藥爆炸的區(qū)別。因此簡(jiǎn)并態(tài)的氦核會(huì)經(jīng)歷一個(gè)失控的聚變過(guò)程，在極短的時(shí)間內(nèi)氦核中的大部分元素將轉(zhuǎn)換碳，并且在這個(gè)過(guò)程中釋放出巨大的能量，會(huì)導(dǎo)致恒星經(jīng)歷一次物質(zhì)爆發(fā)的過(guò)程，這就是氦閃的簡(jiǎn)單過(guò)程。

氦閃的能量并不足以摧毀恒星，但它的物質(zhì)拋射過(guò)程將是太陽(yáng)系的末日，一次太陽(yáng)超級(jí)磁暴活動(dòng)就可以將人類(lèi)送回18世紀(jì)，那么氦閃的大量太陽(yáng)高能物質(zhì)沖擊甚至可能剝離行星大氣。

恒星內(nèi)核動(dòng)蕩的過(guò)程

太陽(yáng)在第一次內(nèi)核氦閃以后，內(nèi)核會(huì)繼續(xù)坍縮，外部的氫殼又會(huì)重新進(jìn)入內(nèi)核，達(dá)到氫聚變條件，然后堆積氦元素，靜待下一次氦閃，這個(gè)過(guò)程會(huì)持續(xù)到內(nèi)核大部分元素聚變碳以及部分氧的狀態(tài)，再無(wú)法點(diǎn)燃碳閃或者氧閃為止，此時(shí)外殼已經(jīng)被劇烈聚變的氫元素推到太遠(yuǎn)了，再無(wú)法被內(nèi)核引力束縛，擴(kuò)散為行星狀星云，而內(nèi)核則留在中心成為一顆白矮星。

地球在太陽(yáng)發(fā)展過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷什么？

準(zhǔn)確的定義的話，地球上的生命并不會(huì)經(jīng)歷太陽(yáng)狂暴的氦閃和瘋狂紅巨星階段，因?yàn)榈睾死鋮s將會(huì)導(dǎo)致地球過(guò)早的失去宜居條件，甚至我們可以確定，地球生命的未來(lái)并不是太陽(yáng)決定的，而是地球本身。

地球磁場(chǎng)來(lái)自熾熱的鐵鎳質(zhì)內(nèi)核流動(dòng)而產(chǎn)生了磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)可以偏轉(zhuǎn)太陽(yáng)風(fēng)中的高能帶電粒子保護(hù)大氣免受剝離，因此地球的磁場(chǎng)就像是一個(gè)看不見(jiàn)的金鐘罩保護(hù)地球脆弱的宜居狀態(tài)，當(dāng)二十多億年后地核冷卻，首當(dāng)其沖的就是地球水汽循環(huán)圈，我們可以來(lái)討論一下這個(gè)過(guò)程。

1、在正常狀態(tài)下，由于磁場(chǎng)的屏蔽，大部分高能帶電粒子并不能進(jìn)入大氣層，大氣層的散逸層大氣逃逸還是由部分帶電粒子和紫外線的光解所致，而水汽主要是短波紫外線光解，逃逸的是氫氣，而氧氣則會(huì)留下與氧分子結(jié)合成臭氧，或者將氧分子解離，氧原子與氧分子構(gòu)成臭氧O3，這就是臭氧層的來(lái)歷。逃逸的氫以及其他大氣分子是少數(shù)

2、失去磁場(chǎng)的情況下，太陽(yáng)風(fēng)中的高能粒子會(huì)直達(dá)大氣層，這些粒子的能級(jí)從KeV到GeV不等，與空氣原子碰撞而使其電離，但電離并不是逃離的主要原因。這個(gè)過(guò)程會(huì)使水汽解離的速度大大增加，導(dǎo)致地球大量失水，高能粒子也會(huì)碰撞氮和氧，形成有毒的二氧化氮，阻擋光線，植物枯萎，動(dòng)物失去食物來(lái)源，地球生態(tài)惡化。

3、逐漸發(fā)展的紅巨星，使得地球獲得的總輻射量增加，會(huì)繼續(xù)促使水汽逃逸，從地球誕生到現(xiàn)代，大約有26%被紫外線光解而逃逸（在有水補(bǔ)充的條件下），未來(lái)紅巨星輻射增加，這個(gè)逃逸過(guò)程會(huì)加劇。

4、具體需要多久可能尚難確定，但估計(jì)生命很難支撐到第一次氦閃，因?yàn)樘?yáng)的第一次氦閃會(huì)發(fā)生在其脫離主序星階段大約12億年后發(fā)生，這12億年會(huì)經(jīng)歷什么樣的過(guò)程，實(shí)在難以想象。但可以肯定的是，水汽逃逸，地球越來(lái)越干燥，而二氧化氮在努力在降低溫室效應(yīng)，氧含量卻越來(lái)越高（光解后氫逃逸，氧留下），氧化作用加劇，火災(zāi)頻發(fā)，地面還真有可能發(fā)紅，就像火星一樣（與鐵結(jié)合形成氧化鐵）

5、氦閃時(shí)代來(lái)臨，地球大氣層會(huì)受到極度沖擊，我們不能確定會(huì)失去多少大氣，但風(fēng)雨飄渺的氦閃風(fēng)暴中，生命可能徹底消失了。

6、瘋狂的紅巨星時(shí)代來(lái)臨時(shí)地球早已死氣沉沉，據(jù)評(píng)估太陽(yáng)的紅巨星大約會(huì)擴(kuò)張到地球軌道附近，但太陽(yáng)質(zhì)量減少，地球軌道外前可能會(huì)逃脫被吞沒(méi)的命運(yùn)，不過(guò)這有啥區(qū)別呢？

未來(lái)的木星時(shí)代？

未來(lái)到達(dá)太陽(yáng)氣體外殼擴(kuò)散階段時(shí)，太陽(yáng)系內(nèi)每一顆行星都會(huì)接受高能太陽(yáng)物質(zhì)的洗禮，比較好玩的是太陽(yáng)系內(nèi)每一顆行星都有可能擁有自己的環(huán)，就像土星一樣，而這些物質(zhì)都有太陽(yáng)免費(fèi)給予，只是這個(gè)美麗的光環(huán)是以太陽(yáng)系的死亡為代價(jià)。

地球有環(huán)？

火星有環(huán)？

而木星將會(huì)瘋狂的吸取這些氣體，力求成長(zhǎng)為一顆恒星，據(jù)測(cè)算太陽(yáng)的40-50%的質(zhì)量會(huì)以星云的形式從黃道面向外擴(kuò)散，如果木星能從這些物質(zhì)中截留1/3的質(zhì)量，那么它未來(lái)將會(huì)成為一顆入門(mén)級(jí)別的恒星-紅矮星。

《2010威震太陽(yáng)神劇照》

地球此時(shí)已經(jīng)無(wú)需再考慮未來(lái)，因?yàn)榘装菚r(shí)代的地球?qū)⒉粫?huì)再有機(jī)會(huì)誕生生命，而木星的衛(wèi)星系則非常有可能在木星的紅矮星時(shí)代迎來(lái)生命，畢竟木星的伽利略衛(wèi)星都具有這個(gè)潛力，并且木衛(wèi)二甚至在現(xiàn)在都可能已經(jīng)誕生生命。