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如何理解《流浪地球2》中的天文概念

电影《流浪地球2》是《流浪地球》的前传,讲述了地球开启流浪之前,发生的惊心动魄的故事。其中的一个关键就是人类对太阳发生氦闪的正确认识。那么迫使地球流浪的元凶——太阳,究竟是如何构成的呢?太阳是宇宙中很普通的恒星,它不但要自转还得围绕着银河系公转,它的直径大约有139万公里,相当于地球直径的109倍。太阳由内至外主要由日核、辐射层和对流层构成。日核占太阳半径的1/4,质量的一半,温度达1500万℃,随时都在进行着氢核聚变成氦核的核聚变反应。辐射层从日核到0.71个地球半径的区域,形成可见光传向太阳表面。对流层的厚度约15万千米,辐射层传来的能量,在这里以对流的形式传出去。

太阳的演化

接下来我们来了解一下太阳的核聚变反应。核聚变反应是人类目前能够操纵的核聚变反应,是由氢的同位素氘和氚原子核结合成较重的氦原子核,并放出巨大能量,核聚变前后质子和中子数量都保持不变。而太阳的氢核聚变反应虽然与此类似但又复杂很多,通常太阳内部聚集了极大的压力和温度,使得氢原子外的电子云结构坍塌,两个氢原子核克服斥力聚合在一起形成氘核,这是太阳内部聚变反应的第一步,同时发生了质量亏损,释放出热量,紧接着氘核和氢核又被挤压到一起,发生聚变,反应生成氦3,继续放热,最后两个氦3聚变形成氦4并且放出2个中子,太阳的核聚变反应释放出大量的能量。

太阳也像我们生物一样有着生老病死的过程,那么太阳的一生是什么样的的呢?太阳是一颗黄矮星,也是有生命周期的,黄矮星的寿命大致为100亿年。下面我们就来看一下太阳演变过程。大约在50亿年前银河系里的一颗恒星发生爆炸,形成了太阳星云。在引力的作用下,太阳星云不断收缩,体积越缩越小,密度也越来越大,中心温度也越来越高,当中心温度达到10000℃时,形成了原始恒星。当原始恒星的温度继续升高达到1000万℃时,触发了氢核聚变反应,太阳就此诞生了,诞生距今大约46亿年了,目前我们看到的太阳已经进入恒星的主序星阶段,也就是正值太阳壮年时期。

《流浪地球》中所说的氦闪,就是距今再过大约54亿年后,太阳的生命周期接近尾声,氢燃烧殆尽,将会发生的现象。氦闪是在中等质量恒星的核心,或是白矮星表面堆积的氦突然开始的核聚变,核心温度变得越来越高,太阳就逐渐变成一颗巨大但暗淡的红巨星,太阳的外层将向太阳系膨胀,将远远大于现在的太阳,太阳系内侧行星将会被吞噬,直到最后太阳骤然停止燃烧,变成白矮星。这就是《流浪地球》原著中写的:“太阳内部氢转化为氦的速度突然加快,太阳的演化已向主星序外偏移,氦元素的聚变将在很短的时间内传遍整个太阳内部,由此产生一次叫氦闪的剧烈爆炸”。

再过54亿年,发生氦闪一个结果就是太阳将会变成红巨星,而到那个时候地球一定会被变成红巨星的太阳吞噬吗?在这里我鼓励各位朋友都能尝试着进行推演,一切能自圆其说的结果都是可能发生的,比如说:如果地球与太阳中心的相对距离保持不变,那太阳外部向外膨胀时必将吞噬地球,甚至都不用红巨星的边缘接触地球,高温早就将地球汽化了。但是如果54亿年后地球与太阳的距离已经足够远了,红巨星的高温不会或者较小的影响到地球也是可能的。根据观测,由于太阳的高温燃烧,存在着自太阳向外的“太阳风”,目前的太阳风每年会将地球推离太阳1.6厘米,那么随着太阳燃烧的加剧太阳风也会随之加剧,加之漫长的几十亿年的时间,也许到时地球不会被红巨星吞噬。但最终失去太阳的地球也很难再维持生命的延续。几十亿年后的事,一切皆有可能。

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《科幻电影中的科学》

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网友看法

1、网友陕西妖妖:看了电影《流浪地球2》,讲述了地球开启流浪之前,发生的惊心动魄的故事学到了,太阳是宇宙中很普通的恒星,它不但要自转还得围绕着银河系公。转,它的直径大约有139万公里,相当于地球直径的109倍。太阳由内至外主要由日核、辐射层和对流层构成

2、网友西安简单生活:如果没有一定的物理科学等知识储备,还真看不懂流浪地球的深层意义,作者的介绍让我们了解了一些[赞]

3、网友亮哥赫弟科技说:看了作者的写的真是长知识了,我上网搜了一下说流浪地球2上映时间是2023年1月22日,正好是大年初一有时间一定带我儿子看看这部电影,因为我儿子比较喜欢吴京的电影。

4、网友白白嫩嫩吖:突然发现看《流浪地球2》除了享受视觉盛宴外,还可以get到了新知识。简直是专门给我扫盲来了~太阳为什么要氦闪?什么是红巨星?原理是明白了[大笑]

5、网友你听那花开的声音:地球本是固定在太阳一侧的,所以我们才能看到四季变幻。如果太阳最终变成了一个红巨星,会不会就改变了这种固定布局?各种力量混杂改变,导致地球可能被太阳越推越远,说不定这就是生命的奇迹呢。

6、网友花开微凉梦清凉12:感觉比爱因斯坦还厉害 大家都知道的东西 大家都知道的东西

7、网友相似之用户:“核聚变反应是人类目前能够操纵的核聚变反应”,这里是不是写错了?

8、网友以火焚身:流浪地球,给地球装上发动机自己跑。会不会造成引力变化,地球气候巨变,生物毁灭。

9、网友洛阳碧桐广告传媒:那不应该叫流浪地球0

10、网友石头56140799:太阳内部氢转化为氦的速度突然加快,为什么会加快?氢燃烧(聚变),浓度越来越低。《流浪地球》仅仅是一种想像,很多现象都没有科学依据。

11、网友天龙八部乔段虚:分析的不错嘛

12、网友土豆哥177936229:恒星爆炸的物质还能形成恒星?你确定这个说法?

13、网友陌离娱乐生活:深度好文,这篇博文打破了我不爱看科幻题材的习惯,《流浪地球它普及了太阳为什么要氦闪?什么是红巨星?等从未接触过的知识,涨姿势了,期待这样的好影片越来越多。

14、网友心中有酒酒:人类不是唯一逃离所在星系的,宇宙里其他生命体也许不是咱们常规意识领域的生命体,看了一下硅基生物构想我就很震撼

15、网友沉着香瓜9O:看起来还是感觉懵懵逼逼的,但是还是要谢谢科普

16、网友乖而不野:流浪地球,给地球装上发动机自己跑。会不会造成引力变化,地球气候巨变,生物毁灭。

17、网友幸运同行一一:老师写的好,能看出在当流浪地球科学顾问时的用心, 流浪地球的世界观真严谨,到时候会去看一下电影,感受一下奇迹。

18、网友磨剪子抢菜刀:看到流浪地球2片名,想起吴京说的话---我想知道导演怎么让我在流浪地球2里复活,没想到他拍了个前传

19、网友武春根1:涨知识了!

20、网友玟瑰花:老师讲解的很好,能充分说明在当地《流浪地球》学问时的用心本来不那么明白的我都彻底的解惑啦,有空的话去看看电影感受一下吧

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