| 本文原发表于2019年2月16日（杭州市天文学会微信公众号），现在原文重发。 这个春节，最为引人注目的话题要数国产科幻片《流浪地球》了。根据大刘的同名小说改编的这部电影，上映后迅速占据各大媒体的头条，各个聊天群几乎三句不离流浪地球，各个科普媒体也趁机大大科普了一番。 流浪地球中，最基本的假设是：太阳即将离开主序星阶段，会发生氦闪，从而造成人类无法再在地球上生存（准确的说，是地球轨道不再是宜居带），所以人类必须去寻找新的家园。 如果流浪地球中的场景真的发生，数亿人乃至数十亿人死亡是完全可能甚至是肯定的，甚至地球人直接灭亡都有可能。那么，地球真的可能会有这样的未来吗？很遗憾，还真的会！ 按照当前太阳演化的模型，太阳真的会逐渐膨胀并吞没地球，也会发生恐怖的氦闪。不过，大家大可以放心，这个事情要50亿年后才会发生。就算从非洲南方古猿算起，人类历史也就数百万年而已。地球被太阳吞没，还早着呢。相反，我们更应该考虑的是，早在太阳膨胀到吞没地球之前，地球早就不再适合人类居住了。 太阳的基本结构 不关心(物理差看不懂  )这一段的可以直接跳到最后的结论  核心 从太阳中心到0.2到0.25个太阳半径，属于太阳的内核。这里有高温（1500万摄氏度），高压（2.65X10¹⁵帕斯卡，地球大气压的260亿倍）。在这个高温高压下，发生着4个氢原子聚变成一个氦原子并释放能量的过程。 辐射区和对流区 从核心外一直到接近太阳表面，核心区产生的能量通过这两个区域，首先通过辐射（辐射区），然后通过对流（对流区）传递到太阳表面，温度由1500万摄氏度降低到大约5500摄氏度。 光球层 光球层就是太阳表面，我们平时看到的太阳就是这一层。光球层温度大约5500摄氏度，我们可以在光球层看到太阳黑子现象。光球层非常薄，只有大约100千米厚。  太阳光球和太阳黑子，摄影，天下建筑 太阳大气 光球层以上的部分，都可以称为太阳大气，由内向外分别是色球层（借助日珥望远镜可以看到这一层，可以看到漂亮的日珥）、日冕层（日全食时可以看到）、太阳风层（这一层范围极大，从大约20个太阳半径，一直到太阳系的边界）  太阳色球和日珥，摄影，天下建筑  日全食/日冕，摄影，梓阳 太阳的核反应过程 太阳别看那么大（直径是地球的109倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍），但基本上由两种物质构成，一种是氢（没错，就是氢气球的那个氢），占太阳总质量的73.46%；一种是氦，占太阳总质量的24.85%。氢和氦两种元素占了太阳总质量的98.3%！  在太阳核心，0.8%的太阳体积，集中了34%的太阳质量。在这里，日夜不息的进行着4个氢原子聚变成一个氦原子的过程，并释放大量的能量。  大约太阳质量的恒星，其核心发生的核反应过程被称为质子-质子反应链，具体过程为：
太阳巨大的引力一直促使太阳收缩，而核反应产生的巨大能量促使太阳膨胀。随着反应的进行，太阳核心的核反应一直在加速，不断加速的核反应，导致太阳的亮度和体积都一直在增加。从太阳诞生到现在的大约46亿年中，太阳的亮度增加了大约30%，半径增加了大约10%。 太阳的膨胀过程 在今后的日子里，太阳核心的核反应速率进一步加快，太阳不断膨胀，太阳的表面亮度大约以每一亿年增加1%的速率在增加，这个速度看起来很慢，但长期的，影响巨大。  25亿年后，太阳的表面亮度增加26%，表面温度增加大约50摄氏度。之后，太阳的亮度和半径继续增加，但表面温度开始降低。 大约54亿年后，太阳寿命100亿年，此时，太阳的表面亮度几乎加倍，而半径增加超过三分之一。这时候，太阳核心内部的氢消耗巨大，核心外围氢的核聚变开始占主导地位，太阳的膨胀加速，开始向红巨星转变。  再经过大约20亿年的演化，太阳的表面亮度增加到现在的2700倍，半径增加到现在的大约250倍，大约1.7亿千米，超过地球的轨道半径1.5亿千米，真的吞没地球！不过此时，由于体积膨胀，太阳的表面温度降低到仅有大约2400摄氏度，太阳看起来不再是金黄色的，而是红色的。太阳成为一颗红巨星。  这时，一个更加好玩的事情发生了。由于太阳核心的氢已经燃烧殆尽，核反应速率暂时变慢，太阳核心在引力作用下塌缩，压力及温度增加，直至点燃氦元素。氦元素一旦点燃，由于反应极为剧烈，并且越来越快，在几分钟之内，就将核心大约6%的物质（太阳总质量的40%）转变为碳元素。这个过程被称为氦闪。太阳发生氦闪时，短短几分钟之内，核反应释放的能量就达到了当前太阳大约2亿年的总和！ 不过，氦闪发生的时候，虽然产生了大量的能量，不过这些能量基本上都用来改变太阳核心的状态，被太阳核心吸收，几乎没有多少能量传递到太阳外层。所以，对于外界的观测者，如果不借助精密的仪器，几乎无法感觉到氦闪的发生。另外，氦闪后，太阳的体积和亮度大大缩水，半径减小到大约现在的11倍，亮度是现在的大约50倍。  氦闪后的太阳 氦闪以后，太阳是一个类似于洋葱的多层结构。最核心是一个由碳和氧元素构成的核心，碳-氧核心外侧的一层，进行着氦元素的聚变，不断的将氦元素聚变成碳元素，并增加碳-氧核心。再向外，是一个没有发生聚变的氦元素壳层。氦元素壳层外，发生着氢元素的聚变，并不断增大下面的氦元素壳层。 在此后的1亿多年里，随着核心氦元素的聚变，太阳再次经历表面亮度和半径的增加，表面亮度最高可能会增加到现在的3000倍以上，太阳体积也可能再次膨胀到现在的地球轨道附近。另外，随着核心氦元素的消耗，同时由于氦元素的聚变速度快于氢元素的聚变，氦的聚变逐渐向外膨胀追上氢元素的聚变。这样，导致核心缺少氦元素从而核反应中止。不过，外层的燃烧很快使核心再次集中足够的氦元素，导致氦元素的再次点燃。  这个过程反复发生多次，将太阳外层物质吹离太阳，形成行星状星云。这样，将近一半的太阳质量形成漂亮的行星状星云，为附近智慧生命的天文爱好者增加了一个观测目标。而太阳的核心物质，形成一个主要由碳元素构成的白矮星，变成一颗超级大的钻石。  地球人何去何从 与大多数人所想不同的是，即使太阳膨胀到地球轨道把地球吞没，地球并不会被太阳烧掉。这时，地球轨道附近的太阳物质密度非常低，和真空没有太大的差别，地球依然会安然无恙的绕着太阳转，当然，地球上的生命可就没法安然无恙了。类似的现象是，彗星的彗尾也会扫过地球，除了形成大量流星外，对地球不会有多大的影响。  想象图，地球在红巨星的太阳中运行。Image: © James Gitlin/STScI AVL 实际上，早在太阳膨胀到地球轨道之前，地球早就不适合人类居住了。这里，需要讲解一下宜居带的概念。 宜居带是说，一颗恒星外面一个适当的距离范围，在这个距离范围内的行星，表面温度比较合适，可以允许液态水的存在，从而适合人类这种生命的存在。当前，太阳的宜居带就在地球轨道附近。很明显，恒星的表面亮度越大，宜居带就会距离恒星越远。  实际上，仅仅大约10亿年后，太阳的表面亮度增加了大约10%，这时，宜居带就会离开地球轨道。除非地球人想出给地球降温的办法，或者进化得很耐热，否则就必须再找个窝了。 太阳年龄大约100亿年，太阳还没有膨胀到水星轨道，太阳的质量也仅仅耗费了不到1%。所以，地球还在当前的轨道转圈，但宜居带跑到了火星轨道附近，所以，移民火星确实是一个好主意。  当太阳年龄达到120亿年，太阳成为一颗红巨星，太阳吞没了地球（轨道）。不过，由于这时太阳已经丢失了大约三分之一的质量，所以地球会自然的远离太阳，会跑到当前火星的轨道附近继续绕太阳转圈。难道地球又宜居了？错！因为宜居带又跑了，跑到哪里呢？大约在50AU到70AU之间（AU即天文单位，是一个距离单位，1AU等于地球轨道的半径大约1.5亿千米），作为对比，冥王星的轨道半径大约39AU，也就是说，那时候的宜居带跑到了冥王星轨道外侧，到了柯伊伯带！所以，寻找第十大行星真的很有必要啊！ 《流浪地球》中靠谱和不靠谱的 所以，大刘对《流浪地球》的设定，大方向没问题，不过细节方面，问题多多。 太阳确实会膨胀并吞没地球，太阳确实会发生氦闪并短时间内释放巨大的能量，太阳内的氦元素确实会多次点燃。地球人如果要固守地球，确实会死路一条。 不过：
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