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解密《流浪地球》中恒星那些事儿!话说恒星④

2019-06-04 17:16 来源:光明网 
2019-06-04 17:16:06来源:光明网作者:责任编辑:蔡琳

  大家好,我是国家天文台邓李才,今天是话说恒星的最后一期,我和大家聊聊电影《流浪地球》中,我们需要正确解读的恒星话题。

  从一个观众的角度看这个电影,我要点赞!我连续看了两场,国产科幻!过瘾!作为一个研究恒星的天文学家,要说这是一个硬核科幻,我要吐槽!

  需要说的是,千万不要把这里面的科幻元素当成科学,因为这其中没有一个地方是正确的!我这里在说恒星,那我就说两个地方,都是来自恒星物理的最基本最可靠的硬知识。

  第一:从点燃中心的氢开始,太阳作为一颗典型的恒星,它的能量输出一直是单调增加的,直至它吞没或者汽化地球,成为红巨星,其后太阳的演化跟人类无关,当然也就跟剧情也无关了。人类可以在太阳缓慢变化,即变热、辐射变强的过程中逐渐进化。但地球变得不再适合人类生存,一定会在太阳的主序阶段发生,远远等不到红巨星,也绝对等不到氦闪。

  顺便说一声,氦闪发生在太阳的内核,其物理过程是将其内核的白矮星结构改造成为正常的恒星。表面的辐射变化非常小,我们完全感觉不到。哪怕是在太阳最为快速的演化阶段,发生变化的时标都远远超过人类可以预期的寿命,姑且算做200年。所以在短期内,也就是电影主角的几十年职业生涯中,太阳发生任何变化都是无稽之谈。这是恒星演化的基本知识,是整个天体物理最靠谱的理论基础,完全毋庸置疑!

解密《流浪地球》中恒星那些事儿!话说恒星④

《流浪地球》电影画面 图片来自网络

  第二,说说行星发动机的能源。大家可能不一定知道,氢弹是热核武器,也就是用氢的热核反应作为能源,它的引信妥妥的就是一颗原子弹!为什么要用原子弹做引信呢?因为氢的热核反应需要一千万度的高温,同时足够高的密度,这是热核反应发生的基本条件。

  整个电影剧情中都不断的出现挖山运石头的镜头,表达的是行星发动机以钙、硅,也就是石灰岩、硅酸岩作为热核反应的燃料。热核反应的核心是,把燃料的原子的热运动速度提高到一个特别高的值,然后才能通过所谓隧道效应产生足够的反应率。

解密《流浪地球》中恒星那些事儿!话说恒星④

《流浪地球》电影画面 图片来自网络

  大众不需要知道什么是隧道效应,因为这需要量子力学的知识,只需知道需要足够的温度和密度才能发生反应。刚才说了,氢弹的引信是原子弹,那么行星发动机点火,实际上不光是点火,是需要维持稳定的核燃烧,所以要不断的点火,是类似汽车中的火花塞一样的X弹!

  这个X弹是什么呢?这就是恒星演化的知识了,点燃氢是恒星的巨大引力压缩,起到氢弹在引爆时原子弹的作用。而点燃氦呢,还是巨大的引力,但要求达到的温度已经比氢燃烧高了10倍!为什么会这样,因为要使得两个原子核通过热运动的隧道效应粘合在一起,要克服原子核都带正电而产生的排斥力。

  质量足够大的恒星可以进行直到硅的稳定的核反应。原子量越大排斥力就越大,要求的热运动温度就越高。硅元素带有14个正电荷,而钙则带有20个正电荷!硅的热核反应最低需要27至35亿这么高的温度。而直接钙的热核反应就天方夜谭了!而且其密度绝对不是山上挖出的石头可比的。这是物理的基本规律,千万不要幻想。

  你只消设想,氢弹需要原子弹作为引信。而我们人类追求了近百年的氢受控热核反应,需要的能量输入跟原子弹是可比的,其代价远远超过原子弹若干条大街!简单的判断是,就算我们可以让重核,也就是硅产生热核反应,并且受控,其需要点燃的能量就是穷尽地球所有的氘和氚,也就是含有1个或两个中子的氢的同位素,甚至连最丰富的氢原子全加上,都达不到点燃行星发动机一次的需求,更不要奢谈为地球上满满的行星发动机们都安上火花塞了!同样,这也是杠杠的恒星物理的基本知识,非常靠谱!

  作为结语,我希望传达给大众这样的知识:

  1.恒星是构成肉眼可见星空的主角,数目占几乎100%;

  2.对星空的仔细观察可以获得恒星的基本知识,人人都可以是赫兹布隆和罗素;

  3.恒星物理是天体物理最重要的基础,恒星演化理论是天文学中最靠谱、最重要的理论;

  4.最后一条也是最重要的一条:如果需要过科幻瘾,大家完全可以去欣赏《流浪地球》,但是要学真正的天文知识,一定要关注国家天文台公众号!

  主讲人:邓李才,系中国科学院国家天文台研究员,恒星与恒星系统研究团组首席科学家,主要研究领域为恒星物理。

[责任编辑:蔡琳]

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