《流浪地球》中的科学：太阳何时吞并地球？需要启动流浪地球计划
相信大家最近在朋友圈和微博都被刷屏了，刷屏的内容不是其他，正是中国第一部史诗级大片：《流浪地球》。这部档期安排在大年初一的电影，由刘慈欣同名小说改编，郭帆执导，吴京特别出演，一上映就获得广泛好评。一改国内五毛渣特效的电影效果，情节丰富而生动，给观众留下了深刻的印象，甚至有很多观众前去“二刷”“三刷”，似乎再看多次也不会嫌腻。
本片中一个细节，正是因为太阳的膨胀，地球在数十年后会被吞没，所以人类才启动“流浪地球”计划的。那么，剧中所描述的太阳膨胀，究竟是为什么呢？这是否是凭空杜撰的呢？
【太阳膨胀：并非无稽之谈】
事实上，我们的太阳之所以能够明亮并且发出热量，直白的说，其实我们的太阳是一个大“氢气球”。和公园买到的氢气球不同，这个氢气球直径达139万公里，由于体积过于庞大，内核因为引力的作用压力和密度极高，所以温度有着恐怖的1570万度，这一切就给太阳的内核反应提供了必要条件。
在极高的温压下，太阳内核的氢原素相互结合，形成更重的氦元素。在氦-4生成的时候，释放出中子束和能级降低的大量能量。这个不断进行的反应始终在对抗库仑力而发生的核反应被称作核聚变。
太阳内核不断进行的核聚变使得太阳不断发出光和热
但是太阳的“燃料”并不是取之不尽用之不竭的，从太阳诞生至今已经由46亿年的历史了，虽然经过科学家的推测，太阳还会持续近百亿年，但是那一天终究会到来。在《流浪地球》中，刘慈欣做的事只是把那一天到来的时间大幅提前了而已。
【太阳的末日】
为了尽可能让大家看懂天文学术语，我尽可能用通俗易懂的语言来描述太阳即将面临的“大难”。
太阳上所含氢元素的质量是2乘以10的27次方吨，这个质量约为地球质量的33万倍，看似很多，实则不然。在太阳发光发热的每一秒中，都有400万吨的物质转换为能量，这个过程按照目前太阳的情形，还能稳定的维持100亿年左右。但是，谁也说不准呢，就像电影一样，不是么？
在太阳将内核所有的氢都转换为了氦后，还会接着进行其他步骤：氦转换为碳、碳转换为氧、氧在一系列核反应中，转换为铁。
太阳的一生，最后注定在一声“巨响”中结束
一旦太阳内核转换出现铁元素，那么核聚变的链式反应可以宣告结束了。因为太阳的温压不足以使得铁元素互相聚合形成更重更大的原子核——太阳已经面临着无“燃料”可烧的危机。
除了内核面临的危机，太阳外部也不安宁。正常情况下的太阳被称为“主序星”阶段，而面临危机的太阳，由于内核链式反应的停止，“燃烧”将会移至核心外围的氢氦层。而氦本身不能燃烧，于是太阳外层因为重力而收缩并被加热，在上面的氢也会跟着一起收缩，因此融合的速度会增加，产生更多的能量，导致恒星变得更为明亮（比原来亮1,000～10,000倍）并且使体积膨胀。而由于太阳热度不足，表面温度下降使得颜色倾向于红色，所以这个阶段的太阳被称为“红巨星”，但这个颇显文艺的名字却会给太阳系带来灭顶之灾。
红巨星与主序星规模比较，AU：一个天文单位，长度为地球之太阳的现在平均距离，约为1.49亿千米
可以从图中直观的看出，太阳一旦进入红巨星阶段，将会膨胀吞噬地球，边界将会膨胀到现在的火星轨道。所以，洞悉到太阳巨变的人类，必须赶在红巨星膨胀吞没地球之前，迁移地球。
那么为何，人类还要远离太阳系，为何不稍微远离一些太阳，在更远的轨道上稳定下来，却反倒还要长途跋涉，前往4.22光年外的未知星域呢？
【照亮银河的璀璨】
红巨星持续的时间并不长，约莫数百万年左右，在这段时间内红巨星表面会不断接近地球，释放出高温和有害的辐射，并且不断剥离地球的大气层和磁场。在红巨星没有吞没地球之前，地球就已经会成为一个毫无生气的“死星”了。
之所以不继续呆在外太阳系，那是因为红巨星之后的精彩好戏：超新星爆炸。
回到太阳系内核，太阳系内核由于氢元素不断转换为铁，内核的重量越来越重，密度不断提高。而向外的核聚变冲击力和分子间的作用力已经不足以对抗引力的不断挤压时候，太阳便进入到了下一步：坍缩。
Ib和Ic型恒星坍缩时内核受力模型
太阳内核难以为继过重的内核，在引力的作用下，不断被压缩。而压缩后的内核密度更大，这个反馈将会一直以正向运行，不断压缩着原子核之间的距离，直到原子核之间已经“摩肩接踵”没有空间了，那么坍缩继续进行将受到质子和中子之间的相互斥力了：强相互作用力。
强相互作用力又称为强电力，是宇宙四大基本作用力中最强大的一个，与原子核的形成具有很大关联。强大的核内力能够阻碍引力的继续坍缩，于是在向内和向外力的剧烈对抗下，太阳内核爆炸了。这个过程称之为超新星爆发。
恒星的“爆炸”：超新星爆发
这个过程快到不可想象，完成爆炸的一瞬间只需千分之一秒都不要。随后，将会释放出约莫10的46次方焦耳的能量冲击波（太阳数据），这比太阳一生释放的光热能量还要多的多，这瞬间爆发的亮光，将照亮银河系附近40光年的夜空，而在银河系其他地方也能清晰地看见一个光点的闪耀。如果你能在爆炸现场，那爆发的一幕绝对能让你终生难忘，前提是你能在爆炸的剧烈辐射下存活下来。
按照太阳的量级，爆炸将会形成的γ射线辐射将会将一光年内的所有生物全部杀死，这是我们不能留在太阳系外围的一个原因。
【无尽的幽暗】
假设你在外太阳系躲过了γ射线辐射的杀伤，那么别高兴的太早。太阳的消失除了留下了绚烂的星云，美丽的星云将会一直存在数千万年之久，星云是如此的灿烂，以至于能够成为天文学家望远镜中最留恋不舍的对象。
图为最美的星云之一：鹰星云，它还有一个名字“创生之柱”，由于图片经过拼接而形成，所以右上角具有数据缺失的黑色空白
除了美丽的星云，在太阳爆炸的原址，形成了一颗幽暗冰冷的小星星：白矮星。如果太阳形成一颗白矮星，据推算，发出的光亮将只有原先的20万分之一，完全不能满足植物生长的要求，因此人类不可能靠着白矮星微弱的光继续生存。
白矮星与其残骸组成的尘埃盘想象图
所以，因为太阳致命的辐射和随后微弱的光芒，都迫使人类不得不在红巨星到来的前一刻离开养育我们的太阳系了。
【其它】
望远镜中的三体星系：半人马座α星
电影中告诉我们人类将前往4.22光年外的新星系继续生活，这个新星系不是别的，就是刘慈欣著名小说《三体》中的三体星系，可能这是和《三体》形成呼应的一个彩蛋吧。之所以成为三体，则是因为三体星系是一个三星系统半人马座α星，距离我们最近的恒星比邻星就是半人马座α星中最小的，编号半人马座α星C。
总体上，《流浪地球》很符合科学常识，严谨而不失幽默，值得一看。在为国产电影支持同时，不要忘了遵守交通规则哦！
颇具洗脑风的北京市第三区交通委员会提醒语
作者：火火
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