Wenn die Erde nicht in einem Heliumblitz endet, was wird dann in ihm enden?
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Im Science-Fiction-Roman „Die wandernde Erde“ wird davon ausgegangen, dass die Sonne in einigen hundert Jahren einen Heliumblitz erleben wird, sodass die Menschen mit der Erde umherwandern. Im Film „The Wandering Earth 2“ wird der Zeitpunkt des Heliumblitzes auf der Sonne auf das Jahr 2078 verschoben. Würde es in Wirklichkeit erst in Hunderten von Jahren zu einem Heliumblitz kommen? Wenn nicht, wird die Erde immer sicher sein? Wenn die Erde nicht mehr sicher ist, was können die Menschen tun, um damit umzugehen? Geschrieben von | Wang Shanqin Im Science-Fiction-Roman „Die wandernde Erde“ wird es auf der Sonne in einigen hundert Jahren zu einem Heliumblitz kommen, der die Erde zerstört. Um zu überleben, nutzen die Menschen Planetenantriebe, um die Erde vorwärtszutreiben. Im Film „The Wandering Earth 2“ wird der Zeitpunkt des Heliumblitzes auf der Sonne direkt auf das Jahr 2078 verschoben. Wird die Sonne in ein paar hundert Jahren tatsächlich einen Heliumblitz erleben? Wenn nicht, wird es in Zukunft passieren? Wenn der Helium-Blitz nicht kurzfristig eintritt, stehen wir dann vor anderen Herausforderungen? Dieses Bild der Sonne mit Sonnenflecken wurde am 28. Oktober 2003 vom Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) aufgenommen. Bildnachweis: ESA Heliumblitz: in Milliarden von Jahren Die Energie der Sonne entsteht durch die Fusion von Wasserstoff in ihrem Kern. Wasserstoff verschmilzt zu Helium und setzt dabei Gammastrahlen frei, die sich nach außen ausbreiten, die Materie, die sie durchdringen, erhitzen und die Sonne dazu bringen, Licht und Wärme abzugeben. Die Zündtemperatur der Wasserstofffusion im Inneren der Sonne beträgt etwa 15 Millionen Grad. Viele Menschen gehen beim Heliumblitz falsch davon aus, dass er auftritt, wenn Wasserstoff im Inneren der Sonne zu Helium verschmilzt. Tatsächlich handelt es sich bei einem Heliumblitz jedoch um einen solchen: Ein Heliumblitz tritt auf, wenn Helium im Inneren der Sonne zu Kohlenstoff verschmilzt, und die für die Heliumfusion erforderliche Temperatur beträgt etwa 100 Millionen Grad. Im Kern der Sonne findet noch immer der Prozess der Wasserstofffusion statt. Es muss gewartet werden, bis der Wasserstofffusionsprozess im Kern abgeschlossen ist, bevor mit der Heliumfusion im Kern begonnen werden kann. Dann gibt es noch den Heliumblitz. Berechnungen zufolge wird die Wasserstofffusion im Kern der Sonne etwa 10 Milliarden Jahre andauern, die Sonne ist jedoch erst seit 4,6 Milliarden Jahren anfällig für Fusionen. Daher wird es mindestens fünf Milliarden Jahre dauern, bis die Wasserstofffusion im Erdkern endet, die Heliumfusion beginnt und es zu einem Heliumblitz kommt. Wenn wir also auf den solaren Heliumblitz warten wollen, werden mehr als 50 Jahre nicht ausreichen, mehrere hundert Jahre auch nicht. Stattdessen müssen wir mindestens 5 Milliarden Jahre warten. Selbst wenn wir mehr als 5 Milliarden Jahre warten, werden wir die Heliumfusion und den Heliumblitz nicht sofort erleben. Denn zwischen dem Ende der Wasserstofffusion im Erdkern und dem Beginn der Heliumfusion im Erdkern liegt ein Zeitraum von etwa einer Milliarde Jahren. Während dieser Milliarden Jahre hat die Gravitationskompression der Sonne Helium in ihrem Kern verschmolzen. Durch die Kontraktion des Kerns wird ein Teil der Gravitationsenergie in Wärme umgewandelt, wodurch der Kern immer heißer wird. Irgendwann wird der Wasserstoff außerhalb des Kerns schmelzen und die erzeugte Energie wird die äußere Materie erhitzen, wodurch sich die äußere Schicht ausdehnt. Dieser Prozess setzt sich fort, der Kern wird immer kleiner, die Masse immer größer und die Temperatur immer höher. Im Gegensatz dazu dehnen sich die Materieschichten außerhalb des Sonnenkerns aus und werden kälter. Daher wird die Sonne zunächst zu einem orangefarbenen Unterriesen mit einer Helligkeit, die Dutzende Male höher ist als die der Sonne. dann wird er allmählich zu einem roten Riesen, dessen Helligkeit hundertmal höher ist als die der Sonne. Schematische Darstellung der Sonne (links) und künstlerische Darstellung der Sonne, nachdem sie zu einem roten Riesen geworden ist (rechts). Bildquelle: Department of Physics, NCKU Auch der stark komprimierte Heliumkern beginnt, sich merklich zu verändern: Da die Elektronen im Inneren des Kerns zu eng zusammengedrückt werden, entsteht eine starke Abstoßungskraft. Bei dieser Abstoßung handelt es sich nicht um eine Ladungsabstoßung zwischen gleichartigen Ladungen, sondern sie wird durch quantenmechanische Effekte verursacht. [Anmerkung 1] Diese abstoßende Kraft wird als „Entartungsdruck“ bezeichnet. Der Heliumkern wird in diesem Stadium zu einem entarteten Heliumkern. Wenn die Masse des Heliumkerns das 0,45-fache der Sonnenmasse erreicht und die Temperatur im Zentrum des Heliumkerns etwa 100 Millionen Grad erreicht, beginnt im Heliumkern eine Fusionsreaktion und der kombinierte Effekt ist: Drei Heliumatome verschmelzen zu einem Kohlenstoffatom. Bevor die Heliumfusion der Sonne begann, befand sie sich bereits in einem entarteten Zustand, was dazu führte, dass die Heliumfusion sofort außer Kontrolle geriet. Der Grund für die unkontrollierte Fusion liegt darin, dass der Druck des entarteten Heliumkerns hauptsächlich aus Entartungsdruck besteht, der sehr unempfindlich gegenüber der Temperatur ist. Durch die Heliumfusion steigt die Temperatur des Heliumkerns schnell an, der Gesamtdruck des Heliumkerns erhöht sich jedoch nur geringfügig, sodass er sich nicht effektiv durch Ausdehnung abkühlt. die erhöhte Temperatur führt zu einer Erhöhung der Heliumfusionsrate, was wiederum dazu führt, dass die Temperatur weiter steigt … Dadurch entsteht ein positiver Kreislauf, genau wie wenn Sie vom Lehrer für Ihr fleißiges Lernen gelobt werden und Sie härter arbeiten, was zu mehr Lob vom Lehrer führt, sodass Sie noch härter arbeiten ... Dieser Zyklus führt dazu, dass die Energie der Heliumfusion dramatisch auf mehr als das Hundertmilliardenfache ihres normalen Niveaus ansteigt, wobei 6 % des Heliumkerns – 2,7 % der gesamten Sonnenmasse – innerhalb weniger Minuten zu Kohlenstoff verbrannt werden. Diese Verschwendung von einigen Sekunden bis wenigen Minuten ist der Heliumblitz. Daher wird es mindestens 6 Milliarden Jahre dauern, bis es auf der Sonne zu einem Heliumblitz kommt. Daher wird die Annahme, dass die Sonne in den nächsten Jahrzehnten bis Hunderten von Jahren einen Heliumblitz erleben wird, von der Sonne dreimal hintereinander direkt abgestritten: „Ich bin nicht, ich tue es nicht, rede keinen Unsinn.“ Wenn auf der Sonne ein Heliumblitz auftritt, ist der Mensch nicht in der Lage, den heftigen Blitz zu beobachten. Da die durch den Heliumblitz freigesetzte Energie eine Ausdehnung des Heliumkerns bewirkt, verbraucht der Expansionsprozess diese Energie und es wird keine verbleibende Energie auf die Sonnenoberfläche übertragen. Andererseits dehnt sich der Heliumkern aus und wandelt sich von entarteter Materie in gewöhnliche Materie um, woraufhin die Heliumfusion in der Sonne reibungslos abläuft. Daher ist der Heliumblitz der Sonne selbst für Menschen und Tiere ungefährlich – vorausgesetzt, dass es noch Menschen und Tiere auf der Erde gibt, wenn die Sonne zu einem Roten Riesen wird. Daher besteht keine Möglichkeit, dass ein Heliumblitz die Menschheit sofort vernichtet. Kurzzeitige Veränderungen durch Heliumblitze in den Kernen anderer Sterne konnten Menschen bisher nicht beobachten. [Anmerkung 2] Allerdings wird der Heliumblitz weiterhin langfristige Variationseffekte verursachen. Die schnelle Ausdehnung des Heliumkerns führt zu einem Temperaturabfall, der wiederum einen Temperatur- und Druckabfall des Wasserstoffs in der Hülle zur Folge hat und somit zur allgemeinen Kontraktion des Roten Riesen führt. Nach etwa 10.000 Jahren schrumpft der Radius des Roten Riesensterns auf 2 % seines ursprünglichen Radius und seine Helligkeit nimmt auf 2 % ihres ursprünglichen Wertes ab.[Anmerkung 3] Auch die Oberflächentemperatur steigt leicht an und seine Farbe wird orange-gelb. Die Sonne wird erneut zu einem orangefarbenen Unterriesenstern. Der vierthellste Stern am Nachthimmel – Arktur – ist ein orange-gelber Unterriese. Bildnachweis: Greg Parker Mit anderen Worten: Ein Heliumblitz führt nicht nur nicht dazu, dass sich der Stern insgesamt ausdehnt und heller wird, sondern führt auch dazu, dass er insgesamt schrumpft und dunkler wird. Die wahre Solarkrise Können die Menschen beruhigt sein, wenn man bedenkt, dass der Heliumblitz der Sonne mindestens sechs Milliarden Jahre dauern wird? Das ist nicht der Fall. Dies liegt daran, dass die Helligkeit der Sonne in den letzten paar Milliarden Jahren, mit Ausnahme der ersten paar hundert Millionen Jahre, langsam zugenommen hat. Als die Sonne entstand, betrug ihre Helligkeit etwa 85 % ihrer heutigen Helligkeit. Dann sank sie im Laufe der nächsten paar hundert Millionen Jahre auf 75 % ihrer aktuellen Helligkeit. In den seitdem vergangenen rund 4 Milliarden Jahren ist seine Helligkeit weiter angestiegen, bis er seinen heutigen Wert erreicht hat. Auch in Zukunft wird die Helligkeit der Sonne weiter zunehmen. Wenn die Sonne etwa 10 Milliarden Jahre alt ist (also in 6 Milliarden Jahren), wird ihre Helligkeit doppelt so hoch sein wie heute, wie die durchgezogene Linie in der Abbildung unten zeigt. Die Sonne wird immer heller, wodurch die Erde immer heißer wird. Nachdem Kometen und andere Himmelskörper große Mengen Wasser auf die frühe Erde gebracht hatten, waren einst etwa 90 % der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt. Da die Helligkeit der Sonne weiter zunimmt, ist dieser Anteil heute auf etwa 70 % gesunken. Dabei handelt es sich um einen langfristigen Effekt der globalen Erwärmung, der jedoch nicht durch Kohlendioxid-Emissionen, sondern durch Veränderungen der Helligkeit der Sonne verursacht wird. Da die Sonne in Zukunft heller wird, wird sich auch die Erde weiter erwärmen. Groben Schätzungen zufolge wird in zehn bis zwanzig Milliarden Jahren das gesamte Oberflächenwasser der Erde verdunsten und zu Wolken werden, es wird nicht mehr regnen und der Himmel wird voller Wolken sein. Wenn sich die Sonne zu einem roten Riesen ausdehnt, wird ihre enorme Helligkeit die Erde direkt versengen. Nach dem Heliumblitz wird die Sonne von einem Roten Riesen zu einem Unterriesen schrumpfen. Nach einer kurzen Pause wird er sich erneut zu einem Roten Riesen oder sogar einem Roten Überriesen ausdehnen und Mars und Jupiter verschlingen. Danach wird die Sonne mehrere Eruptionen produzieren und die ausgestoßene Materie wird zu einem planetarischen Nebel werden. Das vom verbleibenden Kern abgegebene Licht wird hauptsächlich aus Röntgen- und Ultraviolettstrahlen bestehen. Nach einer gewissen Zeit kühlt der Kern ab und wird zu einem weißen Zwerg aus Kohlenstoff und Sauerstoff. In diesem Stadium ist die Sonne im sichtbaren Lichtband zu schwach und das gesamte Sonnensystem wird dunkel sein. Wohin steuert die Menschheit? Noch bevor sich die Sonne zu einem roten Riesen ausdehnt, ist das Überleben der Erde bereits in Gefahr, da die zunehmende Helligkeit der Sonne zu einem Anstieg der Erdtemperatur führt und die Erde dadurch zunehmend unbewohnbar wird. Allerdings wird es mindestens Hunderte von Millionen Jahren dauern, bis dieser Veränderungsprozess größere Ausmaße annimmt, sodass die Menschen in diesen Hunderten von Millionen Jahren verschiedene Lösungen finden können. „Wir sind für die Vorstellung verantwortlich und jemand anderes ist für die Umsetzung verantwortlich.“ Erstens können Menschen zum Mars migrieren. Der Mars ist derzeit noch relativ kalt. Doch je heller die Sonne wird, desto wärmer wird auch der Mars. Obwohl die Atmosphäre des Mars dünn ist, sollten die Menschen zu diesem Zeitpunkt in der Lage sein, auf dem Mars genügend Sauerstoff zu produzieren. Zweitens: Bauen Sie mehrere Weltraumstädte und lassen Sie sie in geeigneten Umlaufbahnen um die Sonne kreisen. Drittens: Suchen Sie bewohnbare Planeten um andere Sterne und wandern Sie in Gruppen dorthin. Die oben genannten Lösungen sind keine dauerhafte Lösung. Denn wenn sich die Sonne zu einem roten Riesen ausdehnt, wird die Erde versengt und der Mars wird zu heiß. Daher müssen die Menschen zuvor entweder ihre Weltraumstädte in eine weiter entfernte Umlaufbahn um die Sonne verlegen oder zu anderen Planeten migrieren. Wenn die Sonne zu einem weißen Zwerg wird, bleibt den Menschen möglicherweise keine andere Wahl, als auf andere Planeten zu ziehen. Es wird jedoch mindestens 6 Milliarden Jahre dauern, bis sich die Sonne zu einem Roten Riesen und schließlich zu einem Weißen Zwerg ausdehnt. Bis dahin sollten die Menschen in der Lage sein, zu anderen Planeten zu migrieren oder andere, bessere Lösungen zu finden. Zhuangzi sagte einmal in „Xiao Yao You“: „Der Morgenpilz kennt weder Neumond noch Vollmond, und die Zikade kennt weder Frühling noch Herbst.“ Das kurze Leben des Menschen ist offensichtlich viel kürzer als das Alter verschiedener Himmelskörper im Universum; vor ihnen unterscheidet sich die Länge unseres Lebens nicht von der Lebensdauer des Morgenpilzes (einer legendären Pflanze, die stirbt, wenn sie die Sonne sieht) und der Zikade (einer Zikadenart). Obwohl die Menschheit erst vor wenigen tausend Jahren die erste Schrift entwickelte, hat sie die Geheimnisse des Universums und der Sternentwicklung bereits grob entschlüsselt. Wir sollten natürlich mehr Vertrauen in die Weisheit und Überlebensfähigkeiten unserer Nachkommen haben. Hinweise [Anmerkung 1] Gemäß dem Pauli-Prinzip in der Quantenmechanik erzeugen Fermionen des gleichen Typs diesen quantenmechanischen Effekt, wenn sie zu nahe beieinander liegen und sich dadurch gegenseitig abstoßen. Elektronen, Protonen und Neutronen sind allesamt Fermionen. Ein Weißer Zwerg ist beispielsweise ein kompakter Stern, der durch den Entartungsdruck der Elektronen getragen wird. [Anmerkung 2] Obwohl der Heliumblitz im Kern nicht beobachtet werden kann, wurde der „Schalen-Heliumblitz“, der in der Heliumhülle auftritt, beobachtet. Der Heliumblitz in der Hülle wird dazu führen, dass die Helligkeit des Sterns innerhalb weniger Tage um das Hundert- bis Tausendfache zunimmt und dann schnell wieder abfällt. [Anmerkung 3] Taylor, David. Das Ende der Sonne,
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