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太陽 太陽為什么要變成紅巨星，禍害整個太陽系它已經忍了很久了( 二 )


質子反應鏈的第三步 氦-3和氦-3反應生成氦-4，而且釋放出的能量超大！這是最“干凈”的核聚變反應，現在ITER正在努力的氘氚聚變會有一個多余的中子釋放，而中子的屏蔽解決起來非常麻煩，但氦-3聚變反應過程沒有多余的中子釋放。這是一個利好消息，但更好的消息是太陽上反應生成的氦-3會隨著太陽風擴散到太陽系中的每一顆行星上，壞消息是地球的磁場和大氣層阻擋了氦-3到達地表，不過幸虧月球沒有大氣層，因此月球上氦-3經過四十多億年的積累，資源非常豐富！要不然我們還得去水星上開采（水星距離太陽近，氦-3資源更豐富）



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上圖為質子反應鏈三步的完整過程，反應鏈中的每一個步驟都會發生質量改變，而質量的改變意味著能量的改變，從氕氘聚變開始，新的原子核都會比之前原子核質量有所虧損，太陽巨大的能量就來自于此，能量的大小遵循質能守恒E=MC^2。
除了質子反應鏈以外，類日恒星還有一個產生能量的途徑是碳氮氧循環（貝斯-魏茨澤克-循環）但太陽只有1.7%的氦-4核是經由碳氮氧循環產生，比太陽更大的恒星則主要能量來源都是經碳氮氧循環反應生成。



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3、流體靜力平衡
在主序星階段，太陽內核聚變產生的輻射壓與引力坍縮能處在相對平衡的階段，因此主序星階段的太陽非常穩定，盡管比起12光年外的天倉五那幾乎沒有強烈耀斑活動的恒星來說仍然有所差異，但跟太陽的后期相比，現在仍然是太陽的黃金時間段。這個時間會持續大約70-80億年，從太陽誕生46億年來，這個階段已經過去一半多，但未來會隨著太陽的發展逐漸走向平衡失控階段。
0.5M⊙以下的恒星不會發展到紅巨星階段，因為它的內核的對流層直達表面，中心不會氦堆積，下圖為不同質量恒星的結構：



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1、早期氫加速燃燒的膨脹階段
上圖為主序星階段的恒星內部結構，環形箭頭為對流層示意圖，閃電箭頭為輻射層示意圖。在恒星的主序星階段，經過質子鏈循環內核產生氦元素，太陽質量的引力坍縮能并不足以在主序星階段讓氦發生聚變，因此當氦元素累積后，無法燃燒的氦內核會出現收縮。
內核的收縮會導致有外層部分氫元素進入內核（這需要一個時間過程，太陽大約會經歷數千年的赫氏空隙時間，即結束中心氫燃燒，尚未開始氫層燃燒）由于內核溫度升高，此時的氫元素燃燒會加速燃燒，產生比主序星階段更大的能量，結果就是輻射壓劇增，恒星出現膨脹！



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此時恒星流體靜力平衡逐漸失衡，輻射膨脹壓力逐漸戰勝引力，恒星體積越來越大，恒星走向紅巨星化！
2、太陽的第一次氦閃
氫殼層的加速燃燒會累積更多的氦，隨著中心氦核質量增加，氦核收縮將產生更高的溫度，當達到點燃氦-3的溫度時，氦聚變將會迅速開始！在極短的時間內，中心已經處在簡并態的氦內核將會在數分鐘之內聚變完成！很多朋友將之介紹為氦聚變劇烈其實錯誤的，準確的說法是在正常條件下聚變，內核會根據熱壓力來調節內核的溫度而不至于讓內核失控！但簡并態的氦核是一個極致致密的內核，并不具備這種調節功能，因此這個過程會在極端的時間內完成，產生的功率僅次于超新星爆發。處于電子簡并態的氦核質量約為恒星質量的40%，在這個過程中核心約有6%的質量被轉化成碳。太陽的第一次氦閃會在脫離主序星12億年后發生。
正在經歷氦閃的櫻井之星



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因為氦閃爆發的能量大都被膨脹的外殼所吸收，因此我們難以直接觀測到氦閃，但有一種氦閃可以被直接觀測到，就是白矮星吸積伴星物質形成氫殼累積后，失控的聚變會形成新星爆發。而伴星如果已經失去了大部分氫，那么氦吸積到白矮星后會形成白矮星氦閃。
太陽的氦閃時代
第一次氦閃的能量被外殼耗散后會在內核引力的作用下繼續產生氫殼，又會重新開始聚變積累氦，當達到一定質量后，氦閃又會在氦碳核外層發生，往復這個過程，一直到氦碳氧核等太陽無力再達到的溫度而最終停止！

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