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近，可能大家的朋友圈都被一條爆款網(wǎng)文刷屏了：
大約七八年前，我聽(tīng)了一場(chǎng)有關(guān)納米材料的講座，演講者是一位本領(lǐng)域極為知名的學(xué)者。在講完最新的科研成果之后，這位學(xué)者分享了一個(gè)故事：他有一個(gè)研究碳納米管的同事，不抽煙、愛(ài)運(yùn)動(dòng)，但莫名其妙得了肺癌，很快就去世了。
當(dāng)然，這其實(shí)是個(gè)地道的沒(méi)頭沒(méi)尾的網(wǎng)絡(luò)流言，不過(guò)如果我們?cè)俨椴樾侣劊?019年11月14日，國(guó)際化學(xué)秘書(shū)處（ChemSec）更新了SIN（需要及時(shí)被替代的材料）清單，這份清單中出現(xiàn)了一個(gè)名字——碳納米管（CNTs）。
那么，納米材料，這種應(yīng)用前景潛力無(wú)窮的黑科技材料，究竟對(duì)人體有沒(méi)有危害呢？
碳納米管：天使還是魔鬼？
碳納米管（CNTs）是由碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。這是一種“明星”納米材料，因?yàn)榫哂袃?yōu)異的力學(xué)、電學(xué)等性質(zhì)，被廣泛用在超強(qiáng)纖維、電子產(chǎn)品、電池等領(lǐng)域。
顯微鏡下的碳納米管構(gòu)造 | www.news-medical.com
SIN，是英文“Substitute It Now”的縮寫(xiě)，直譯過(guò)來(lái)就是“趕緊換掉！”。顧名思義，這個(gè)清單列出了各種產(chǎn)品制造中會(huì)使用的危險(xiǎn)化學(xué)品。ChemSec給出的建議是：凡是上了這個(gè)清單的，都是對(duì)人類(lèi)和環(huán)境有害的，應(yīng)盡量避免使用。
碳納米管，是有史以來(lái)第一個(gè)被列入SIN清單的納米材料。
SIN清單中“碳納米管"相關(guān)頁(yè)面的截圖 | www.sinlist.chemsec.org
2020年1月，國(guó)際化學(xué)品秘書(shū)處（ChemSec）毒理學(xué)專(zhuān)家安娜·林可斯特（Anna Lennquist）等人在國(guó)際知名期刊《自然-納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）上發(fā)表了一篇文章，解釋了將碳納米管加入SIN的原因。
SIN清單有三方面入選標(biāo)準(zhǔn)，分別是致癌性、生殖毒性和持久性（Carcinogenic，Reproductive toxicity， Persistent ）。
在致癌性方面，早在2014年，國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）就將一種名為“MWCNT-7”的碳納米管判為“可能對(duì)人類(lèi)致癌”。他們研究發(fā)現(xiàn)這種碳納米管會(huì)持久地造成小鼠的肺部炎癥，符合致癌標(biāo)準(zhǔn)。2019年，我國(guó)學(xué)者的研究也證明了碳納米管在肺部積累會(huì)加速腫瘤的轉(zhuǎn)移。
沉積在小鼠體內(nèi)的碳納米管 | https://phys.org/news/2009-10-carbon-nanotubes-affect-lining-lungs.html
碳納米管也符合生殖毒性的條件。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)靜脈注射碳納米管到孕期小鼠體內(nèi)，會(huì)造成小鼠胚胎的致死和致畸。雌性小鼠如果暴露在碳納米管環(huán)境中，早期流產(chǎn)和胎兒畸形的比例也較高。
在持久性方面，碳納米管在水中半衰期超過(guò)60天，在土壤中更是可以保持超過(guò)180天。
三發(fā)全中，有了這些研究，ChemSec有足夠的底氣將CNTs打入SIN清單。按ChemSec該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的話說(shuō)：“這些研究已經(jīng)足夠了，證明這些材料（CNTs）不能用。
然而，一石激起千層浪，很多研究相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者坐不住了。
首先，瑞典卡羅林斯卡學(xué)院的Bengt Fadeel教授認(rèn)為，不能一竿子打死一船碳納米管。碳納米管有很多種類(lèi)。不同的長(zhǎng)度、層數(shù)、直徑以及表面的化學(xué)狀態(tài)都會(huì)對(duì)它的生物性質(zhì)產(chǎn)生影響。照他的話說(shuō)：“碳納米管生而不平等 （not all CNTs are created equal）。”
在SIN給出的碳納米管損傷肺部研究中，只涉及到了一種較長(zhǎng)的碳納米管。而有證據(jù)表明，短的碳納米管毒性會(huì)低很多。所以，不加分別地把所有碳納米管作為一種材料加入到SIN，是一種不合理（unjustified）的做法。
這篇發(fā)表在《自然-納米技術(shù)》上的反對(duì)ChemSec文章，有著罕見(jiàn)的超長(zhǎng)作者列表 | https://www.nature.com/articles/s41565-020-0656-y
緊接著，39名學(xué)者聯(lián)名發(fā)表了一篇評(píng)論文章，旗幟鮮明地反對(duì)將碳納米管加入SIN。
這篇有著長(zhǎng)長(zhǎng)作者列表的文章，進(jìn)一步論證了ChemSec此舉的不合理之處。他們指出，大量研究都顯示“CNTs的致癌性證據(jù)不足或影響有限”。
更重要的是，他們指出碳納米管進(jìn)SIN這事會(huì)嚴(yán)重阻礙技術(shù)創(chuàng)新（damaging to innovation）。人身和環(huán)境安全確實(shí)是重中之重，但是，新技術(shù)需要不斷探索才能完善，“只有我們對(duì)一種材料進(jìn)行足夠深入的了解，才更有可能找到其安全使用的方法”。現(xiàn)如今，碳納米管同樣廣泛用在醫(yī)療領(lǐng)域，比如用于增強(qiáng)細(xì)胞分化，精確傳遞藥物或者進(jìn)行分子成像等，將所有碳納米管無(wú)差別判入SIN清單，這些領(lǐng)域的研究勢(shì)必會(huì)受到?jīng)_擊。
碳納米管應(yīng)用前景十分豐富，包括電池，集成電路，新型涂層與粘合劑，制藥等等 | www.mdpi.com
碳納米管只是“納米材料毒性之戰(zhàn)”的第一槍?zhuān)髸?huì)有一個(gè)又一個(gè)納米材料進(jìn)入到討論范圍。石墨烯、量子點(diǎn)、納米金、納米銀、硅納米線，這個(gè)名單還可以列得很長(zhǎng)。對(duì)于這些材料的安全評(píng)估一直在做，但目前很多數(shù)據(jù)還并不充分。可想而知，有關(guān)納米材料與SIN清單的爭(zhēng)議還會(huì)持續(xù)下去。
我們?yōu)槭裁匆獡?dān)心納米材料？
當(dāng)我們?cè)谟懻摷{米材料時(shí)，我們究竟在害怕什么？
害怕它們的小。
納米材料，泛指三維尺度至少有一維處于納米量級(jí)（1~100納米）的材料。一根頭發(fā)的直徑大約是6~8萬(wàn)納米。尺度上的極致減小，賦予了納米材料很多奇異的性質(zhì)。因此，很多人認(rèn)為這些新材料會(huì)帶來(lái)下一輪技術(shù)革命。
隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的納米材料進(jìn)入人類(lèi)社會(huì)。根據(jù)2015年的報(bào)道，商業(yè)化的納米材料已超過(guò)1800種，現(xiàn)如今，這個(gè)數(shù)字肯定增長(zhǎng)了很多。2019年，全球納米材料市場(chǎng)價(jià)值85億美元，相關(guān)機(jī)構(gòu)分析，這一數(shù)值在2027年將增加到220億美元。
從手機(jī)到化妝品、從家具到染料，這些產(chǎn)品中的納米成分隨時(shí)可能脫落，進(jìn)入大氣、河流和土壤。此外，人類(lèi)的生產(chǎn)生活中，制造出很多污染物也是納米級(jí)別的。在評(píng)價(jià)空氣污染的指標(biāo)中，有一項(xiàng)叫做PM0.1，指的就是環(huán)境空氣中粒徑小于100納米的顆粒。
頭發(fā),細(xì)砂與PM2.5顆粒的尺寸對(duì)比| www. polymer.cn/sci/kjxw13659.html
直徑在5~10微米的顆粒物可以進(jìn)入鼻腔和咽喉，對(duì)于這些顆粒，人是可以咳出來(lái)。但顆粒更小時(shí)，比如PM2.5顆粒（粒徑小于2.5微米），它們會(huì)進(jìn)入氣管、支氣管，直接損害到肺泡，對(duì)人體健康影響更大。而尺寸更小的納米顆粒，其危害性可能更大，因?yàn)樗鼈冃〉阶阋源┩溉梭w內(nèi)的“生理屏障”。
所謂的“生理屏障”有很多種，比如血腦屏障、血胎屏障、血睪屏障等等。它們?nèi)缤粚颖Ｗo(hù)膜，將人體中的重要器官和血液隔開(kāi)，可以讓營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)，將有害物質(zhì)隔離在器官之外。但是，有研究證明，納米銀能穿透大鼠的血腦屏障，而納米金顆粒可以通過(guò)母鼠的胎盤(pán)屏障，進(jìn)入胎兒體內(nèi)。
與大顆粒相比，納米顆粒能在人體中能走得更深、更遠(yuǎn)。
另一方面，如何監(jiān)控納米顆粒是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
我們可以撿起塑料瓶、回收廢電池，讓工廠不排污水、凈化廢氣。這些我們都看得見(jiàn)，摸得著，管理起來(lái)也更容易。但到了納米尺度，很多對(duì)于傳統(tǒng)污染物的檢測(cè)和防控手段就不起作用了 。
在巴黎地區(qū)哮喘兒童肺部中的碳納米管 | www.https://www.kurzweilai.net/carbon-nanotubes-found-in-cells-from-airways-of-asthmatic-children-in-paris
2015年，研究者在巴黎地區(qū)幾十名哮喘病兒童的肺部中檢測(cè)到了碳納米管。在這項(xiàng)研究的論文中，實(shí)驗(yàn)人員明確地說(shuō)，他們借助了透射電子顯微鏡才定位了碳納米管，而用普通的光學(xué)顯微鏡則無(wú)法分辨。因此，他們強(qiáng)烈建議“對(duì)此前的相關(guān)研究進(jìn)行重新評(píng)估。
一種用于觀察納米顆粒的典型設(shè)備——透射電子顯微鏡， 價(jià)格在幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)美元不等 | www.labx.com
入侵人體能力更強(qiáng)，體積微小防不勝防，這就是納米材料和納米級(jí)污染物的隱患。
我們?cè)撛趺崔k？
作為一個(gè)納米行業(yè)的從業(yè)者，我個(gè)人的建議是——“不要怕，等等看”。
首先，不要怕。
我們能看到一篇又一篇證明某種納米材料有毒的報(bào)道，但這里面要指出的是，研究者或者媒體天生存在一個(gè)傾向，就是缺乏毒性的數(shù)據(jù)通常不會(huì)發(fā)布，或者不會(huì)大肆宣傳。因?yàn)椤斑@東西沒(méi)毒”，這個(gè)結(jié)果似乎并沒(méi)那么“引人注目”。所以，呈現(xiàn)在我們面前的往往是“最震撼”的消息。
雖然應(yīng)用領(lǐng)域很多，但普通人能接觸到的納米材料種類(lèi)還是十分有限的，而且所能接觸的量也極其微小。有些納米材料毒性研究，都是把大劑量樣品直接注射到動(dòng)物體內(nèi)。幸運(yùn)的是，我們不是小白鼠，不會(huì)遇到這種極端危險(xiǎn)。
我們?nèi)祟?lèi)身體其實(shí)也有很多方法來(lái)對(duì)付納米顆粒。比如，吞噬細(xì)胞可以把納米顆粒吞掉并降解；很多納米材料也可以經(jīng)消化道或者腎臟代謝，被排泄出體外。
至于“等等看”。就是說(shuō)，咱們不要太匆忙下定論。
畢竟納米材料是新興技術(shù)，對(duì)納米材料的毒理研究肯定也是剛起步?jīng)]多久，目前所得到的數(shù)據(jù)大多還是片面的，甚至很多研究報(bào)道是相互矛盾的。
碳納米管誕生了30年，算是“老一輩”納米材料了，而且使用范圍很廣，對(duì)于它的研究尚且存在如此大的爭(zhēng)議。值得一提的是，我國(guó)學(xué)者對(duì)碳納米管生物毒性的研究做出過(guò)很大貢獻(xiàn)。國(guó)家納米中心的陳春英等人曾系統(tǒng)地研究過(guò)碳納米管的形狀、結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度等特征對(duì)它生物性質(zhì)的影響，并率先建立了一套碳納米管生物毒性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)然，一篇講毒性的科普文，讀者最想看到的，無(wú)疑是那種確鑿的論斷：“這個(gè)有毒，咱們離遠(yuǎn)點(diǎn)”或者“那個(gè)沒(méi)毒，可以放心用”。但對(duì)于納米材料的毒性，我們還站在濃濃迷霧之中，遠(yuǎn)沒(méi)到斬釘截鐵的時(shí)候。
我們更該恐懼的不是納米材料本身，而是盲目的決策或者跟風(fēng)的喧嚷。
請(qǐng)給科學(xué)家們一點(diǎn)時(shí)間。
參考文獻(xiàn)
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作者：圓的方塊
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END
歷了漫長(zhǎng)的時(shí)光后，太陽(yáng)終于走到了生命的盡頭。它的光芒開(kāi)始增強(qiáng)，它的體積開(kāi)始膨脹，表面逐漸接近原本距離太陽(yáng)表面1億5千萬(wàn)公里的地球軌道，并將它吞沒(méi)。這恐怖的場(chǎng)景并非杞人憂天的妄想，也不是科幻小說(shuō)為了故事情節(jié)而編造的橋段，而是根據(jù)我們所認(rèn)識(shí)的物理規(guī)律和觀測(cè)到的漫天星辰所得到的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)結(jié)論。在未來(lái)某天，這件事確定會(huì)發(fā)生。
那么，我們是不是該準(zhǔn)備跑路，準(zhǔn)備“流浪地球”了？不，請(qǐng)先等等。現(xiàn)在就流浪，未免有點(diǎn)早。這件事，咱們還得從頭說(shuō)起。
太陽(yáng)產(chǎn)生能量的方式
1945年，美國(guó)相繼向日本投下了兩顆原子彈，徹底馴服了法西斯野獸。美國(guó)白宮在事后發(fā)表的聲明中義正言辭的說(shuō)，原子彈將“太陽(yáng)釋放能量的力量降臨到把戰(zhàn)爭(zhēng)帶給遠(yuǎn)東的人”。
從感情上講，這句話給終結(jié)二次世界大戰(zhàn)的這次轟炸增添了幾分替天行道的意味，再合適不過(guò)了。但從科學(xué)上講，這句話存在些許的偏差。和廣島長(zhǎng)崎的原子彈一樣，太陽(yáng)釋放能量依靠的也是核反應(yīng)。然而，原子彈使用的是重元素的核裂變，既一個(gè)分子量較高的元素通過(guò)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，裂變成分子量較小的元素。說(shuō)簡(jiǎn)單一些，就是一個(gè)大原子核裂變成一個(gè)或幾個(gè)小原子核。而太陽(yáng)則走了一條方向相反的技術(shù)路線。太陽(yáng)使用核聚變，將分子量為1的氫原子核（實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)質(zhì)子），經(jīng)過(guò)3步中間過(guò)程，聚變成分子量為4的氦原子核。無(wú)論是核裂變的大核變小核，還是核聚變的小核變大核，物質(zhì)在核反應(yīng)后的總質(zhì)量均小于核反應(yīng)之前，而損失的質(zhì)量則轉(zhuǎn)化成了原子彈爆炸或者太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱的能量，其基本原理可以用我們耳熟能詳?shù)膼?ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc^2來(lái)描述。
（太陽(yáng)進(jìn)行核聚變的三步鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。圖片來(lái)源wikipedia。）
前不久，我們沉痛的送別了我國(guó)氫彈事業(yè)的開(kāi)創(chuàng)者于敏院士。氫彈利用了和太陽(yáng)相同的核聚變?cè)恚軌虍a(chǎn)生更大的爆炸威力。氫彈一旦投放出去，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)將自己的能量全部釋放出來(lái)，是一種不可控的核聚變裝置。為了利用這種效率極高又清潔無(wú)污染的能量產(chǎn)生方式服務(wù)我們的生產(chǎn)與生活，科學(xué)家們一直致力于可控核聚變裝置的研究，使核聚變一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定的向外輸出能量。例如，托卡馬克是一種比較有前景的可控核聚變裝置，它的外形像一個(gè)放倒的輪胎，利用磁場(chǎng)束縛住注入其中的帶電粒子，使他們能夠按照人們的控制進(jìn)行核聚變反應(yīng)。遺憾的是，雖然各個(gè)國(guó)家都已經(jīng)投入的大量的資源，也建立了ITER等國(guó)際合作計(jì)劃，但托卡馬克目前仍然處在原理試驗(yàn)階段，其中核反應(yīng)所釋放的能量能夠?qū)⒑朔磻?yīng)本身維持一百多秒已屬不易，并不能夠額外輸出能量，距離實(shí)用化尚有很長(zhǎng)一段距離。
（托卡馬克又被稱(chēng)為“人造太陽(yáng)”。圖為中科院部署在合肥的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)托卡馬克（EAST） 圖片來(lái)源：中科院等離子體物理所科普?qǐng)@地）
而太陽(yáng)，則已經(jīng)穩(wěn)定的進(jìn)行了約46億年的可控核反應(yīng)，持續(xù)不斷的用光和熱哺育整個(gè)太陽(yáng)系。
那么，控制太陽(yáng)不變成一顆氫彈力量來(lái)自于哪呢？
（國(guó)際空間站上看到的太陽(yáng)照耀下的地球。圖片來(lái)源NASA）
它們之間的平衡，
使太陽(yáng)沒(méi)有成為一顆氫彈
其實(shí)，這種力量就是我們最熟悉的重力，讓牛頓的蘋(píng)果落到地面的重力。
從感覺(jué)上，司空見(jiàn)慣的重力似乎很難和毀天滅地的核反應(yīng)相匹敵。但量變會(huì)引起質(zhì)變，聚合成質(zhì)量相當(dāng)于33萬(wàn)個(gè)地球的太陽(yáng)的物質(zhì)所產(chǎn)生的重力，已經(jīng)足以控制住核反應(yīng)。事實(shí)上，可以說(shuō)是重力與核反應(yīng)之間的相互作用主宰了太陽(yáng)的生命印記。
（美麗的獵戶座星云，正在通過(guò)聚集物質(zhì)的方式孕育新的恒星。圖片來(lái)源：NASA）
太陽(yáng)這樣的恒星形成于原始星云，在自身重力的作用下，組成原始星云的物質(zhì)不斷向一起聚集收縮，密度和壓強(qiáng)不斷增大。人類(lèi)制造的核聚變裝置中，無(wú)論是不可控的氫彈還是可控的托卡馬克，像啟動(dòng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣使核聚變開(kāi)始，是一件相當(dāng)困難的事情。進(jìn)行核聚變的帶正點(diǎn)核的原子核間存在靜電斥力，這種斥力像一座大山一樣，橫亙?cè)诤司圩儼l(fā)生的道路上。要觸發(fā)核聚變，就必須先有足夠的能量克服靜電斥力，翻過(guò)這座大山，讓發(fā)生聚變的原子核足夠接近。在引爆氫彈時(shí)，觸發(fā)核聚變發(fā)生，靠的是先行引爆的一顆小型核裂變?cè)訌椝a(chǎn)生的溫度和壓強(qiáng)。對(duì)于托卡馬克，這種“大力出奇跡”的點(diǎn)燃手段顯然不適用，則需要采取歐姆加熱和其他輔助加熱手段共用的方式來(lái)讓核聚變開(kāi)始。
而在太陽(yáng)這樣的恒星形成時(shí)，點(diǎn)燃核聚變靠的僅僅是重力的擠壓。由于物質(zhì)本身的壓強(qiáng)產(chǎn)生的向外膨脹的力，不足以抵御驅(qū)動(dòng)物質(zhì)向內(nèi)收縮的重力，星云中物質(zhì)一邊聚集一邊向內(nèi)收縮的過(guò)程可以不斷持續(xù)下去，中心的密度和壓強(qiáng)持續(xù)增高，迫使氫原子核相互接近，進(jìn)而觸發(fā)了核聚變反應(yīng)開(kāi)始。同時(shí)，恒星中聚集的質(zhì)量又決定了核反應(yīng)的速率。質(zhì)量越大的恒星，中心會(huì)受到更大的重力壓迫，產(chǎn)生更高的壓強(qiáng)，使更多的氫原子核相互接近，核反應(yīng)的速率也就更高。
當(dāng)太陽(yáng)已經(jīng)是一顆成熟的恒星后，核反應(yīng)的速率與恒星物質(zhì)的重力達(dá)到了一種簡(jiǎn)潔又精巧的平衡。如果太陽(yáng)從平衡態(tài)向外膨脹，中心受到的擠壓減小，核反應(yīng)的速率將會(huì)降低，產(chǎn)生的能量將會(huì)減少，恒星中心的溫度將會(huì)降低。這樣，恒星中心向外膨脹的力無(wú)法支撐恒星向中心收縮的重力，膨脹過(guò)程無(wú)法持續(xù)。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果太陽(yáng)向中間收縮，將會(huì)使核反應(yīng)加速，產(chǎn)生更大的向外膨脹的力，收縮過(guò)程同樣無(wú)法持續(xù)。總之，一旦步入壯年，太陽(yáng)想向外擴(kuò)張時(shí)后勁不足，想向里收縮時(shí)又會(huì)受到很大的抵觸，因此只能穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)固定的個(gè)頭上。
（使恒星向內(nèi)坍縮的重力與使恒星向外膨脹的核聚變反應(yīng)在主序恒星階段達(dá)到平衡。原始圖片來(lái)源：http://large.stanford.edu/courses/2011/ph241/olson1/）
這種精巧的平衡并非我們太陽(yáng)的專(zhuān)利，而是放之宇宙而皆準(zhǔn)的一個(gè)基本原理。科學(xué)家們通過(guò)長(zhǎng)期的觀測(cè)積累后，發(fā)現(xiàn)處于壯年的恒星幾乎都處在這樣一種穩(wěn)定的狀態(tài)中。科學(xué)家們把處于這些狀態(tài)的恒星稱(chēng)之為“主序恒星”。對(duì)于這些恒星來(lái)說(shuō)，確切的平衡點(diǎn)位置與恒星的總質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量較大的恒星，平衡狀態(tài)下的核反應(yīng)速率要高于質(zhì)量較小的恒星。
太陽(yáng)的終結(jié)與地球的流浪
如同人有生老病死一樣，上文所說(shuō)的這種平衡并不能天長(zhǎng)地久，總有終結(jié)的一天。與人從衰老走向死亡的過(guò)程所不同的是，太陽(yáng)生命終結(jié)的過(guò)程是豐富的、絢爛的、激烈的，在經(jīng)歷一系列膨脹、爆炸與脈動(dòng)后，最終歸于沉寂。
而在這一切開(kāi)始之前，人類(lèi)就得想辦法趕緊開(kāi)始上路，成為流浪地球了。因?yàn)樘?yáng)這個(gè)天空中的大爐子，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)會(huì)越燒越旺。當(dāng)煤爐中的煤燃盡時(shí)，我們會(huì)想辦法將灰燼請(qǐng)出再加入新煤保持爐火繼續(xù)燃燒。然而，對(duì)于太陽(yáng)這樣的恒星，沒(méi)有外部的力量為它完成這個(gè)過(guò)程。核反應(yīng)消耗氫、形成氦，而產(chǎn)生的氦就堆積在恒星內(nèi)部。由于氦的分子數(shù)要大于氫，因此恒星內(nèi)部的密度將會(huì)隨著恒星年齡的增加而增大，內(nèi)部核反應(yīng)的速率也會(huì)逐漸增加。研究計(jì)算表明，目前太陽(yáng)的核反應(yīng)速率大概比太陽(yáng)剛成為主序恒星時(shí)大30%，而在55億年后（這個(gè)數(shù)字具體多大不同學(xué)者可能會(huì)有不同的結(jié)論，但總體上都是幾十億年的），不斷加快的太陽(yáng)核反應(yīng)速率是的當(dāng)時(shí)太陽(yáng)輻射出的能量約已經(jīng)是現(xiàn)在的2倍。在如此劇烈的輻射照耀下，地球表面的溫度將超過(guò)3百多攝氏度，海洋和湖泊中的液態(tài)水早已被汽化。以我們現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)（誰(shuí)也說(shuō)不好幾十億年中人這種生物將會(huì)發(fā)生怎樣的進(jìn)化），在這種環(huán)境下包括人類(lèi)在內(nèi)的生物體都是無(wú)法生存的。除非當(dāng)時(shí)的人們研發(fā)出了能夠遮擋太陽(yáng)劇烈輻射的裝置，否則就不得不踏上流浪之旅了。
（藝術(shù)家想象的從地球上看到的紅巨星狀態(tài)的太陽(yáng)。圖片來(lái)源https://www.cs.mcgill.ca/~rwest/wikispeedia/wpcd/wp/r/Red_giant.htm）
1.紅巨星
此時(shí)，雖然地球已經(jīng)成為一個(gè)無(wú)法為人類(lèi)生存的世界，但此時(shí)的太陽(yáng)還仍舊處于主序恒星狀態(tài)。而再往后，太陽(yáng)中心區(qū)的氫燃燒殆盡，停止了氫聚變成氦的熱核反應(yīng)，變成了一個(gè)氦核。由于沒(méi)有的核反應(yīng)對(duì)抗重力，恒星中心附近的物質(zhì)開(kāi)始向核心擠壓，不斷增高核心的溫度。距離核心較遠(yuǎn)的一些殘存的氫在核心釋放的高溫作用下被點(diǎn)燃，驅(qū)動(dòng)的太陽(yáng)的外層不斷向外膨脹，相繼吞并水星與金星的軌道，并有可能吞沒(méi)地球的軌道。此時(shí)的太陽(yáng)已經(jīng)退出了主序恒星的隊(duì)伍，變成了一顆紅巨星。（紅巨星是恒星燃燒到后期所經(jīng)歷的一個(gè)不穩(wěn)定階段）
（能夠吞并地球軌道的紅巨星太陽(yáng)，左下角的小黃點(diǎn)是太陽(yáng)現(xiàn)在的大小。圖片來(lái)源wikipedia。）
2.脈動(dòng)變星
接著，太陽(yáng)進(jìn)入了“內(nèi)外兩開(kāi)花”的狀態(tài)。除了外部的氫殼繼續(xù)發(fā)生核聚變反應(yīng)外，內(nèi)核殘存的氦在不斷增大的溫度作用下被“點(diǎn)燃”，發(fā)生了由氦劇變成碳的核反應(yīng)。相比于最少都是以百萬(wàn)年為時(shí)間單位所衡量的恒星演化過(guò)程，氦被點(diǎn)燃的時(shí)間短的讓人驚嘆。在數(shù)分鐘的時(shí)間內(nèi)，相當(dāng)于太陽(yáng)質(zhì)量40%的氦被劇烈的“燃燒”成碳，釋放的能量大致相當(dāng)于太陽(yáng)在當(dāng)前狀態(tài)下持續(xù)數(shù)百萬(wàn)年所釋放的能量。這種現(xiàn)象被科學(xué)家們稱(chēng)之為“氦閃”。之后，太陽(yáng)在繼續(xù)燃燒氦的同時(shí)，自身已經(jīng)無(wú)法回到平衡的狀態(tài)，不斷的進(jìn)行膨脹與收縮的交替，稱(chēng)為一顆脈動(dòng)變星。（脈動(dòng)變星，是指由脈動(dòng)引起亮度變化的恒星，數(shù)量約有200萬(wàn)個(gè)）
當(dāng)氦也再次燃盡時(shí)，太陽(yáng)的生命也就走到了盡頭。太陽(yáng)核心的物質(zhì)將塌縮成一顆密度極高的白矮星，而外層物質(zhì)則會(huì)向擴(kuò)張，形成行星狀星云。白矮星的密度極高，一立方厘米的白矮星的質(zhì)就足夠有一噸了。
（屬于行星星云范疇的貓眼星云。圖片來(lái)源Wikipedia）
3.地球的命運(yùn)
那么地球的命運(yùn)會(huì)怎么樣呢？在紅巨星的演化過(guò)程中，吞并地球的軌道是大概率事件。之前有學(xué)者認(rèn)為，由于太陽(yáng)釋放的能量都是質(zhì)量轉(zhuǎn)化來(lái)的，由于太陽(yáng)總質(zhì)量會(huì)隨著核反應(yīng)的進(jìn)行而減少，地球受到的引力會(huì)相應(yīng)的減小，地球會(huì)自發(fā)的向遠(yuǎn)離太陽(yáng)的方向運(yùn)動(dòng)。然而，2008年發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》(MNRAS)的一項(xiàng)研究卻發(fā)現(xiàn)潮汐力會(huì)遲滯地球遠(yuǎn)離太陽(yáng)的腳步，否定了地球這樣逃出升天的可能。不過(guò)，正如前文所述，在太陽(yáng)變成紅巨星之前，地球就已經(jīng)被烤成了一片不毛之地。如果坐等大自然的力量拯救我們，恐怕已經(jīng)來(lái)不及了。
被眷顧的星球
天文學(xué)家不是算命先生，他們預(yù)知幾十億年后發(fā)生在太陽(yáng)身上的事情，除了可以依靠理論計(jì)算和計(jì)算機(jī)模擬外，還能通過(guò)遙看處于不同“年齡”的漫天恒星來(lái)勾勒出恒星演化過(guò)程的全貌。牛頓、愛(ài)因斯坦以及一眾天文學(xué)家聯(lián)手保證，我們的太陽(yáng)應(yīng)該會(huì)按照這篇文章里所描述的過(guò)程走完自己的一生，太陽(yáng)精巧而簡(jiǎn)潔的平衡幾乎不可能被什么因素意外破壞。
因此，大家除了領(lǐng)略電影帶給我們的震撼與感動(dòng)外，無(wú)需擔(dān)心太陽(yáng)真的會(huì)提前開(kāi)始衰老并吞并地球。雖然有言曰“戲說(shuō)不是胡說(shuō)，改編不能亂編”，但科幻小說(shuō)和電影能夠以相對(duì)正確與真實(shí)的背景展開(kāi)已經(jīng)是相當(dāng)可貴了，不能苛求它在科學(xué)上百分之百的正確。那樣，小說(shuō)也許就會(huì)失去了幻想的翅膀。
同時(shí)，《流浪地球》也許能讓我們?cè)俅伟l(fā)現(xiàn)我們的家園——地球的可貴。這是一顆受到上天太多眷顧的星球，它處在太陽(yáng)周?chē)囊司訋Ю铮梢栽试S液態(tài)水穩(wěn)定存在孕育生命。較強(qiáng)的地磁場(chǎng)屏蔽了太陽(yáng)高能粒子的侵襲，保護(hù)了大氣層不被太陽(yáng)風(fēng)吹走。太陽(yáng)不會(huì)爆發(fā)過(guò)于強(qiáng)大的耀斑，否則地球?qū)⒊掷m(xù)處于強(qiáng)X射線和伽馬射線的轟擊之中。大氣層的密度和成分能夠有效的調(diào)節(jié)溫度，讓我們處于既不冷又不熱的環(huán)境中。適度傾斜的地軸使大部分地區(qū)有了四季的變化。地球軌道之外的太陽(yáng)系其他大行星又吸引了不少可能撞擊地球的小天體。當(dāng)這些有利的因素集中到一起時(shí)，才讓這個(gè)星球上有了生生不息、多姿多彩的各種生靈，才孕育了自封為智慧生物的人類(lèi)。當(dāng)我們將望遠(yuǎn)鏡指向浩瀚的宇宙之中，試圖從繁星間找到一顆與我們同樣幸運(yùn)的行星時(shí)，卻始終沒(méi)有一個(gè)確定性的發(fā)現(xiàn)。如果現(xiàn)在我們就踏上流浪之路，我們并不知道哪里才是我們的安身之地。
（阿波羅8號(hào)宇航員在繞月軌道上拍攝的地球圖像。人類(lèi)有史以來(lái)第一次親眼目睹了自己居住的星球從另一個(gè)天體的地平線上升起。圖片來(lái)源：NASA）
好在太陽(yáng)生命的終結(jié)發(fā)生在幾十億年之后，而現(xiàn)在的我們則可以好好珍惜我們的家園，不讓?xiě)?zhàn)爭(zhēng)、污染、氣候變化、能源消耗將其破壞，將一個(gè)美麗多彩的地球一代一代的傳下去。
（你看著地球，多美啊！（GOSE-8氣象衛(wèi)星于地球靜止軌道上拍攝）。圖片來(lái)源NASA）
參考內(nèi)容：
[1] 劉學(xué)富，基礎(chǔ)天文學(xué)，高等教育出版社，2005.
[2] David Taylor, The Life And Death Of Stars, http://faculty.wcas.northwestern.edu/~infocom/The%20Website/index.html, 2012.
[3] 中科院等離子體物理研究所，核聚變知識(shí)，http://www.ipp.cas.cn/kxcb/hjbzs/
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