Что свидетельствует о том что звезды состоят из горячего газа кратко
Обновлено: 02.07.2024
Какой мощи должна быть эта энергия, что её хватает на миллиарды лет? Хороший вопрос, учитывая, что подсчитано: если бы Солнце состояло из лучшего угля, то, получай оно для этого в достаточном количестве кислород, полностью сгорело бы примерно за 1500 лет.
Некогда существовало мнение, что энергия Солнца поддерживается падением на него метеоритов. Их энергия превращается при падении в теплоту, поддерживающую излучение Солнца. Такой способ питания помог бы Солнцу не больше, чем нам, если бы мы вздумали вскипятить бочку воды, ставя на ее крышку горячие утюги.
Кроме того, метеоритов должно было бы сыпаться на Солнце невероятно много, и они так быстро увеличивали бы массу Солнца, что это было бы заметно.
Может быть, тогда, энергия Солнца пополняется за счет его сжатия, то есть постоянного уменьшения в размерах? Звучит логично, ведь при сжатии, энергия тяготения к центру переходила бы в энергию тепловую. Но и эта теория разбилась о математику.
Было вычислено, что даже если бы Солнце было некогда бесконечно большим, чем сейчас, то и в этом случае его сжатия до современного размера хватило бы на поддержание энергии всего лишь в течение 20 миллионов лет. Между тем доказано, что земная кора существует и освещается Солнцем гораздо дольше – как минимум 4,5 миллиарда лет. Сжатие может иметь и наверное имеет место, но не оно служит главным источником солнечной энергии.
Наше Солнце – громадный ядерный реактор и его топлива хватит ещё на 10 миллиардов лет
Тогда, возможно, недра звезд состоят из радиоактивных элементов, таких, как торий, уран и радий? Распадаясь, эти элементы выделяют теплоту.
Но, если бы Солнце целиком состояло из радия, то оно излучало бы… больше энергии, чем действительное Солнце! Тем более, что при большой начальной расточительности, неизбежной при радиоактивном распаде, интенсивность его излучения спадала бы слишком быстро. Радий не мог бы поддерживать наше Солнце так долго, как это необходимо. Допустить же существование тяжелых, сверх-радиоактивных элементов (неизвестных на Земле), да еще сгустившихся в недрах Солнца, современная физика и теория внутреннего строения звезд не позволяют.
Вас может заинтересовать
Ответ на этот вопрос дала людям ядерная физика.
Ядерные реакции в недрах звезд
Как известно, большую часть любой звезды составляет водород, а как известно из школьного курса химии, этот газ очень хорошо горит. Правда “звездное горение” водорода отличается от привычного нам, ведь кислорода там очень мало.
Горение — это химический процесс, то есть перетасовка атомов между молекулами. Но энергии химических реакций недостаточно для поддержания солнечного тепла. С другой стороны, при чудовищном жаре в недрах звезд существование молекул невозможно, они там распадаются. Там возможны только перетасовки тех составных частей, из которых образованы сложные системы, называемые ядрами атомов.
При температурах в миллионы градусов происходит распад не только атомов, но и их ядер и перетасовка продуктов распада, отчего образуются новые химические атомы с иными химическими свойствами. Такие перетасовки называются ядерными реакциями.
Физика ядерных реакций установила, что источником энергии в звездах, в том числе и в Солнце, является непрерывное образование атомов гелия за счет атомов водорода.
Известно, что атом гелия весит приблизительно в четыре раза больше, чем атом водорода. Однако мы не получим атом гелия, сложив попросту четыре атома водорода. Прежде чем материал четырех водородных атомов создаст атом гелия, должен произойти целый ряд чудесных превращений, напоминающих сказочные превращения оборотней, и непременными помощниками и толкачами в этих превращениях оказываются атомы углерода.
Но такие превращения не проходят безнаказанно: при этом выделяется и теряется энергия, а она имеет массу. Оттого-то масса атома гелия получается несколько меньше массы четырех атомов водорода. Так работает фабрика гелия в недрах гигантских звезд.
Как бы не были велики запасы солнечного водорода, они все-таки не бесконечны. Тревожиться на этот счет не стоит – при современной мощности излучения Солнцу хватит “топливо” ещё минимум на 10 миллиардов лет (при том, что само Солнце появилось примерно 5 миллиардов лет назад).
Что же происходит когда звезда начинает “стареть” и “выгорать”? Водород превращается в гелий, а гелий, вероятно, превращается в более тяжелые элементы; следовательно, химический состав Вселенной подвержен непрерывному изменению. Отсюда напрашивается и вывод – на заре зарождения нашей Вселенной, большая её часть состояла из водорода.
С течением времени доля тяжелых элементов по отношению к водороду увеличивается. Часть звездного вещества, обогащенная тяжелыми элементами, возвращается обратно в межзвездную газовую среду, может быть, в форме протуберанцев или более грандиозных взрывов, и поэтому сам межзвездный газ обогащается тяжелыми элементами. Однако даже в настоящее время атомов водорода в 2000 раз больше, чем атомов тяжелых элементов.
Это, как минимум, свидетельствует о том, что наша Вселенная ещё сравнительно молода и до её “старости” осталось не так уж мало времени.
Как говаривал Шерлок Холмс, "уберите все невозможные варианты".
Температура звёзд, даже сравнительно холодных, - тысячи и тысячи градусов. И это в наружных слоях - в недрах она ещё выше и доходит до миллионов градусов. В каком ещё состоянии, кроме как горячего газа (точнее - горячей плазмы, которая ведёт себя как идеальный газ), может находиться вещество при таких температурах?!
Сферы из раскалённого газа.
Да-да, даже несмотря на гигантскую плотность вещества в центре звёзд (в центре Солнца, к примеру, - порядка 150 г/см³), это газ. Практически идеальный газ. Потому что какой признак идеального газа? Отсутствие взаимодействия между частицами кроме как их упругие соударения. Ну вот ровно это и имеет место в недрах звёзд. Даже такая суперплотность на много порядков меньше плотности ядра (наглядный макроскопический пример - нейтронные звёзды, размер которых при массе, превышающей массу Солнца, сопоставим с размерами Земли). А значит, расстояние между ядрами атомов в центре звезды много меньше размеров самих ядер. Ну и столкновения там вполне себе упругие.
Так что модель идеального газа, сколь ни парадоксально, вполне адекватно описывает условия в центре звёзд, и сами они как физическое тело - просто газ.
Потому что рождение звезды - это "кино", а жизнь человека - это 1 кадр, по сравнению с продолжительностью этого "кина". Рождение звезды занимает сотни тысяч и миллионы лет - а сколько времени мы занимаемся изучением этого процесса на достаточно высоком уровне?
Но даже и так: звезд до фига, и в каждый момент где-то рождается звезда. И таки да, молодых звёзд и газо-пылевых туманностей, в которые вот прям щасс происходят процессы звёздообразования, обнаружено уже достаточно много. Для примера хотя бы вот эта статья. А вот это - изображение области активного звёздообразования в нашей Галактике, полученное на VLT. Или вот ещё пример такой области, уже вне нашей галактики.
Не считая переменных звёзд и пульсаров, все остальные звезды светят постоянно и не мерцают. Мы видим мерцание от потоков воздуха в атмосфере. Так что без атмосферы (земная орбита, Луна и тд) звёзды не мерцают.
Потому что отсутствует тень.
Полнолуние - это когда источник света (Солне) у нас точно за спиной, и мы светим на Луну и смотрим на неё строго сверху. Это значит, что даже для тех объектов, которые находятся на краю лунного диска и таки да, дают тень, оная тень нам не видна - она заслоняется самим объектом. Поскольку отражение света от лунной поверхности диффузное, то наклон участка поверхности не так уж важен - при диффузном отражении свет отражается равномерно по всем направлениям.
Я не знаю, что такое сабж, и как частицы могут лететь к нему по касательной. Но знаю, что из гравитационного поля можно извлечь энергию, хотя академическая наука такую возможность отвергает. В середине 19го века немецкий физик и математик Карл Гаусс математически доказал и обосновал так называемое положение нулевой работы: суммарная работа при перемещении тела в потенциальном поле равна нулю. На обычном русском языке это означает следующее: по какой бы запутанной траектории мы не перемещали предмет в потенциальном поле, но когда он оказывается в начальной точке старта, здесь его конечная энергия будет равна энергии начальной, поэтому суммарное изменение энергии и выполняемая работа равны нулю. Гравитационное поле является разновидностью потенциального, поэтому долгое время считалось, что гравполе полностью попадает под это положени и извлечь из него энергию невозможно.
Но лет 10 тому назад я теоретически обосновал, как можно обойти этот запрет и получить таки энергию из гравполя несмотря на его потенциальный характер. Карл Гаусс не заметил, что применительно к гравполю возникает дополнительный фактор, который разворачивает ситуацию на 180 градусов: дополнительная сила Архимеда. Хотя она может быть очень мала и не сравнима с силой тяжести, но окончательно именно она открывает путь к получению энергии из гравполя. Чтобы заставить гравполе совершать полезную работу, нужно изменять плотность перемещаемого по контуру предмета таким образом, чтобы на одних участках его плотность была больше, а на других меньше. И сделать это можно довольно просто: через изменение фазового состояния предмета. То есть вначале он должен двигаться в форме жидкости, а потом в форме пара. И в природе такие процессы происходят постоянно. Я имею в виду круговорот воды в природе.
Когда вода испаряется с поверхности океана, она поглощает некоторую энергию солнечного света Q. Но когда пар конденсируется в верхних холодных слоях атмосферы, он отдает точно такую же энергию Q. Поэтому солнечная энергия из этого процесса уходит на стадии конденсации пара. А затем при падении дождевые капли разгоняются и увеличивают свою кинетическую энергию. Откуда они берут эту энергию, если солнечная энергия из цикла уже ушла? Вот из этого самого гравитационного поля. Гравполе совершает работу над дождевыми каплями и отдает им свою энергию. А мы потом часть этой энергии преобразуем в электричество в наших ГЭС.
По этому принципу есть уже достаточно много изобретений. Все они кратко выглядят так: есть глубокая шахта, дно которой заполнено легко испаряющейся жидкостью, например фреоном. Под действием подземного тепла фреон испаряется, поднимается к поверхности и здесь конденсируется. Жидкость падает вниз на гидротурбину и крутит ее, отдавая свою кинетическую энергию. Как видите, принципиально устройство очень простое. Но на практике выгоды оно не принесет и вот почему. В таком устройстве идет поток тепла снизу вверх. И по всем расчетам это переносимое тепло оказывается в сотни раз больше выделяемой гравитационной энергии. Поэтому гораздо выгоднее окажется преобразование в электричество этого переносимого тепла. То есть мы получим обычную геотермальную электростанцию.
Чтобы извлекать энергию именно из гравполя, и извлекать ее в больших количествах, нужно запереть это переносимое тепло в станции и заставить его постоянно крутится по контуру. Я придумал, как можно это сделать и начал пропагандировать идею гравитационной энергетики. Но потом нашел другой гораздо более выгодный способ извлечения энергии из физического вакуума. Поэтому больше я гравитационную энергетику не пропагандирую.
Звезда — массивный газовый шар, излучающий свет и удерживаемый в состоянии равновесия силами собственной гравитации и внутренним давлением, в недрах которого происходят (или происходили ранее) реакции термоядерного синтеза . Ближайшей к Земле звездой является Солнце. Ближайшей к Солнцу звездой является Проксима Центавра. Она расположена в 4,2 светового года.
О составе звезд человечество узнало в последнюю очередь. Происхождение их угадал философ Иммануил Кант еще в XVIII веке. Другие параметры, вроде цвета или светимости, можно оценить без особых инструментов — а вот материал, из которого состоят звезды, долгое время терзал воображение ученых.
Метод определения
Определять состав светил астрономы научились только в середине XIX века. Именно тогда в арсенале исследователей космоса появился спектральный анализ.
Метод основан на свойстве атомов различных элементов излучать и поглощать свет на строго определенных резонансных частотах. Соответственно на спектре видны темные и светлые полосы, расположенные на местах, характерных для данного вещества. Разные источники света можно отличить по рисунку из линий поглощения и излучения.
Спектральный анализ успешно применяется для определения состава звезд. Его данные помогают исследователям понять очень многие процессы, происходящие внутри светил и недоступные непосредственному наблюдению.
В настоящее время для определения классов звезд используется диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Она показывает зависимость между абсолютной звёздной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды.
Всем известен тот факт, что чем выше температура, тем меньше состав частиц, которые способны существовать в атмосфере звезды. С помощью спектрального анализа звезд класс О, В, А (температура от 50 до 10 тысяч градусов) была обнаружено в атмосферах этих звезд линии ионизированного водорода, гелия, ионы металла, а в классе К (5 тысяч градусов) были обнаружены радикалы, в классе М (3500 градусов) – нашли молекулы оксидов.
Химический состав звезд
Вы когда-нибудь задумывались, из чего состоят звезды? Вы были бы удивлены, узнав их состав — это те самые материалы, из которых сделана вся остальная Вселенная:
- 73% — водород;
- 25% — гелий;
- 2% — остальные элементы.
Вот и все, за исключением некоторых различий в определенных материалах, звезды созданы в значительной степени из одинакового вещества.
Звезды образовывались со времен зарождения Вселенной. Фактически астрономами рассчитано, что каждый год в галактике Млечный Путь формируется 5 новых звезд. Некоторые из них имеют больше тяжелых элементов от предыдущих звезд – металлически богатые, а некоторые содержат меньше – металлически бедные. Но даже так, соотношение элементов остается в равной степени.
Солнце — пример богатой на металл звезды, имеет более высокое количество тяжелых элементов внутри, нежели в среднем среди таких же представителей. И все же, наше светило обладает схожим соотношением долей элементов: 75% водорода, 24% гелия, а остальные — кислород, углерод, азот.
Преобразование водорода в гелий внутри ядра Солнца происходит уже 4,5 миллиарда лет
Химический состав звезд
В списке всех звезд, которые относятся к первым четырем классам, преобладают линии гелия и водорода, однако постепенно, по мере снижения температуры можно обнаружить линии уже других элементов, которые даже могут указывать на существование соединений. Безусловно, соединения эти довольно просты. Это оксиды титана (класс М), циркония и радикалы. Наружный слой большинства звезд состоит, как правило, из водорода
На 10 тысяч атомов водорода в среднем приходится порядка тысячи атомов гелия, всего лишь 5 атомов кислорода и меньше 1 атома любых других элементов.
Не редко встречаются звезды, которые в своем химическом составе имеют повышенное содержание определенного элемента. Ученым известны те звезды, которые в своем химическом составе имеют повышенное количество кремния (так называемые кремниевые звезды), железные звезды (звезды, с повышенным содержанием железа). Также существует множество звезд с повышенным содержанием марганца, углерода и т.д.
В космосе находится большое количество звезд, имеющих аномальный состав элементов. В некоторых молодых звездах, относящихся к типу красных гигантов, было найдено повышенное содержание различных тяжелых элементов.
В одной из таких звезд было обнаружено содержание молибдена, которое было явно завышено и более того, доля молибдена на Солнце в 26 раз меньше, нежели у этой звезды.
По мере старения звезды содержание элементов уменьшается у тех звезд, которые имеют атомы большей массы, нежели масса атома гелия.
Исходя из этого, ученые пришли к выводу, что наличие тяжелых элементов приводит к своеобразной химической эволюции, которая характеризует начало жизни звезд.
Старение звезды и изменение состава
Со временем термоядерные реакции внутри звезд постепенно изменяют их состав. Главной и самой простой реакцией синтеза, который протекает в большинстве звезд во Вселенной, и в нашем Солнце в том числе, является протон-протонный цикл. В нем четыре атома водорода сливаются воедино, образуя в итоге один атом гелия и очень большой выход энергии — до 98% общей энергии звезды.
Изменение состава на примере Солнца
Количество гелия в ядре Солнца будет увеличиваться; соответственно, будет расти объем ядра звезды. Из-за этого увеличится площадь термоядерной реакции, а вместе с ней — интенсивность свечения и температура Солнца. Через 1 миллиард лет (в возрасте 5,6 млрд лет) энергия звезды вырастет на 10%. В возрасте 8 миллиардов лет (через 3 млрд лет от сегодняшнего дня) солнечное излучение составит 140% от современного.
Условия на Земле к тому времени поменяются настолько, что она в точности будет напоминать Венеру.
Рост интенсивности протон-протонной реакции сильно отразится на составе звезды — водород, мало затронутый с момента рождения, станет сгорать куда быстрее. Нарушится баланс между оболочкой Солнца и его ядром — водородная оболочка станет расширяться, а гелиевое ядро, наоборот, сужаться. В возрасте 11 миллиардов лет сила излучения из ядра звезды станет слабее сжимающей его гравитации — греть ядро теперь станет именно растущее сжатие.
В итоге реакции, атомные ядра гелия сначала сбиваются вместе, превращаясь в нестабильную форму бериллия, а затем в углерод и кислород. Сила этой реакции невероятно велика — когда будут зажигаться нетронутые островки гелия, Солнце будет вспыхивать до 5200 раз ярче, чем сегодня!
Во время этих процессов ядро Солнца будет продолжать накаляться, а оболочка расширится до границ орбиты Земли и значительно остынет — ибо чем больше площадь излучения, тем больше энергии теряет тело. Пострадает и масса светила: потоки звездного ветра будут уносить остатки гелия, водорода и новообразованных углерода с кислородом в далекий космос.
Так наше Солнце превратится в красного гиганта. Полностью завершится развитие светила тогда, когда оболочка звезды окончательно истощится, и останется только плотное, горячее и маленькое ядро — белый карлик. Оно медленно будет остывать миллиардами лет.
Изменение состава звезд-гигантов
Цепочка трансформации крупных звезд куда дольше: она доходит вплоть до самого железа. Создаются и элементы потяжелее. У таких звезд уже нет пути назад — они взорвутся сверхновой, оставив по себе черную дыру или нейтронную звезду.
Хотя углерод и кислород существуют в звезде одновременно, во время реакций синтеза они создают вещества, распределяющиеся на принципиально разных уровнях звезды.
Так, углерод порождает легкие вещества, вроде неона, натрия или магния.
Кислород же создает тяжелые неметаллы, наподобие серы или фосфора, или неплотные металлы, как вот алюминий. А вместе с азотом они участвуют в CNO-цикле горения водорода — основном термоядерном процессе в больших звездах Главной последовательности.
Структура звезды
В общем случае у звезды, находящейся на главной последовательности, можно выделить три внутренние зоны:
- ядро;
- конвективную зону;
- зону лучистого переноса.
Ядро — это центральная область звезды, в которой идут ядерные реакции.
Конвективная зона — зона, в которой перенос энергии происходит за счёт конвекции. Для звёзд с массой менее 0,5 M☉ она занимает всё пространство от поверхности ядра до поверхности фотосферы. Для звёзд с массой, сравнимой с солнечной, конвективная часть находится на самом верху, над лучистой зоной. А для массивных звёзд она находится внутри, под лучистой зоной.
Лучистая зона — зона, в которой перенос энергии происходит за счёт излучения фотонов. Для массивных звёзд эта зона расположена между ядром и конвективной зоной, у маломассивных она отсутствует, а у звёзд больше массы Солнца находится у поверхности.
На более поздних стадиях добавляются дополнительные слои, в которых идут ядерные реакции с элементами, отличными от водорода. И чем больше масса, тем больше таких слоев. У звёзд с массой, на 1—2 порядка превышающей Мʘ, таких слоёв может быть до 6, где в верхнем, первом слое всё ещё горит водород, а в нижнем идут реакции превращения углерода в более тяжёлые элементы, вплоть до железа. В таком случае в недрах звезды расположено инертное, в плане ядерных реакций, железное ядро.
Над поверхностью звезды находится атмосфера, как правило, состоящая из трёх частей: фотосферы, хромосферы и короны.
Фотосфера — самая глубокая часть атмосферы, в её нижних слоях формируется непрерывный спектр. Поскольку их толщина составляет не более одной трёхтысячной доли солнечного радиуса, фотосферу иногда условно называют поверхностью Солнца.
В отличие от хромосферы и фотосферы самая внешняя часть атмосферы Солнца – корона – обладает огромной протяжённостью: она простирается на миллионы километров, что соответствует нескольким солнечным радиусам. Плотность вещества в солнечной короне убывает с высотой значительно медленнее, чем плотность воздуха в земной атмосфере.
P.S.
По мнению американского астронома, выдающегося популяризатора науки Карла Сагана, все мы и окружающие нас предметы и объекты (люди, планета Земля и остальные объекты Космоса) состоим из вещества, образовавшегося в недрах звёзд, т.е. состоим из элементов, которые образовались в звездах в процессе ядерных реакций и при взрывах сверхновых звезд.
Но, возможно, мы сделаны не только из вещества, образованного в звездах, но и пыли, выбрасываемой квазарами.
Видео
То, из чего состоят звезды, полностью определяет их характер и судьбу — начиная от цвета и яркости, заканчивая сроком жизни. Более того, на составе звезды завязан весь процесс ее образования, равно как и формирования ее планетной системы — и нашей Солнечной системы в том числе.
Всеобщий стандарт
Любая звезда в начале своего жизненного пути — будь то монструозные гиганты вроде UY Щита или желтые карлики как наше Солнце — состоит приблизительно из равной пропорции одних и тех же веществ. Это 73% водорода, 25% гелия и еще 2% атомов дополнительных тяжелых веществ. Почти таким же был состав Вселенной после Большого взрыва , за исключением 2% тяжелых элементов. Они образовались после взрывов первых во Вселенной звезд, чьи размеры превышали размах современных галактик.
Вглубь звезды
Но как такая ничтожная часть состава звезды может серьезно изменить ее функционирование? Для человека, в среднем состоящего на 70% из воды, потеря 2% жидкости не страшна — это всего лишь ощущается как сильная жажда и не приводит к необратимым изменениям в организме. Но Вселенная очень чуткая даже к самым малым переменам — будь 50-я часть состава нашего Солнца хоть капельку иной, жизнь в Солнечной системе могла и не образоваться.
Как это работает? Для начала вспомним одно из главных последствий гравитационных взаимодействий, упоминаемое повсеместно в астрономии — тяжелое стремится к центру. Любая планета служит наглядной моделью этого принципа: самые тяжелые элементы, вроде железа, располагаются в ядре, когда более легкие — снаружи.
То же самое происходит во время образования звезды из рассеянного вещества. В условном стандарте строения звезды гелий образует ядро светила, а из водорода собирается окружающая оболочка. Когда масса гелия переваливает за критическую точку, гравитационные силы сжимают ядро с такой силой, что в прослойках между гелием и водородом в ядре начинается термоядерная реакция .
Именно тогда звезда и зажигается — еще совсем молодая, окутанная водородными облаками, которые со временем улягутся на ее поверхности. Свечение играет важную роль в существовании звезды — именно частицы , пытающиеся вырваться из ядра после термоядерной реакции, удерживают светило от моментального сжатия в нейтронную звезду или черную дыру . Также имеет силу обычная конвекция, перемещение вещества под воздействием температуры — ионизированные накалом у ядра, атомы водорода поднимаются в верхние слои звезды, перемешивая тем самым материю в нем.
Так все же, при чем тут 2% тяжелых веществ в составе звезды? Дело в том, что любой элемент тяжелее гелия — будь то углерод, кислород или металлы — неминуемо окажется в самом центре ядра. Они опускают планку массы, по достижению которой зажигается термоядерная реакция — и чем тяжелее вещества в центре, тем быстрее зажигается ядро. Однако при этом оно будет излучать меньше энергии — размеры эпицентра горения водорода будут скромнее, чем если бы ядро звезды состояло из чистого гелия.
Солнцу повезло?
Итак, 4 с половиной миллиарда лет назад, когда Солнце только стало полноценной звездой, оно состояло из того же материала, что и вся Вселенная — трех четвертей водорода, одной четверти гелия, и пятидесятой части примесей металлов. Благодаря особой конфигурации этих добавок, энергия Солнца стала подходящей для наличия жизни в его системе.
Под металлами не подразумевается только никель, железо или золото — астрономы называют металлами все, что отличается от водорода и гелия. Туманность, из которой по теории сформировалось Солнце , была сильно металлизирована — она состояла из остатков сверхновых звезд, которые стали источником тяжелых элементов во Вселенной. Звезды, чьи условия зарождения были схожи с Солнечными, называются звездами населения I. Такие светила составляют большую часть нашей галактики .
К слову, Солнце могло гореть немногим тусклее — пусть и маленькую, но все же значимую часть металлов забрали у Солнца газовые гиганты. В первую очередь стоит выделить Юпитер , немало изменивший в Солнечной системе. Влияние планет на состав звезд было доказано в процессе наблюдений за тройной звездной системой 16 Лебедя . Там есть две звезды, похожие на Солнце, и возле одной из них нашли газовый гигант, масса которого минимум в 1,6 раза больше Юпитера. Металлизация этой звезды оказалась существенно ниже ее соседки.
Старение звезды и изменение состава
Как меняется состав звезды в процессе ее старения ? Это мы можем понять того, что мы уже узнали о звездах в статье. Рассмотрим на примере нашего Солнца: количество гелия в ядре будет увеличиваться; соответственно, будет расти объем ядра звезды. Из-за этого увеличится площадь термоядерной реакции, а вместе с ней — интенсивность свечения и температура Солнца. Через 1 миллиард лет (в возрасте 5,6 млрд лет) энергия звезды вырастет на 10%. В возрасте 8 миллиардов лет (через 3 млрд лет от сегодняшнего дня) солнечное излучение составит 140% от современного — условия на Земле к тому времени поменяются настолько, что она в точности будет напоминать Венеру .
Рост интенсивности протон-протонной реакции сильно отразится на составе звезды — водород, мало затронутый с момента рождения, станет сгорать куда быстрее. Нарушится баланс между оболочкой Солнца и его ядром — водородная оболочка станет расширяться, а гелиевое ядро, наоборот, сужаться. В возрасте 11 миллиардов лет сила излучения из ядра звезды станет слабее сжимающей его гравитации — греть ядро теперь станет именно растущее сжатие.
Во время этих процессов ядро Солнца будет продолжать накаляться, а оболочка расширится до границ орбиты Земли и значительно остынет — ибо чем больше площадь излучения, тем больше энергии теряет тело. Пострадает и масса светила: потоки звездного ветра будут уносить остатки гелия, водорода и новообразованных углерода с кислородом в далекий космос. Так наше Солнце превратится в красного гиганта . Полностью завершится развитие светила тогда, когда оболочка звезды окончательно истощится, и останется только плотное, горячее и маленькое ядро — белый карлик . Оно медленно будет остывать миллиардами лет.
Эволюция состава звезд, отличных от Солнца
На этапе возгорания гелия термоядерные процессы в звезде размеров Солнца заканчиваются. Массы небольших звезд недостаточно для возгорания новообразованных углерода и кислорода — светило должно быть минимум в 5 раз массивнее Солнца, чтобы углерод начал ядерное преобразование.
Цепочка трансформации крупных звезд куда дольше: она доходит вплоть до самого железа. Создаются и элементы потяжелее. У таких звезд уже нет пути назад — они взорвутся сверхновой , оставив по себе черную дыру или нейтронную звезду. Последняя вообще не состоит из привычного для нас физического вещества — звезду наполняет сверхтекучая жидкость, которая настолько плотная, что протоны и электроны в ней слились в незаряженные частицы, нейтроны. Спичечный коробок гиперконцентрированного вещества звезды будет весить сотни миллионов тонн.
Как узнали о составе звезд?
Состав — это самая неочевидная характеристика звезд. О нем человечество узнало в последнюю очередь. Происхождение звезд угадал философ Иммануил Кант еще в XVIII веке. Другие параметры, вроде цвета или светимости, можно оценить без особых инструментов — а вот материал, из которого состоят звезды, долгое время терзал воображение ученых.
Открыть занавес тайны ученые смогли только в середине XIX века, после изобретения методики спектрального анализа . Оказывается, каждый источник света имеет свой уникальный излучаемый спектр, который напрямую зависит от его состава — материалы поглощают одни линии спектра, и пропускают сквозь себя другие. С помощью спектрального анализа, астрономы значительно расширили горизонты человеческого познания.
Даниил Рудской запись закреплена
привет, кто шарит, помогите ответить на вопросы если не составит труда
1. Что свидетельствует о том, что звезды состоят из горячего газа?
2. Каков химический состав звезд?
3. Каковы особенности звездного газа?
4. Какими свойствами обладает вещество большинства звезд?
5. Почему горячий ионизованный газ остается идеальным, даже при плотности в сотни раз более высокой, чем плотность воды?
6. По какой формуле находится среднее значение концентрации частиц в звезде?
7. По какой формуле определяется средняя масса частиц в звезде?
8. По какой формуле можно дать оценку давления газа?
9. Чему равно давление в средних слоях звезды?
10. Как проявляется равновесие звезд?
11. В каких двух случаях может высвобождаться энергия, заключенная в атомных ядрах?
12. Почему недра звезд представляют собой саморегулирующиеся термоядерные реакторы?
13. Как выглядит реакция превращения водорода в гелий?
14. Как рождаются элементы, которые тяжелее железа?
Читайте также: