| Регистрация | / | ВХОД |
Астрономия без конца и края
Глава восьмая
Как живут звёзды
Удивительно, как много мы знаем о жизни звёзд, хотя находятся они невообразимо далеко. Даже до ближайшей звезды — Солнца — по земным меркам расстояние огромное: 150 миллионов километров. Что же говорить обо всех остальных, даже свет от которых идёт много лет!
Оказывается, многие звёзды очень похожи на наше центральное светило. Солнце — самая обычная звезда. Вот с неё мы и начнём.
Но сначала обратимся к истории планеты Земля. Её изучают геологи, палеонтологи и другие специалисты. Они стремятся проникнуть в недра планеты, достать изнутри то, что погребено под толщей горных пород. Петрологи изучают камни, палеонтологи — ископаемых животных и растения. И они помогают астрономам и астрофизикам.
Все их исследования единодушно утверждают, что светимость Солнца за последние четыре миллиарда лет практически не менялась: Земля получала всё это время одно и то же количество света и тепла.
Солнечная корона во время затмения
Учёные сделали вывод, что Солнце находится в состоянии равновесия, и все новые и старые данные говорят именно об этом.
Это равновесие называют гидростатическим, несмотря на то, что «гидро» происходит от древнегреческого слова «вода», которой на Солнце как раз и нет. Солнце — это газовый шар, как и почти все звёзды, и состоит, в основном, из водорода и гелия. Но равновесие всё равно называют гидростатическим, потому что его закономерности изучались на земной воде.
Равновесие Солнца держится на равном и противоположном действии двух процессов: стремления сил гравитации сжать его в малый комок и стремления раскалённого газа заполнить всё доступное ему пространство. Закон всемирного тяготения заставляет Солнце сжиматься: его наружные слои пытаются «упасть».
Но в центральной части Солнца — раскалённый газ. Он своим давлением и стремлением расшириться «подпирает» вышележащие слои, не даёт им обрушиваться вниз. И этот раскалённый газ не остывает, потому что его подогревает энергия, выделяющаяся в термоядерном синтезе, самом эффективном в природе способе получения тепла.
Если Солнце немного сожмётся, то температура и давление в его сердцевине подрастут, что ускорит термоядерные реакции, выделившаяся дополнительная энергия ещё увеличит температуру и давление и Солнце расширится до прежней величины.
Если, наоборот, наша звезда немного увеличится в размерах, то в её середине уменьшатся температура и давление, замедлятся термоядерные реакции, температура ещё сильнее упадёт и Солнце с помощью гравитации сожмётся обратно.
Вот так и регулируется гидростатическое равновесие.
В центре Солнца температура составляет около 15 миллионов градусов. При такой высокой температуре газ становится плазмой, которую иногда называют четвёртым состоянием вещества (наряду с твёрдым, жидким и газообразным). Это не совсем верно, однако это, действительно, особое состояние. Реакции термоядерного синтеза открыты не так давно, менее ста лет назад. Суть их очень проста: при слиянии двух лёгких ядер в одно может выделяться энергия (синтез и означает «соединение», «слияние»). Одна из цепочек синтеза, работающих на Солнце, называется протон-протонным циклом.
Ядром атома водорода, которого на Солнце очень много, как раз и является одна частица — протон. Суть этого цикла (чаще всего он включает в себя три стадии) состоит в том, что четыре протона (то есть четыре ядра водорода) объединяются в одно ядро гелия. При этом выделяется энергия в виде света и тепла, позитроны и нейтрино.
Ядро атома гелия состоит из четырёх частиц: двух протонов и двух нейтронов. Это второе по лёгкости вещество во Вселенной.
Схема протон-протонного цикла*. Рисунок автора
*На счёт «раз!» две пары протонов (1-2 и 3-4) образуют два ядра дейтерия (один из протонов каждой пары превращается в нейтрон); на счёт «два!» каждое из ядер дейтерия с помощью дополнительного протона становится ядром «лёгкого» гелия; на счёт «три!» два ядра «лёгкого» гелия избавляются от «лишних» протонов и объединяются в ядро гелия.
Интересно, что гелий был открыт именно на Солнце и имя своё получил от древнегреческого бога Гелиоса — бога Солнца. В протон-протонном цикле два протона остаются, а два превращаются в нейтроны. Благодаря этому превращению появляются дополнительные частицы — позитроны, нейтрино — довольно редкие на Земле. Реакции термоядерного синтеза идут в центре Солнца с постоянной скоростью вот уже более четырёх миллиардов лет, обеспечивая стабильность условий для жизни на нашей планете.
Но эти же реакции изменяют состав Солнца: всё меньше становится водорода, всё больше — гелия. Примерно через пять миллиардов лет весь водород в центральной части Солнца «выгорит», то есть превратится в гелий. Перестанет работать источник, подогревающий его недра. Тогда нарушится гидростатическое равновесие и гравитационное сжатие стиснет центральную часть в значительно более плотный шар. Температура при этом возрастёт, и при некоторой степени сжатия запустятся другие цепочки термоядерного синтеза, в которых исходными элементами будут ядра гелия, а конечными — ядра углерода, и установится новое равновесие.
Этот процесс запускается при температуре около 150 миллионов градусов: из трёх ядер гелия образуется одно ядро углерода, в котором шесть протонов и шесть нейтронов, и выделяется значительная энергия. При этом внешние оболочки звезды, где будет «догорать» водород, наоборот, «распухнут». Солнце станет красным гигантом. Для нашего светила это — далёкое будущее. А есть звёзды, которые сейчас являются красными гигантами, например, Арктур в созвездии Волопаса или Альдебаран в созвездии Тельца. В этом состоянии гигант будет пребывать, пока не «выгорит» весь гелий в его ядре. Тогда равновесие опять нарушится, гравитация ещё сожмёт звезду.
Так может происходить несколько раз: сжатие, повышение температуры и запуск термоядерного синтеза всё более и более тяжёлых элементов. Но мир устроен так, что после синтеза железа уже невозможно извлекать энергию из слияния ядер. (Ядра химических элементов тяжелее железа получаются не с выделением энергии, а, наоборот, с поглощением.) Поэтому в далёком будущем наше жёлтое Солнце, пройдя стадию красного гиганта, станет белым карликом и, постепенно остывая, превратится в чёрного, то есть невидимого, карлика.
Но такая судьба уготована не всем. Звёзды, более массивные, чем Солнце, могут превратиться в нейтронную звезду (пульсар) или чёрную дыру. И происходит это во время грандиозного явления, которое называют вспышкой сверхновой.
Вопросы для вдумчивого читателя
1. Как называется ближайшая к нам звезда?
2. Кто помогает астрономам изучать Солнце?
3. Из чего сделано большинство звёзд?
4. Что является источником энергии Солнца?
5. А какая примерно температура в центре Солнца?
6. Во что превратится Солнце, когда в его центральной части закончится водород?
© Автор текстов, заданий, рисунков: Антонина Лукьянова,
специально для портала «Солнышко» — solnet.ee,
опубликовано 13 ноября 2020 г.
специально для портала «Солнышко» — solnet.ee,
опубликовано 13 ноября 2020 г.
Комментарии к публикации
Астрономия без конца и края
28.09.2020, 10:05
Наталья
Спасибо за новую рубрику! Будем с дочкой читать.
09.10.2020, 10:19
Inessa
Ochen poznavatelno. Spasibo, chto pomogaete razvivat detei!
30.10.2020, 12:09
Инна
Очень познавательно. Спасибо!
23.11.2020, 10:31
Валентина
Очень интересно, доступно, познавательно. Большое спасибо!
08.12.2020, 09:04
Валентина
Ещё раз убедилась, что рубрика "Астрономия без конца и края" очень познавательная и полезнп не только для детей, но и для взрослых читателей
11.12.2020, 18:19
Редактор портала «Солнышко»
Наталья, Инесса, Инна, Валентина, спасибо за отклики! Нам очень важна обратная связь с читателями!
06.01.2021, 17:48
Алена
Очень интересно
15.01.2021, 12:45
Людмила
Дочери очень понравилась викторина. С удовольствием отвечала на вопросы. Узнали много новой информации. Хотим чаще подобные викторины!
16.01.2021, 10:09
Светлана
Спасибо большое за книгу, викторину и кроссворды! Очень интересно и познавательно!
16.01.2021, 10:25
Елена :)
Не только детям, но и взрослым интересно :) Спасибо!
18.01.2021, 09:21
Валентина
Большое спасибо за очень увлекательную книгу, за интересные викторину "Астрономия без конца и края" и кроссворд "Небесные тела".
19.01.2021, 23:31
КСЕНИЯ
спасибо за познавательную книгу! викторина супер!
24.01.2021, 11:53
Валентина
Спасибо за второй кроссворд по астрономии "Великие имена", очень интересный и позновательн.
Оставить свой комментарий