Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Маленькие звезды тусклые и красные. Большие звезды — яркие, бело-голубые. Наше желтое Солнце находится в промежутке между ними. Если выбрать на небе некоторое количество звезд и для каждой нанести па график точку, откладывая но одной оси цвет, а но другой — светимость, то окажется, что большинство точек располагается вдоль диагональной прямой. Ее называют главной последовательностью. Точки, соответствующие гигантам и сверхгигантам, располагаются над главной последовательностью, а соответствующие белым карликам под ней. Теперь нам известно, что звезды, лежащие на главной последовательности, — это нормальные звезды, вроде Солнца, в ядрах которых происходит сгорание водорода.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Обычная звезда, такая, как Солнце, выделяет энергию за счет превращения водорода в гелий в ядерной печи, находящейся в самой се сердцевине. Солнце содержит огромное количество водорода, однако запасы его не бесконечны. За последние 5 миллиардов лет Со-лнпс уже израсходовало половину водородного топлива и сможет поддерживать свое существование в течение еще 5 миллиардов лет, прежде чем запасы водорода в его ядре иссякнут. А что потом?
После того как звезда израсходует водород, содержащийся в центральной ее части, внутри звезды происходят крупные перемены. Водород начинает перегорать не в центре, а в оболочке, которая увеличивается в размере, разбухает. В результате размер самой звезды резко возрастает, а температура ее поверхности надает. Именно этот процесс и порождает красных гигантов и сверх-гигантов. Он является частью той последовательности изменений, которая называется «звездной эволюцией» и которую проходят все звезды.
В конечном итоге все звезды стареют и умирают, но продолжительность каждой отдельной звезды определяется ее массой. Массивные звезды проносятся через спой жизненный цикл, заканчивая его эффектным взрывом. Звезды более скромных размеров, включая и Солнце, наоборот, в конце жизни сжимаются, превращаясь в исключительно плотные белые карлики. После чего они просто угасают.
В процессе превращения из красного гиганта в белый карлик звезда может сбросить свои наружные слои, как легкую газовую оболочку, обнажив при этом ядро. Газовая оболочка ярко светится под действием мощного излучения покинутой звезды, температура которой па поверхности может достигать 100 000"С. Когда такие светящиеся газовые пузыри были впервые обнаружены, они были названы планетарными туманностями, поскольку они часто выглядят как круги тина планетного диска, если пользоваться маленьким телескопом. На самом же деле они, конечно, не имеют с планетами нечего общего.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Все звезды в основе своей похожи на наше Солнце это огромные шары очень горячего светящегося газа, в самой глубине которых вырабатывается ядерная энергия. Но не все звезды в точности такие, как Солнце. Самос явное различие — это цвет. Есть звезды красноватые или голубоватые, а не желтые.
Кроме того, звезды различаются и по яркости, и но блеску. Насколько яркой выглядит звезда в небе, зависит не только от се истинной светимости, по также и от расстояния, отделяющего се от нас. С учетом расстоянии, яркость звезд меняется в широком диапазоне: от одной десятитысячной яркости Солнца до яркости более чем миллиона Солнц. Подавляющее большинство звезд, как оказалось, располагается ближе к тусклому краю этой шкалы. Солнце, которое во многих отношениях является типичной звездой, обладает гораздо большей светимостью, чем большинство других звезд. Невооруженным глазом можно увидеть очень небольшое количество слабых по своей природе звезд. В созвездиях нашего неба главное внимание привлекают к себе «сигнальные огни» необычных звезд, тех, что обладают очень большой светимостью.
Почему же звезды так сильно различаются по своей яркости? Оказывается, тут все зависит от массы звезды Количсстпо вещества, содержащееся в конкретной звезде, определяет ее цвет и блеск, а также то, как блеск меняется во времени. Минимальная величина массы, необходимая, чтобы звезда была звездой, составляет около одной двенадцатой массы Солнца. Если вещества меньше, то центр никогда не станет достаточно горячим, чтобы поддерживать протекание ядерных реакций. Объекты, масса которых находится в промежутке между одной сотой и одной двенадцатой массы Солнца, называются «коричневыми карликами»; они в течение короткого времени вырабатывают некоторое количество энергии, по стать настоящими зиездами не могут. Поскольку коричневые карлики не излучают спета, обнаружить их чрезвычайно сложно.
Что касается другого конца шкалы, то астрономам пока неясно, насколько тяжелы самые массивные звезды. Возможно, что лишь очень немногие из них превосходят Солнце по массе более, чем в 60 раз; вероятно, пи одна звезда не превосходит сто более, чем в 100 раз.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Наблюдая образующиеся в настоящее время звезды, мы можем получить некоторое представление о том, как возникло когда-то паше Солнце. Каким образом обзавелось оно целым семейством планет и имеются ли планетные системы у других звезд?
Когда протозпсзда сжимается, она образует диск из вещества, окружающий звезду. Часть вещества этого диска падает обратно на звезду, повинуясь силе тяготения. Газ и пыль, что остаются в диске, постепенно охлаждаются. Когда температура опускается достаточно низко, вещество диска начинает собираться в небольшие сгустки — точно так же, как при охлаждении водяной пар конденсируется из влажного воздуха в дождевые капли. Так возникают «пла-петезимали», строительные кирпичики планет.
В процессе формирования Солнечной системы часть плаигтсзималей разрушилась в результате столкновений, а другие объединились, чтобы образовать планеты. В наружной части Солнечной системы образовались большие планетные ядра, которые способны были удержать па себе некоторое количество газа в виде первичного облака. Так было положено начало образованию «газовых гигантов» Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. У них, по всей вероятности, возникли собственные мини-диски из газа и пыли, из которых в конце концов образовались луны и кольца.
Пока что нам не представилось возможности наблюдать планеты вокруг других звезд, поскольку наши телескопы просто недостаточно мощны для этого. Мы не смогли бы разглядеть даже самую большую планету, Юпитер, если бы она двигалась по орбите вокруг одной из ближайших к Солнцу звезд. Можно только искать «колебания» в движении звезд по небу, которые могли бы означать наличие планет, по никаких убедительных доказательств этого пока не найдено. При помощи космического телескопа «Хаббл» и новых наземных телескопов, находящихся сейчас в стадии разработки, нам, по-видимому, удастся все же увидеть, есть ли планеты у ближайших к нам звезд.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Звезда — это огромный шар горячего газа, который
удерживается как одно целое благодаря собственной
силе тяготения и разогревается ядерной энергией.
Большинство звезд существует миллиарды лет. Наряду
с планетами, звезды образуются из газовых облаков в
космическом пространстве. Хотя в подавляющем
большинстве звезды похожи на Солнце, среди них
существуют также и гиганты размером со всю Солнечную систему, и карлики величиной с Землю.
Звезды бывают новорожденными, молодыми, среднего возраста и старыми. Новые звезды постоянно образуются, а старые постоянно умирают. Самые молодые, которые называются звездами типа Т Тельца (по одной из звезд и созвездии Тельца), похожи па Солнце, но гораздо моложе ею. Фактически они все еще находятся и процессе формирования и являются примерами протозвезд (первичных звезд). Это переменные звезды, их светимость меняется, поскольку они еще не вышли па стационарный режим существования. Вокруг многих звезд типа Т Тельца имеются вращающиеся диски вещества; от таких звезд исходят мощные «ветры».
Энергия вещества, которое налает па протозвезду иод действием силы тяготения, превращается в тепло. В результате температура внутри протозиезды все время попытается. Когда центральная ее часть становится настолько горячей, что начинается ядерный синтез, протозвезда превращается в нормальную звезду. Как только начинаются ядерные реакции, у звезды появляется источник энергии, способный поддерживать се существование в течение очень долгого времени. Насколько долгого это зависит от размера звезды в начале этого процесса, но у звезды размером с наше Солнце топлива хватит на стабильное существование в течение примерно 10 миллиардов лет. Однако случается, что звезды, гораздо более массивные, чем Солнце, существуют всего несколько миллионов лет; причина в том, что они сжигают скос ядерное топливо с гораздо большей скоростью.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Каждую секунду Солнце перерабатывает около 600 млн т водорода, производя при этом примерно 4 млн т гелия. Сопоставляя такую скорость с массой Солнца, возникает вопрос: как долго просуществует наше светило?
Совершенно ясно, что Солнце не будет существовать вечно, хотя впереди у пето невероятно долгая жизнь. Сейчас оно находится в среднем возрасте. На переработку половины своего водородного топлива у пето унию 5 млрд лет. В грядущие годы Солнце будет медленно разогреваться и немного увеличиваться в размере. В течение следующих 5 млрд лет era температура и объем будут постепенно возрастать по мерс того, как водород будет сгорать. Когда весь водород в центральном ядре израсходуется, Солнце будет в три ра:и больше, чем теперь. Все океаны на Земле выкипят. Умирающее Солнце поглотит Землю и превратит твердую породу в расплавленную лаву.
В глубине Солнца ядра гелия будут комбинироваться, образуя ядра углерода и более тяжелых вечцеств. В конечном счете Солнце остынет, превратившись и шар ядерных отходов, так называемый белый карлик.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
До XX в. ученые представляли себе Солнце в виде пылающего огненного шара. В 1892 г. в одной книге утверждалось, что Солнце это мощная печь из жара и огня. По другой теории, существовавшей в XIX в.. Солнце горит благодаря падающим па него метеоритам. Обе эти идеи неверны. Наши сегодпян!-пие знания позволяют утверждать, что солнечная печь это огромный ядерный реактор.
Чтобы лучше попять устройство солнечной печи, представь себе для па-чала желтый поверхностный слой, где температура в четыре раза выше точки плавления железа. При такой температуре любое вещество испаряется, так что все Солнце - это огромный шар раскаленного газа.
Теперь будем продвигаться в 1лубь Солнца. По мере углубления как температура, так и давление будут постоянно возрастать. На всех уровнях внутри Солнца давление горячего газа, иы-талкивающего вещество наружу, в точности уравновешивается огромной силой тяготения, действующей в направлении центра. Ближе к ядру Солнца температура в 25 000 раз выше, чем на поверхности Совершенно невозможно себе представить, насколько это горячо, по написать нетрудно: 14 — 15 млн градусов.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Солнце состоит главным образом из водорода и гелия, самых легких химических элементов. Высокая температура в глубинах Солнца препятствует образованию обычных атомов. Вместо этого перемешанные между собой атомные ядра и электроны находятся там в полном беспорядке. (О химических элементах, атомах и атомных частицах подробнее рассказано на с. 20—21.) Ядра водорода представляют собой просто единичные протоны. Ядра гелия — это соединенные вместе дна протона и два нейтрона.
В условиях невероятно высокой температуры в центре Солнца атомные частицы движутся там с очень высокими скоростями и часто сталкиваются. Обычно при этом ничего не происходит. Но иногда два протона ударяются друг о друга с такой силой, что слипаются вместе и превращаются в нротонно-нейтропную пару (1). После этого они выделяют две частицы: крошечный нейтрино, пе имеющий ни массы, пи электрического заряда, но несущий энергию, и позитрон — частицу, подобную электрону, но с положительным электрическим зарядом.
Протопно-нсйтропная пара может затем соединиться еще с. одним протоном и образовать ядро легкого гелия, имеющее только один нейтрон вместо обычных двух (2).
И наконец, при столкновении двух ядер легкого гелия образуется устойчивое ядро гелия (3). При этом высвобождаются два липших протона.
Иначе говоря, Солнце может склеивать вместе четыре протона, образуя ядро гелия и одновременно выделяя огромное количество энергии. Масса четырех протонов немного — на 0,5 процента — меньше, чем масса ядра гелия. При исчезновении этой недостающей массы взамен создается энергия. Такие же или похожие реакции ядерного синтеза происходят во всех нормальных звездах.
Ученые надеются когда-нибудь овладеть ядерным синтезом, чтобы сделать производство ядерной энергии на Земле более безопасным и дешевым. В холе экспериментов в Европейской лаборатории ядерного синтеза, расположенной вблизи Оксфорда, в Великобритании, а также в других научных центрах ядерная энергия высвобождается в результате процессов, подобных тем, что происходят па Солнце. Целью ученых является использование этих знаний для того, чтобы спроектировать безопасный ядерный реактор, вырабатывающий электроэнергию. По сравнению с теми ядерными электростанциями, что мы имеем теперь, реактор, использующий гс же реакции, что и на Солнце, будет давать гораздо меньше ядерных отходов.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Количество солнечных пятен, которые можно увидеть, г течением времени меняется. В 1989-1990 гг. их было очень много, поскольку на этот период пришелся пик цикла солнечной активности. В среднем количество солнечных пягеп достигает своего максимума каждые 11 лет. В следующий раз плотность пятен будет наибольшей примерно в 2000 или 2001 г. В середине 1990-х гг. солнечных пятен будет относительно немного.
Цикл активности солнечных пятен, по всей видимости, имеет прямое отношение к климату па Земле. У некоторых деревьев, например, толщина годовых колец тоже имеет 11-легпий цикл. Между 1650 1715 гг. пятен на Солнце практически не было, солнечный цикл как будто совсем исчез. Это соответствует периоду исключительно холодной погоды в Европе.
Чтобы проверить воздействие 11-лст-нсго солнечного цикла на наш климат, па спутнике был установлен специальный прибор, когорый измерял количество энергии, произведенной Солнцем за период 1980 1989 гг. Каждый pan, когда па Солнце появлялось большое пятно, количество энергии, излучаемое Солнцем, падало. В 1990-х гг. проводятся новые серии наблюдений с космических кораблей. Ученые надеются, что эти измерения позволят ответить па вопрос, оказывают ли изменения солнечной активности долгосрочное воздействие на Землю скажем, содействуют ли они глобальному потеплению на пашей планете.
Posted Авг 04, 2009 under Солнце и звезды |
Когда потоки электрически заряженных частиц, порожденных солнечными вспышками, достигают Земли, они создают в нашем небе изумительные «занавеси» мерцающего спета, которые видны в приполярных областях и называются полярными сияниями. Пляшущие всполохи полярных сияний очень красивы, однако мощные взрывы па Солнце таят в себе и некую опасность. В течение нескольких секунд они выбрасывают больше энергии, чем произвели все земные электростанции за все время своего существования. Гигантская солнечная буря 1987 г. обошлась американцам в 100 миллионов долларов, повредив систему электроснабжения в Северной Америке Потоки электрически заряженных часгиц, летящих от Солнца, выводят из строя электростанции, разрушая их оборудование. Солнечные вспышки опасны и для космонавтов: не следует выходить и открытый космос, icoi/ia они происходят. Частицы, выбрасываемые вспышкой и несущие большую энергию, могут нанести вред организму человека.
Возникновение полярного сияния непредсказуемо и, следовательно, наблюдать его довольно трудно. Оно может иметь форму дуг, лучей и занавесей света в темпом небе, и никогда эти картины не повторяются. Очень важно, чтобы ночь была безлунной; кроме того, полярное сияние гораздо чаще можно увидеть на крайних северных или южных широтах — например, в Шотландии, Повой Шотландии (провинция Канады) и на Аляске - в северном полушарии, либо на Южном острове Новой Зеландии в южном полушарии. Полярные сияния вряд ли можно увидеть, когда на Солнце мало пятен.