Вік Сонця оцінюється більшістю астрофізиків приблизно в 4,59 мільярда років. Його відносять до середніх або навіть малим за величиною зірок - такі зірки існують довше, ніж їхні більші і швидко вигорає сестри. Сонце поки встигло витратити менше половини наявного в ньому водню: з частки в 70,6 відсотка від початкової маси сонячної речовини залишилося 36,3. В ході термоядерних реакцій водень усередині Сонця перетворюється в гелій.
Для того щоб пішла реакція термоядерного синтезу, необхідні висока температура і високий тиск. Ядра водню представляють собою протони - елементарні частинки з позитивним зарядом, між ними діє сила електростатичного відштовхування, що заважає їм зближуватися. Але всередині діють також значні сили всесвітнього тяжіння, які заважають протонам розлітатися. Навпаки, вони притискають протони настільки близько один до одного, що починається ядерний синтез. Частина протонів при цьому перетворюється в нейтрони, і сили електростатичного відштовхування слабшають; в результаті світність Сонця підвищується. За оцінками вчених, на початковому етапі існування Сонця його світність становила лише 70 відсотків від того, що воно випромінює сьогодні, і в наступні 6,5 мільярда років світність зірки буде тільки рости.
Втім, з цієї найпоширенішою і увійшла в підручники точкою зору продовжують сперечатися. І головною темою для спекуляцій служить саме хімічний склад сонячного ядра, про який можна судити тільки по дуже непрямими даними. В одній з конкуруючих теорій передбачається, що основним елементом в сонячному ядрі є зовсім не водень, а залізо, нікель, кисень, кремній і сірка. Легкі елементи - водень і гелій - присутні тільки на поверхні Сонця, і реакція синтезу полегшується завдяки великій кількості нейтронів, що випромінюються ядром.
Олівер Мануель (Oliver Manuel) розробив цю теорію в 1975 році і з тих пір намагається переконати наукове співтовариство в її справедливості. У нього є деяка кількість прихильників, але більшість астрофізиків вважають її повним абсурдом.
Фото: NASA and The Hubble Heritage Team (AURA / STScI)
Мінлива зірка V838 Єдинорога (V838 Monocerotis) розташована на краю нашої галактики. На цьому знімку зображена частина пилової оболонки зірки. Розмір цієї оболонки становить шість світлових років. Те світлове відлуння, яке видно зараз, запізнюється по відношенню до самої спалаху всього на два роки. Астрономи очікують, що світлове відлуння буде продовжувати висвічувати пилові околиці зірки V838 Mon в процесі розширення принаймні до кінця цього десятиліття.
Яка з теорій не була б справедлива, «сонячне пальне» рано чи пізно буде закінчуватися. Через нестачу водню термоядерні реакції почнуть припинятися, і рівновага між ними і силами тяжіння порушиться, чому зовнішні шари пригорнуться до ядра. Від стиснення концентрація залишився водню підвищиться, ядерні реакції посиляться, і ядро почне розширюватися. Загальноприйнята теорія передбачає, що у віці 7,5-8 мільярдів років (тобто через 4-5 мільярдів років) Сонце перетвориться на червоного гіганта: його діаметр збільшиться більш ніж в сто разів, так що орбіти перших трьох планет Сонячної системи опиняться всередині зірки . Ядро дуже гаряче, а температура оболонки гігантів невелика (близько 3000 градусів) - і тому червоного кольору.
Характерною особливістю червоного гіганта можна вважати те, що водень вже більше не може служити «пальним» для ядерних реакцій всередині нього. Тепер починає «горіти» вже гелій, що накопичився там у великих кількостях. При цьому утворюються нестійкі ізотопи берилію, які при бомбардуванні їх альфа-частками (тобто тими ж ядрами гелію) перетворюються в вуглець.
Саме на цьому життя на Землі, так і сама Земля, швидше за все, вже гарантовано припинить своє існування. Навіть тієї невисокої температури, яку на той момент буде мати сонячна периферія, вистачить, щоб наша планета повністю випарувалася.
Звичайно ж, людство в цілому, як кожна людина окремо, сподівається на вічне життя. Момент перетворення Сонця в червоного гіганта накладає на цю мрію певні обмеження: подібну катастрофу людству якщо і вдасться пережити, то тільки за межами своєї колиски. Але доречно тут нагадати, що один з найбільших фізиків сучасності Стівен Хокінг (Stephen Hawking) вже давно стверджує: момент, коли єдиним способом вижити для людства стане колонізація інших планет, вже майже настав. Внутріземнимі причини зроблять цю колиску неможливою для проживання набагато раніше, ніж щось погане станеться з Сонцем.
Давайте тут докладніше про терміни:
Маса = 1.99 * 1030 кг.
Діаметр = 1.392.000 км.
Абсолютна зоряна величина = +4.8
Спектральний клас = G2
Температура поверхні = 5800о До
Період обертання навколо осі = 25 год (полюса) -35 год (екватор)
Період обертання навколо центру галактики = 200.000.000 років
Відстань до центру галактики = 25000 світло. років
Швидкість руху навколо центру галактики = 230 км / сек.
Сонце. Зірка дала початок всьому живому в нашій системі, приблизно в 750 разів перевершує за масою всі інші тіла сонячної системи, тому все в нашій системі можна вважати звертаються навколо сонця, як загального центру мас.
Сонце - це сферично симетричний розпечений плазмовий кулю, що знаходиться в рівновазі. Воно, ймовірно, виникло разом з іншими тілами Сонячної системи з газопилової туманності приблизно 5 млрд. Років тому. На початку свого життя сонце, приблизно на 3/4 складалося з водню. Потім, через гравітаційного стиснення, температура і тиск в надрах настільки збільшилися, що мимовільно початку відбуватися термоядерна реакція, в ході якої водень перетворюватися в гелій. В результаті цього дуже сильно піднялася температура в центрі Сонця, (близько 15.000.000о К), а тиск в його надрах зросла настільки (1,5х105 кг / м3), що змогло зрівноважити силу тяжкості і зупинити гравітаційне стиснення. Так виникла сучасна структура Сонця.
Примітка: В зірці є гігантський резервуар гравітаційної енергії. Але черпати з нього енергію безкарно можна. Потрібно, щоб Сонце стискалося, причому воно повинно зменшуватися в 2 рази кожні 30 мільйонів років. Повний запас теплової енергії в зірці приблизно дорівнює її гравітаційної енергії з протилежним знаком, т. Е. Близько GM2 / R. Для Сонця теплова енергія дорівнює 4 * тисячі сорок-один Дж. Кожну секунду Сонце втрачає 4 * одна тисяча двадцять шість Дж. Запасу його теплової енергії вистачило б лише на 30 мільйонів років. Рятує термоядерний синтез - об'єднання легких елементів, сопровождающеесся гігантським енерговиділенням. Вперше на нього цей механізм, ще в 20-і роки 20-го століття, вказав англійський астрофізик А. Едінгтон, який зауважив що чотири ядра атома водню (протона) мають масу 6,69 * 10-27 кг, а ядро гелію - 6 , 65 * 10-27 кг. Дефект маси пояснюється теорією відносності. За формулою Ейнштейна повна енергія тіла пов'язана з масою співвідношенням E = Мс2. Енергія зв'язку в гелії на один нуклон більше, значить, глибше його потенційна яма і менше його повна енергія. Якщо якимось чином з 1 кг водню синтезувати гелій, виділиться енергія, рівна 6 * 1014 Дж. Це приблизно 1% повної енергії витраченого палива. Ось вам і резервуар енергії.
Сучасники, однак, скептично поставилися до гіпотези Едінгтон. За законами класичної механіки для зближення протонів на відстань близько радіусу дії ядерних сил необхідно подолати сили кулонівського відштовхування. Для цього їх енергія повинна перевищувати величину кулонівського бар'єру. Розрахунок показав, що для початку процесу термоядерного синтезу необхідна температура близько 5 млрд градусів, але температура в центрі Сонця приблизно в 300 разів менше. Таким чином, Сонце здавалося недостатньо гарячим для того, щоб в ньому був можливий синтез гелію.
Гіпотезу Едінгтон врятувала квантова механіка. У 1928 році молодий радянський фізик Г.А. Гамов виявив, що згідно з її законами частки можуть з певною ймовірністю просочуватися через потенційний бар'єр навіть в тому випадку, коли їх енергія нижче його висоти. Це явище отримало назву подбарьерного або тунельного переходу. (Останнє образно вказує на можливість опинитися по інший бік гори, чи не піднімаючись на її вершину.) За допомогою тунельних переходів Гамов пояснив закони радіоактивного a-розпаду і тим самим вперше довів застосовність квантової механіки до ядерних процесів (майже в той же час тунельні переходи були відкриті Р. Генрі і Е. Кондоном). Гамов звернув також увагу на те, що завдяки тунельним переходам зіштовхуються ядра можуть впритул зблизитися один з одним і вступити в ядерну реакцію при енергіях, менших величини кулонівського бар'єру. Це спонукало австрійського фізика Ф. Хоутерманс (якому Гамов розповів про свої роботи ще до їх публікації) і астронома Р. Аткінсона повернутися до ідеї Едінгтон про ядерне походження сонячної енергії. І хоча одночасне зіткнення чотирьох протонів і двох електронів з утворенням ядра гелію є вкрай малоймовірний процес. У 1939 році Г. Бете вдалося знайти ланцюжок (цикл) ядерних реакцій, що призводять до синтезу гелію. Каталізатором синтезу гелію в циклі Бете виступають ядра вуглецю C12, кількість яких залишається незмінним
Отже - реально в якості палива для зірок може служити тільки центральна їх частина з масою, що становить 10% повної маси. Підрахуємо, на скільки часу вистачить Сонця ядерного палива.
Повна енергія Сонця М * с2 = 1047 Дж, ядерна енергія (Еяд) становить приблизно 1%, т. Е. Тисяча сорок п'ять Дж, і з урахуванням того, що не всі речовина може згоріти, вийде 1044 Дж. Розділивши цю величину на світність Сонця 4 * 1026 Дж / c, отримаємо, що його ядерної енергії вистачить на 10 мільярдів років.
Взагалі маса зірки однозначно визначає її подальшу долю, так як ядерна енергія зірки Еяд ~ Мс2, а світність поводиться приблизно як L ~ М3. Час вигоряння називають ядерним часом; воно визначається як tяд = ~ Еяд / L = lO10 (M / MСолнца) -2 років.
Чим більша зірка, тим швидше вона себе спалює !. Співвідношення трьох характерних часів - динамічного, теплового та ядерного - визначає характер еволюції зірки. Те, що динамічний час багато менше теплового і ядерного, означає, що зірка завжди встигає прийти в гідростатичний рівновагу. А то, що теплове час менше ядерного, - що зірка встигає прийти і в теплову рівновагу, т. Е. В рівновагу між кількістю енергії, що виділяється в центрі в одиницю часу, і кількістю енергії, що випромінюється поверхнею зірки (світність зірки). В Сонце кожні 30 мільйонів років оновлюється запас теплової енергії. Але енергія в Сонце переноситься випромінюванням. Значить, фотонами. Фотон, народжений в термоядерної реакції в центрі, на поверхні з'являється через теплове час, ~ 30 мільйонів років). Фотон рухається зі швидкістю світла, але, вся справа в тому, що він, постійно поглощаясь і переізлучаясь, сильно заплутує свою траєкторію, так що її довжина стає рівною 30 мільйонам світлових років. За такий великий час випромінювання встигає прийти в теплову рівновагу з речовиною, за яким воно рухається. Тому спектр зірок і близький до спектру абсолютно чорного тіла. Якби джерела термоядерної енергії «вимкнулися» (подібно лампочці) сьогодні, то Сонце продовжувало б світити ще мільйони років.
Але навіть якщо пророцтвом Хокінга і його численних попередників і однодумців у всьому світі судилося збутися і людство відправиться на будівництво «позаземної цивілізації», доля Землі як і раніше буде хвилювати людей. Тому багато астрономів з особливим інтересом ставляться до зірок, схожим на Сонце по своїх параметрах, - особливо коли ці зірки перетворюються в червоних гігантів.
Так, група астрономів під керівництвом Сема Регланда (Sam Ragland) за допомогою інфрачервоної-оптичного комплексу з трьох об'єднаних телескопів Arizona's Infrared-Optical Telescope Array досліджувала зірки з масами від 0,75 до 3 мас Сонця, що наближаються до кінця своєї еволюції. Наближається кінець досить легко розпізнається по низької інтенсивності ліній водню в їх спектрах, і, навпаки, за високою - ліній гелію і вуглецю.
Баланс гравітаційних і електростатичних сил в таких зірках нестабільний, а водень і гелій всередині них чергуються як вид ядерного палива, що викликає зміни яскравості зірки з періодом близько 100 тисяч років. Багато такі зірки проводять заключні 200 тисяч років свого життя як змінні типу Світу. (Світу-змінні - це зірки, світність яких регулярно змінюється з періодом від 80 до 1 тисячі днів. Вони названі так по імені «родоначальниці» класу, зірки Миру в сузір'ї Кита).
Ілюстрація: Wayne Peterson / LCSE / University of Minnesota
Візуалізована модель червоного пульсуючого гіганта, створена в лабораторії обчислювальної науки і техніки Університету Мінессоти. Внутрішній вигляд ядра зірки: жовта і червона - області високих температур, синя і кольору морської хвилі - області низьких температур.
Саме в цьому класі відбулася досить несподіване відкриття: поблизу зірки V 391 в сузір'ї Пегаса виявилася екзопланета, раніше занурена в роздутий оболонку зірки. Якщо говорити більш точно, зірка V 391 пульсує, через що її радіус то збільшується, то зменшується. Планета, про виявлення якої група астрономів різних країн повідомила у вересневому номері журналу Nature, має масу, більш ніж втричі перевищує масу Юпітера, і радіус її орбіти в півтора рази більше відстані, що відокремлює Землю від Сонця.
Коли зірка V 391 проходила стадію червоного гіганта, її радіус досяг як мінімум трьох чвертей від радіуса орбіти. Однак до початку розширення зірки радіус орбіти, на якій знаходилася планета, був меншим. Результати цього відкриття залишають Землі шанс зберегтися після вибуху Сонця, хоча параметри орбіти, так і радіус самої планети швидше за все зміняться.
Аналогію дещо псує той факт, що ця планета, так само як і її материнська зірка, не надто схожі на Землю і Сонце. А головне, V 391 при перетворенні на червоного гіганта «скинула» значну частину своєї маси, що і «врятувало» планету; але це відбувається лише з двома відсотками гігантів. Хоча «скидання» зовнішніх оболонок з перетворенням червоного гіганта в поступово остигає білого карлика, оточеного розширюється газової + EN, не така вже й рідкість.
Занадто близька зустріч зі своєю зіркою - найочевидніша, але не єдина неприємність, яка очікує Землю з боку інших великих космічних тіл. Цілком ймовірно, що Сонце буде перетворюватися на червоного гіганта, вже покинув нашу галактику. Справа в тому, що наша галактика Чумацький Шлях і сусідня гігантська галактика Туманність Андромеди вже мільйони років перебувають в гравітаційній взаємодії, яке в підсумку приведе до того, що Андромеда «підтягне» до себе Чумацький Шлях, і він стане частиною цієї великої галактики. У нових умовах Земля стане зовсім іншою планетою, більш того, в результаті гравітаційної взаємодії Сонячна система, як і сотні інших систем, можуть бути буквально розірвані. Так як гравітаційне тяжіння Туманності Андромеди набагато сильніше гравітації Чумацького Шляху, останній наближається до неї зі швидкістю близько 120 км / с. За допомогою комп'ютерних моделей, виконаних з точністю до 2,6 мільйона об'єктів, вчені-астрономи визначили, що приблизно через 2 мільярди років галактики зблизяться, і сила тяжіння почне деформувати їх структури, утворюючи довгі притягуються хвости з пилу і газу, зірок і планет. Ще ж через 3 мільярди років галактики вступлять в безпосередній контакт, в результаті якого нова об'єднана галактика прийме еліптичну форму (обидві галактики на сьогодні вважаються спіральними).
Фото: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI)
На цьому знімку зафіксовано, як в районі сузір'я Великої пес дві спіральні галактики (велика має номер NGC 2207, маленька - IC 2163) проходять один повз одного, подібно величним кораблям. Приливні сили галактики NGC 2207 спотворили форму IC 2163, відкидаючи зірки і газ в потоки, що розтягуються на сотні тисяч світлових років (в правому кутку зображення).
Співробітники Гарвардсько-Смітсоніевского астрофізичного центру (The Harvard Smithsonian Center for Astrophysics) професор Аві Лоеб (Avi Loeb) і його учень Т. Дж. Кокс (TJ Cox) припустили, що, якби ми змогли спостерігати небо нашої планети через горезвісні 5 мільярдів років , то замість звичного нам Чумацького шляху - блідою смуги тьмяних мерехтливих крапок - ми б побачили мільярди нових яскравих зірок. При цьому наша Сонячна система перебувала б «на задвірках» нової галактики - приблизно в ста тисячах світлових років від її центру замість справжніх 25 тисяч світлових років. Втім, є й інші розрахунки: після повного злиття галактик Сонячна система може просунутися ближче до центру галактики (67000 світлових років), а може трапитися і так, що вона потрапить в «хвіст» - сполучна ланка між галактиками. І в останньому випадку через гравітаційного впливу знаходяться там планети будуть зруйновані.
Розглядати майбутнє Землі, Сонця, Сонячної системи в цілому і Чумацького Шляху стільки ж захоплююче, скільки і умовно-науково. Величезні відрізки часу прогнозів, недолік фактів і відносна слабкість технологій, а також в чималому ступені звичка сучасної людини мислити категоріями кінематографа і трилерів, впливають на те, що припущення про майбутнє більше схожі на наукову фантастику, тільки з особливим наголосом на перше слово.
[ джерела ]
джерело:
http://www.vokrugsveta.ru
http://www.kosmopoisk.nm.ru/3.htm
А ми з вами згадуємо, що таке екзопланети і побувайте Усередині космічного корабля Оригінал статті знаходиться на сайті ІнфоГлаз.рф Посилання на статтю, з якої зроблена ця копія - http://infoglaz.ru/?p=21313
Ru/?
