Поиск по сайту


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 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 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.


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!

Ваше имя:
Ваш комментарий:
Докажите, что Вы не робот!
Поставьте галочку или введите написанные символы:


Поиск по сайту

Опрос


Сколько времени Ваш ребенок находится дома один?



Посмотреть результаты

© 1999-2019, портал «Солнышко» solnet.ee Перепубликация материалов без письменного согласия редакции и авторов запрещена
solnet® — зарегистрированный товарный знак. Все права защищены и охраняются законом.
Лауреат конкурса Премия РунетаЛауреат национальной Интернет премииПобедитель конкурса Золотой сайт     Рейтинг@Mail.ru      

Сервер: fiber.ee