Что является топливом для звезд во вселенной

Звезды всегда интересовали людей, вероятно, с того момента, как наш самый ранний предок вышел наружу и посмотрел на ночное небо. Мы все еще выходим ночью, когда можем, и смотрим вверх, размышляя об этих мерцающих объектах. С научной точки зрения, они являются основой науки астрономии, которая является изучением звезд (и их галактик). Звезды играют выдающуюся роль в научно-фантастических фильмах, телешоу и видеоиграх в качестве фонов для приключенческих рассказов. Итак, что же это за мерцающие точки света, которые, кажется, расположены в виде узоров на ночном небе?

Звезды в Галактике

Есть тысячи звезд, видимых нам с Земли, особенно если мы проводим наши наблюдения в действительно темной области обзора неба). Однако в одном Млечном Пути их сотни миллионов, и не все они видны людям на Земле. Млечный Путь является не только домом для всех этих звезд, он содержит «звездные питомники», где новорожденные звезды вылупляются в облаках газа и пыли.

Все звезды очень, очень далеко, кроме Солнца. Остальные находятся за пределами нашей солнечной системы. Ближайший к нам называется Проксима Центавра и находится на расстоянии 4,2 световых года.

Большинство наблюдателей, которые наблюдали некоторое время, начинают замечать, что некоторые звезды ярче других. Многие также, кажется, имеют слабый цвет. Некоторые выглядят голубыми, другие белыми, а третьи — слегка желтыми или красноватыми оттенками. Есть много разных типов звезд во вселенной.

Солнце — это звезда

Мы греемся в свете звезды — Солнца. Он отличается от планет, которые очень малы по сравнению с Солнцем и обычно состоят из камня (например, Земли и Марса) или холодных газов (например, Юпитера и Сатурна). Поняв, как работает Солнце, астрономы могут глубже понять, как работают все звезды. И наоборот, если они изучают много других звезд на протяжении всей своей жизни, можно выяснить и будущее нашей собственной звезды.

Как работают звезды

Как и все другие звезды во вселенной, Солнце представляет собой огромную, яркую сферу из горячего, светящегося газа, скрепленного собственной гравитацией. Он живет в Галактике Млечный Путь вместе с примерно 400 миллиардами других звезд. Все они работают по одному и тому же основному принципу: они объединяют атомы в своих ядрах, создавая тепло и свет. Так работает звезда.

Для Солнца это означает, что атомы водорода сбиваются друг с другом при высокой температуре и давлении. В результате получается атом гелия. Этот процесс синтеза выделяет тепло и свет. Этот процесс называется «звездным нуклеосинтезом» и является источником многих элементов во вселенной, более тяжелых, чем водород и гелий. Таким образом, от звезд, подобных Солнцу, будущая вселенная получит такие элементы, как углерод, которые она будет вырабатывать по мере старения.Очень «тяжелые» элементы, такие как золото или железо, образуются в более массивных звездах, когда они умирают, или даже в катастрофических столкновениях нейтронных звезд.

Как звезда делает этот «звездный нуклеосинтез» и не взрывает себя в процессе? Ответ: гидростатическое равновесие. Это означает, что гравитация массы звезды (которая притягивает газы внутрь) уравновешивается внешним давлением тепла и света — давлением излучения, создаваемым ядерным синтезом, происходящим в ядре.

Этот синтез является естественным процессом и требует огромного количества энергии, чтобы инициировать реакции синтеза, достаточные для уравновешивания силы тяжести в звезде. Ядро звезды должно достичь температуры, превышающей около 10 миллионов Кельвинов, чтобы начать синтезировать водород. Наше Солнце, например, имеет температуру ядра около 15 миллионов Кельвинов.

Звезда, которая потребляет водород для образования гелия, называется звездой «главной последовательности», в то время как она является водородосодержащим объектом. Когда он израсходует все свое топливо, ядро ​​сжимается, потому что внешнего радиационного давления больше не достаточно, чтобы уравновесить гравитационную силу. Температура ядра повышается (потому что он сжимается), и это дает ему достаточно «омфы», чтобы начать сплавление атомов гелия в углерод. В этот момент звезда становится красным гигантом. Позже, когда у нее кончаются топливо и энергия, звезда сжимается и становится белым карликом.

Как умирают звезды

Следующая фаза в эволюции звезды зависит от ее массы, потому что это определяет, как она закончится. Звезда с низкой массой, как наше Солнце, имеет судьбу, отличную от звезд с более высокими массами. Он взорвет свои внешние слои, создав планетарную туманность с белым карликом посередине. Астрономы изучили множество других звезд, которые подверглись этому процессу, что позволяет им лучше понять, как Солнце покончит с жизнью через несколько миллиардов лет.

Звезды с большой массой, однако, во многом отличаются от Солнца. Они живут короткими жизнями и оставляют после себя великолепные останки. Когда они взрываются как сверхновые, они взрывают свои элементы в космос. Лучший пример сверхновой звезды — Крабовидная туманность в Тельце. Ядро исходной звезды осталось позади, так как остальная часть ее материала взорвана в космос. В конце концов, ядро ​​может сжаться, чтобы стать нейтронной звездой или черной дырой.

Звезды связывают нас с космосом

Звезды существуют в миллиардах галактик по всей вселенной. Они являются важной частью эволюции космоса. Они были первыми объектами, сформировавшимися более 13 миллиардов лет назад, и они включали в себя самые ранние галактики. Когда они умерли, они преобразовали ранний космос. Это потому, что все те элементы, которые они образуют в своих ядрах, возвращаются в космос, когда умирают звезды. И эти элементы в конечном итоге объединяются, образуя новые звезды, планеты и даже жизнь! Вот почему астрономы часто говорят, что мы сделаны из «звездных вещей».

Источник

Почему звезды светятся и откуда берется их энергия?

За счет чего Солнце получает энергию для горения и насколько её хватит?

Где звезды берут энергию и чем “питается” Солнце?

За счет чего звезды расходуют такие чудовищные количества энергии? Чем “питается” само Солнце? Не смотря на гигантские размеры звезд, их энергия должна пополняться, ибо «вечного двигателя» в природе не существует.

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.

Источник

Звезда, гори: за счет чего светят звезды

Звезда – огромный ком раскаленного газа, способный гореть миллионы-миллиарды лет. Что же так долго может поддерживать ее светимость, выделение энергии? Изучим вопрос.

1. Зоопарк звезд

Яркие точки на небосводе – сплошь звезды. Они могут объединяться в скопления, галактики. Но все-равно 90 % видимого вещества – это звезды. Есть еще газ, пыль, планеты – но их значительно меньше.

Изучать их стали еще в древности, но более-менее осмысленно понимать их сущность – в начале 20 века. Звезды можно классифицировать по температурам (от голубых раскаленных до красных и бурых «охлажденных»), светимости, размеру, плотности.

На 99% все они состоят из водорода и гелия, которые горят, испуская тепло и свет. Но так считали не всегда. Буквально 100-150 лет назад они представлялись иначе.

2. Химия

Исследователей интересовал вопрос: что и как долго способно поддерживать светило на плаву. Ученым 19 века было ясно, что Солнце горит. И они нашли своё пояснение процессу.

Так как химические реакции были уже хорошо изучены, то стали предполагать, что может хорошо и беспроблемно гореть. Выдвинули идею, что горит углерод (в виде угля или нефти) за счет взаимодействия с кислородом. Выделяемый при этом углекислый газ служит источником тепла и света. Буквально, как костер, который вы можете разжечь у себя в огороде. Следовательно, Солнце, как и другие звезды, состоят из С и О.

Стали подсчитывать. Масса светила была известна, оставалось найти время. Оценки были очень радостными, так как совпали с Библейскими описаниями. Оказывалось, Солнцу где-то 3-6 тыс. лет. Религиозные писания как раз об этом и говорили: наш мир был создан несколько тысяч лет назад.

Но счастье было не долгим.

3. Геология

Уже в середине того же 19 века геологи, сначала скромно, а потом всё громче, начали противиться такому малому возрасту родительской звезды. По их оценкам, осадочные породы в земле и водоемах не могут столь быстро образоваться. Для этого потребуется несколько миллионов лет.

Ученые стали в ступор. Но не отчаялись. Вспомнили о гравитации. Раз тела падают на землю, а удар этот вызывает нагревание, в результате которого выделяется тепло, следовательно, на Солнце все происходит аналогичным образом.

Начали искать, что же падает на наше светило. Уже в то время было известно о наличии больших пылевых облаков, которые имеются везде в Космосе. Может быть, эти частички и греют звезду? Оказалось, что их маловато.

Источник