Солнце — описание эволюции
На протяжении последних нескольких веков астрономы пришли к пониманию, что звезды огромны в своих размерах. Издалека, Солнце будет выглядеть так же, как и любая другая звезда — точка света. Как и у любой звезды, у Солнца есть срок жизни, рано или поздно Солнце прекратит свое существование. Осознание того, что Солнце является звездой, произвело переворот в астрономии. Изучая Солнце, как ближайшую звезду, ученые узнали общие свойства всех звезд. Наоборот, изучая звезды, во всем их многообразии, мы узнали о прошлом и будущем нашего Солнца.
Солнце – это жизнь для Земли
Важность Солнца для Земли является одной из основных причин изучения Солнца. Стимулом солнечной науки в начале этого века стали геологи. В начале этого века, они считали, что самые древние породы на Земле имеют возраст около 4 млрд. лет и, что Солнце так же имеет возраст 4,5 — 5 миллиардов лет. Возраст Солнца дал стимул к изучению источников энергии. Если бы Солнце, теоретически состояло из угля и кислорода, то оно бы сгорело в течение 20 000 лет.
Возникли три доказанные теории:
Во-первых, Солнце должно быть очень горячим и плотным, в центре, для поддержания своей массы.
Во-вторых, физики сравнили вес четырех атомов водорода и одного атома гелия. Водород и гелий состоит по существу из такого же количества субатомных частиц. Тем не менее, гелий имеет меньшую массу.
В-третьих, теория Альберта Эйнштейна доказала, что материя может быть преобразована в энергию (E = MC 2).
На первый взгляд, эти три теории могут показаться никак не связанными друг с другом.
Но на основании их сделан вывод, что источником энергии Солнца есть процесс, неизвестный ранее на Земле: ядерный синтез водорода в гелий. Глубоко в центре Солнца ядра водорода сжимаются или сливаются, в атомы гелия с выделением огромного количества энергии. Атом гелия имеет меньшую массу, чем водород и эта недостающая масса превращается в энергию. Небольшое количество водорода может производить огромное количество энергии — и именно поэтому атомные бомбы настолько разрушительны, и потому Солнце может сохранять сияние в течение миллиардов лет.
Как зародилось и возникло Солнце?
Ближайшим примером рождения звезд является Большая туманность Ориона, яркие звезды хорошо видны невооруженным глазом. Это звездные ясли – огромное облако холодного газа и пыли, которое превращается в сотни новых голубых звезд.
Постепенно газ и пыль концентрируется в куски, куски в образования сравнимые с планетой. Дальнейшее наращивание массы этого образования приводит к увеличению температуры внутри этого образования.
Когда температура в ядре достигает нескольких миллионов градусов, атомы водорода начинают сливаться вместе, начинается процесс ядерного синтеза и образуется звезда. Цепная реакция будет продолжаться в течение миллиардов лет. Внешнее давление, создаваемое этим ядерным синтезом, уравновешивается внутренним давлением силы тяжести.
В зависимости от размера первоначальный комок пыли и газа, в процессе рождения, может привести к образованию разного рода звезд. Небольшой кусок, протозвезда, у которой нет достаточной массы, температуры для начала ядерного синтеза называется — коричневый карлик.
Больший кусок материи становится большой звездой, настолько горячим и ярким, что он сжигает в себе все ядерное топливо за несколько десятков миллионов лет.
Средний кусок, становится средней звездой, таким как Солнце. Если бы Солнце было гораздо меньше, на Земле был бы темный, мертвый мир, если бы гораздо больше, и Земля пылала бы в огне.
К счастью для нас, Солнце имеет идеальный размер для поддержания жизни на Земле.
Изучая горные породы, ископаемые и антарктический лёд, ученые установили, что Солнце с течением времени изменяет свою интенсивность. Ученые установили, что Солнце будет существовать еще около 5 миллиардов лет.
Что произойдет, когда Солнце сожжет все ядерное топливо?
Солнце все равно будет иметь запасы водорода в слоях, окружающих ядро. За счет сжатия Солнца, вследствие угасания ядерных реакций нагреется внешняя оболочка, состоящая из водорода. Когда оболочка нагревается достаточно для превращения водорода в гелий, высвобождение энергии будет происходить там.
Источник энергии больше не будет плотным, массивным ядром, а будет находиться ближе к поверхности — и это расширит Солнце.
Радиус увеличится более чем в 30 раз, Солнце в этом случае становится красным гигантом, похожим на звезду Арктур, хотя и гораздо меньшим, чем сверхгигант Бетельгейзе в созвездии Ориона.
Красный гигант назван красным, потому что его температура от 9000 до 3000 градусов по Фаренгейту, это значительно меньше, чем у сегодняшнего Солнца. Эта стадия красного гиганта будет длиться около 2 млрд. лет.
Новые открытия в области звезд
Новые данные Европейского космического агентства вынудили экспертов урезать оценку размера красных звезд (красных гигантов). Теперь они считают, что Солнце не поглотит Землю, когда станет красным гигантом, как считалось ранее. Но это будет слабым утешением.
Красный гигант будет излучать на Землю в тысячу раз больше энергии, что сделает жизнь на планете невозможной. Красный гигант может растопить воды, которые сейчас заморожены на спутниках Юпитера и Сатурна. Человечество, если оно все еще будет существовать, может переместиться туда.
Что произойдет после того, как гелий израсходуется во внешней оболочке?
Произойдет схлопывание, опускание внешней оболочки на мертвое, но все еще горячее ядро Солнца, что сделает его более плотным. Это поднимает температуру ядра и вдруг, в считанные секунды – начнется термоядерная реакция.
Через 5 миллиардов лет после схлопывания.
Солнце должно изменять свою внутреннюю структуру снова и снова, в качестве источника энергии вновь становится ядро. Размер звезды будет меньше чем сейчас. Эта фаза длится еще 500 миллионов лет.
Термоядерная реакция в этот период менее эффективна.
Когда исчерпается гелий в ядре, Солнце вновь запустит термоядерную реакцию во внешних слоях. Снова расширится. На этот раз оно растет настолько сильно, что его внешний край будет иметь слабую гравитационную связь с ядром, едва сдерживая себя. Через 100 миллионов лет, все начнет разваливаться. Внешние слои Солнца, освобождаются от гравитационных сил ядра, и разлетаются во вселенной. В течение примерно 10 000 лет, эти слои будут распространяться в пространстве в форме огромной газовой сферы освещенной горячим еще ядром. Эти слои представляют собой «планетарную туманность», она называется так потому, что в небольшой телескоп газовое облако выглядит как диск планеты. Горячее ядро является теперь «белым карликом», звездным шлаком. В белом карлике не идут термоядерные процессы, оно светится потому, что еще горячее.
Следующее поколение звезд
Газовая сфера дрейфует и в конечном итоге собирается в новые облака, что бы стать частью следующего поколения звезд. Может быть, в один прекрасный день пепел Солнца превратится в другую звезду, что бы обогревать планеты с жизнью, а может быть, и нет.
Источник
Эволюция Солнца
Наше Солнце – типичный пример звезды, эволюционировавшей из звездной туманности 4,6 миллиарда лет назад. Но как выглядит рождение и развитие Солнца? Давайте внимательно изучим этапы солнечной эволюции.
Рождение и эволюция Солнца
Солнце и все ближайшие планеты начали свое существование в гигантском облаке молекулярного газа и пыли. Примерно 4,6 миллиарда лет назад это облако под воздействием внешних сил (гравитационного поля ближайших звезд или выброса энергии сверхновой) начало сжиматься. Во время сжатия внутренние силы газа и взаимодействие частиц пыли сформировали участки пространства с большей плотностью материи. Эти скопления позже дадут начало жизни бесчисленного количества звездных систем, в том числе и нашей.
В процессе сжатия скоплений из-за сил взаимодействия частиц наша будущая звезда начала вращаться. Центробежная сила создала большой шар материи в центре и плоский диск из пыли и газа ближе к краю новосозданной системы. Из центрального шара позже образуется Солнце, а из диска – планеты и астероиды. В течение первых ста тысяч лет после сжатия газового облака Солнце было коллапсирующей протозвездой. Это продолжалось пока температура и давление звезды не привели к воспламенению ее центральной части – ядра. С этого момента наша звезда превратилась в светило типа Т Тельца – очень активную звезду с сильным солнечным ветром. Со временем Солнце постепенно стабилизировалось и обрело свою теперешнюю форму. Так началась жизнь нашей ближайшей звезды, но это лишь первый этап эволюции Солнца.
Основной этап эволюции Солнца
Солнце в собственном развитии находится на основном этапе жизни, как и большинство звезд во Вселенной. В ее ядре ежесекундно 600 миллионов тонн водорода превращается в гелий и производится 4*1027 Ватт энергии. Этот процесс в ядре Солнца начался 4,6 миллиарда лет назад и не менялся с тех пор. Но запас гидрогена в звезде не безграничен: горючего светилу хватит еще на 7 миллиардов лет жизни.
Чем больше в звезде накапливается гелия, тем больше сгорает водорода. Следствием этого является больший выход энергии и увеличение яркости свечения. Вы едва ли заметите эти изменения в краткосрочной перспективе, но за последующий миллиард лет Солнце станет ярче на 10%. А это уже не обещает ничего хорошего Земле и другим планетам нашей системы.
Увеличение выхода энергии ядерного синтеза внутри Солнца за миллиард лет приведет к сильному парниковому эффекту на Земле, подобному тому, что происходит сейчас на Венере. Со временем влага, содержащаяся в атмосфере планеты, выветрится усиленным солнечным излучением.
Через 3,5 миллиарда лет Солнце будет ярче уже на 40%, чем сейчас. Температура на поверхности Земли увеличится настолько, что существование на ней жидкой воды станет невозможным. Океаны выкипят, и пар не задержится в атмосфере. Ледники растают, а снег останется лишь мифом давно забытых времен. Все условия для жизни на планете будут уничтожены безжалостным солнечным излучением. Наша голубая планета окончательно превратится в раскаленную высушенную Венеру.
Смерть звезды
Туманность Эскимос как наглядная картинка вероятной смерти нашего Солнца
Ничто не вечно. Это правило справедливо для всего: для нас, для нашего дома – Земли и для Солнца. Хоть конец Солнечной системы и не произойдет завтра и не выпадет на век кого-либо из живущих сегодня, когда-нибудь в далеком будущем звезда израсходует все топливо и отправится в последний путь, к забвению. Как же закончится развитие Солнца?
Примерно через 6 миллиардов лет Солнце израсходует все запасы водорода в ядре. После этого инертный гелий, накопившейся в ядре звезды, станет нестабильным и начнет коллапсировать под собственным весом. Вследствие этого ядро начнет нагреваться и уплотняться. Солнце начнет увеличивать свои размеры, пока не перейдет в стадию красного гиганта. Растущая звезда поглотит Меркурий, Венеру и, наверное, даже Землю. Но даже в случае, если наша планета уцелеет, жар от раскаленной звезды нагреет ее поверхность и превратит в настоящий ад для любой известной органической жизни.
Когда Солнце окончательно сгорит?
Последовательность ядерного синтеза внутри звезд
Смерть любой звезды, находящейся в стадии красного гиганта, не за горами. У Солнца будет еще достаточно температуры и давления, чтобы начать следующий этап ядерного синтеза: из гелия, который в этот раз будет топливом, синтезируется углерод. Этот этап займет около ста миллионов лет – до того момента, когда выгорит весь гелий. В конце оболочка станет нестабильной, и звезда начнет усиленно пульсировать. За весьма короткий промежуток времени эти пульсации выбросят в открытый космос большую часть атмосферы Солнца.
Когда от атмосферы недавнего гиганта ничего не останется, вместо большой и яркой звезды в пространстве повиснет белый карлик – небольшое, размером с Землю, светило из чистого карбона, по массе равное звезде. Алмаз размером с нашу планету будет еще долго светиться тепловым излучением, но этого недостаточно для ядерного синтеза. Со временем он остынет до температуры окружающей среды – пары градусов выше абсолютного нуля.
Так закончится жизнь нашего Солнца – одиноким алмазным постаментом.
Взорвется ли Солнце?
Крабовидная туманность — яркий пример остатка сверхновой
Нет ни одного реалистичного сценария, по которому Солнце бы взорвалось. Хоть нам она и кажется огромной, наша звезда невелика относительно невообразимо больших звезд, которыми полна Вселенная. Даже когда Солнце сжигает весь гидроген, она сначала растет, а потом уменьшается до размера небольшой планеты, медленно остывая триллионы лет.
Для того чтобы звезда взорвалась, ее масса должна значительно превышать массу Солнца. Если бы наша звезда была бы в десяток раз больше, тогда можно было бы говорить о взрыве. Сверхмассивные звезды после расходования водорода и гелия продолжают синтез более тяжелых элементов – вплоть до железа, синтез которого не сопровождается выделением энергии. Тогда внутреннее давление звезды, удерживавшее ее от воздействия гравитационных сил, исчезает, и звезда взрывается, выбрасывая в космос огромное количество энергии.
После взрыва от таких звезд остаются нейтронные звезды, которые быстро вращаются вокруг своей оси, или даже черные дыры.
Помните, масса Солнца слишком мала, чтобы когда-либо взорваться. И этого не произойдет, так что переживать не стоит.
Источник
Как образовалось наше Солнце?
Солнце. Звезда, дарующая нам тепло. И делающая возможной жизнь на этой планете. Как же появилось Солнце?
Исследуя Вселенную, астрономы могут наблюдать рождение и эволюцию звезд на многих этапах их «жизненного цикла». И судя по полученным данным можно сделать вывод, что Солнце родилось из большого коллапсирующего газового облака. Которое являлось частью какого-то огромного древнего межзвездного облака газа. Эта область пространства была «загрязнена» взрывом сверхновой за несколько миллионов лет до начала фазы коллапса. Откуда мы это знаем? Потому что на Земле, да и во всей Солнечной системе, в том числе в атмосфере Солнца, присутствуют элементы, которые могли родиться только в результате взрыва сверхновой. Это элементы, которые тяжелее железа.
Солнце из звездной пыли
Протозвездное облако сжималось миллионы лет. Так происходило до тех пор, пока не образовался вращающийся диск с большой центральной сферой. Из этого диска, в конечном итоге, сформировались планеты. А из центральной сферы, где находилась большая часть массы, образовалось Солнце. Мы видим такие вращающиеся газовые диски вокруг многих молодых звезд, рождающихся в туманностях.
Центральная сфера продолжала сжиматься под действием собственной гравитации. Так происходило до тех пор, пока глубоко внутри температура не стала очень высокой. Не менее нескольких миллионов градусов. При такой температуре атомы дейтерия вступили в реакцию со свободными протонами. И Солнце зажглось! Начался термоядерный цикл нашей звезды. Этот процесс привел к выделению колоссального количества энергии. Поскольку возник процесс, препятствующий гравитационному сжатию, последнее начало замедляться. И, в конечном итоге, Солнце перешло ко второй стадии своей жизни. Когда температура стала достаточно высокой, атомы водорода начали сливаться в атомы гелия. Так началась текущая эволюционная фаза Солнца…
Солнечный ветер
Поверхность Солнца стала очень активной. И произвела мощный ветер, который выдул весь оставшийся газ и пыль из окружающего Солнца газового диска. Кроме того, что уже успел осесть в телах образовавшихся планет. Этот ветер уничтожил также атмосферу всех внутренних планет. Однако те из них, что были вулканически активны, смогли восстановить свою атмосферу из выбрасываемых из недр газов.
От начала до конца всего описанного выше процесса прошло не так уж и много времени. По меркам Вселенной — сущий пустяк. Не более 10 миллионов лет!
Поэтому, друзья мои, чтобы создать наше Солнце и наши планеты, нужно было совсем немного — взрыв сверхновой, немного газа и чуть-чуть терпения.
Источник