Когда погаснет Солнце? Астрономия для чайников
Родина нашей планеты – Солнечная система. Земля – третья планета от нашей ближайшей звезды, желтого карлика по имени Солнце. В нашей планетарной системе всего одна звезда, что нельзя назвать редкостью, но современные исследования показывают, что звездам «комфортнее» в паре, а то и целой группе, вращающихся звезд вокруг общего центра масс.
Что такое наше Солнце? Она относится к распространённому типу звезд, и не имеет выдающейся массы среди наблюдаемых соседей. Считается, что наша звезда в «самом расцвете сил», в середине своего жизненного цикла. Ей около 5 миллиардов лет. Если принять за аксиому, что Вселенная возникла 14 миллиардов лет назад, то Солнце сформировалось через 9 миллиардов лет после Большого взрыва.
Активная звезда, внутри нее происходят термоядерные реакции, то есть превращение водорода в гелий, в результате выделяется огромное количество энергии, которое и обеспечивает жизнь на нашей планете. Находится примерно в 150 миллионах километров от Земли. Диаметр звезды 1,4 миллиона километров, масса около 2 на 10 в 30 степени килограммов. Это много для человека, а для Вселенной, это весьма средние и даже низкие показатели. Что бы представить такую массу, скажу, что она почти 333 тысячи раз больше земной.
Как устроено солнце? Звезда имеет ядро диаметром менее 200 тысяч километров, именно внутри ядра при температуре 14 миллионов градусов Кельвина и идет термоядерная реакция. Дальше идут зоны лучистого переноса, где излученные ядром фотоны многократно переизлучаются в разных направлениях. Кстати, поэтому, время которое затрачивают фотоны до выхода из зоны составляет в среднем около 170 тысяч лет, но некоторые не могут перейти в следующую зону и миллионы лет.
Следующая зона называется «Конвективная». В ней переизлучение уже не возможно, и возникает вихревое перемешивание плазмы, как в скоростном миксере. Достигая внешней оболочки она охлаждается, отдавая энергию, поступает глубже, опять нагреваясь. И так постоянно идет перемешивание. Как теплый воздух от батареи в квартире постоянно перемешивается с холодным.
Далее идет уже, так называемая, атмосфера Солнца, она достаточно тонкая не более сотен километров. Состоит из фотосферы и хромосферы. Что бы не запутывать читателя, скажу, что основное излучение нашей звезды исходит из фотосферы. Атмосфера и определяет внешний размер светила. Она конечно не ровная, из нее постоянно извергаются протуберанцы и прочие энергитические выбросы. Область этих явлений составляет Солнечную корону. Обычно ее не видно, но при полном солнечном затмении она огромна и очень эффектна.
Человечество постоянно изучает нашу звезду. На солнечной орбите много спутников, ученые получают огромное количество информации. Фотографии, сведения о солнечном активности в разных областях электромагнитного спектра. Звезда излучает огромное количество энергии, солнечного ветра, обладает мощными магнитными полями. Конечно, отправить станцию на поверхность Солнца невозможно, она погибнет задолго до пункта назначения. Однако, звезду можно изучать довольно близко, внутри орбиты Меркурия.
Что будет происходить с нашей звездой в дальнейшем? Мы думаем, что Солнце пройдет стандартные этапы эволюции для звезд такого типа. Почему я использовал слово «думаем»? Потому, что в самом начальном этапе изменений, жизнь на Земле будет невозможна. Где-то через миллиард лет, светимость Солнца повысится на 11% и возникнет сильный парниковый эффект на Земле, но живые существа могут остаться в океанах.
Запасы топлива для термоядерных реакций внутри звезды не бесконечны. Постепенно количество водорода будет уменьшаться, Солнце будет увеличивать свою температуру и светимость. Через 3,5 миллиарда лет Солнце станет ярче сегодняшнего на 40% и условия на нашей планете будут напоминать венерианские. Горючее будет расходоваться, внешний диаметр звезды увеличиваться, а ядро сжиматься. Через 6,5 миллиардов лет водород в ядре почти закончится и Солнце, увеличившись в полтора раза, станет ярче в два раза чем сейчас.
Примерно через 8 миллиардов лет Солнце разогреется настолько, что запустится термоядерная реакция во внешних оболочках, а в ядре практически прекратиться. По своему размеру светило достигнет орбиты Земли и превратиться в Красного гиганта. Погибнет ли Земля на этом этапе, поглотит ли ее Солнце? Однозначно сказать нельзя. К этому моменту звезда потеряет часть своей массы и из-за ослабления гравитации наша планета перейдет на более дальнюю орбиту. Однако, скорость вращения Солнца уменьшится и увеличатся приливные явления. И если Земля не «упадет» на звезду, то все с ее поверхности будет сорвано, и атмосфера и океаны. Планета станет безжизненной, и скорее всего Солнцу удастся поглотить ее. Другими словами, Земля погибнет через 8 миллиардов лет или чуть раньше.
Еще несколько сотен миллионов лет Солнце будет дожигать остатки топлива, а когда температура ядра достигнет сто миллионов по шкале Кельвина, начнутся вспышки гелия. В итоге за счет термических пульсаций оболочка нашей звезды будет сорвана, а внутри образуется очень яркий Белый карлик, но размером не больше Земли. И еще миллиарды лет карлик будет остывать и гаснуть, что типично для звезд такого класса.
Почему, сжимаясь, Солнце не взорвется сверхновой? Все очень просто. Его массы просто недостаточно. Ее будущее — Белый карлик, окруженный остатками собственной оболочки, которая превратиться в планетарную туманность.
Источник
Как и когда погаснет Солнце
Солнце одна из сотен миллиардов звёзд галактики Млечный Путь. Звёзды различаются по размерам, светимости, массивности. Существуют красные гиганты, коричневые карлики, нейтронные звёзды и другие.
Наша звезда относится к категории жёлтых карликов. Вот только карликом будет не всегда. Солнцу предстоит пройти несколько этапов перед тем, как оно окончательно погаснет.
Эволюция Солнца
В настоящее время возраст Солнца составляет 4,6 миллиарда лет. Состоит из 73% водорода, 25% гелия, остальные 2% более тяжёлые элементы. Каждую секунду теряет 4 миллиона тонн собственной массы в виде энергии, которая рассеивается в Космос. Часть энергии, одна миллиардная , попадает на Землю в качестве тепла, тем самым поддерживая жизнь.
Солнце расходует себя из-за термоядерных реакций, протекающих в недрах жёлтого карлика. При температуре свыше 10 миллионов градусов и невероятно высоком давлении, больше 1 миллиона атмосфер, водород
синтезируется (слияние) в гелий.
Интересный факт, что освободившаяся энергия при образовании гелия идёт на подогрев ядра Солнца и на саму Солнечную систему. Только энергия проходит путь от недр до внешней оболочки за 170 000 лет.
Сейчас Солнце находится в состоянии среднего жизненного цикла. По сравнению с младенческими годами, на 30% ярче. Через 1 миллиард лет светимость увеличится ещё на 10%.
К тому времени жизнь на Земле станет невыносимой. Температура поднимется на 40 градусов, что спровоцирует парниковый эффект. Будет подобие Венеры, температура которой 460°С. Ведь Венера ближе к Солнцу всего лишь на 30%.
В ядерной реакции участвует только водород, содержащийся в ядре (2% из 73). Когда он выгорит, в ядре останется гелий, но это произойдёт через 5 миллиардов лет. В возрасте 9,5 миллиарда лет яркость увеличится ещё на 50%, температура недр Солнца вырастит на несколько миллионов.
Превращение в красного гиганта
С повышенной температурой начнёт гореть водород в зоне лучистого переноса энергии , которая ближе всех к ядру. Из-за чего Солнце начнёт быстро расширяться, только внешняя оболочка охладится с 5500°С до 3000°С. На этом этапе жёлтый карлик начнёт превращаться в красного гиганта.
Вместо водорода в ядре продолжится термоядерная реакция гелия с превращением в углерод. Само ядро начнёт сжиматься, а остальная часть Солнца расширяться, поглощая Меркурий, Венеру. Атмосфера Солнца доберётся до Земли. В этот момент Земля полностью сгорит.
Красные гиганты живут недолго,
100 миллионов лет . Когда весь гелий в ядре сгорит, из-за отсутствия удерживающей взрывной волны, остальная часть Солнца под силами гравитации начнёт сжиматься. В общем, Солнце уже будет легче на 20%. В ядре снова окажется образовавшийся гелий от внутренней части Солнца и также вступит в ядерную реакцию. Процесс сжатия расширения пройдёт несколько раз.
Следующим этапом красного гиганта станет то, когда внешняя часть будет слабо связана гравитационными силами с ядром. Вдобавок, взрывным реакциям ядра достаточно будет «заставить» разнести внешнюю оболочку в космическое пространство. Ниже короткая анимация жизненного цикла Солнца с настоящего времени.
Появится рассеивающая планетарная туманность . Останется только ядро, состоящее из кристаллического углерода или алмаза. Из красного гиганта Солнце станет белым карликом, светимость которого в 500 раз меньше желтого карлика. Размерами белый карлик будет как Земля. Но настолько плотный и массивный, что тяжелее такого шарика может быть только нейтронная звезда или чёрная дыра.
Температура поверхности белого карлика составит 100 000 °С . Так как больше нечему гореть, то постепенно начнёт остывать. Лишь через 10 квадриллионов лет температура приблизится к минус 269 °С, превратившись в чёрного карлика.
Понравилась статья, подписывайтесь на канал, ставьте лайк, делитесь информацией в социальных сетях. Дальше будет интереснее!
Источник
Можно ли обогнать солнце? То есть ехать с такой скоростью, чтобы солнце оказалось не впереди, а сзади?
С какой стороны солнце?
Если солнце впереди и мы его пытаемся обогнать, значит, мы едем на закат, то есть на запад.
Потому что если солнце на востоке, никуда двигаться вообще не надо: солнце само уйдет нам за спину, надо только подождать вечера. А если солнце на юге (или на севере, если мы в южном полушарии), оно будет уходить от нас вбок. Конечно, оно и в этом случае рано или поздно окажется у нас за спиной, даже если мы будем просто стоять. Но, во-первых, это случится уже ночью, когда его не будет видно, и, во-вторых, вряд ли можно будет сказать, что мы его обогнали.
Гонимся за солнцем
Итак, солнце на западе, мы бежим за ним тоже на запад. С какой скоростью нам надо бежать, чтобы оно не садилось, а поднималось всё выше и, наконец, оказалось на востоке?
Прежде всего, мы должны обогнать, конечно, не Солнце, а Землю. Это из-за вращения Земли вокруг своей оси меняются день и ночь и диск солнца движется по небосводу. Чтобы солнце оставалось на месте, нам надо двигаться с той же скоростью, с какой вращается Земля. Чтобы обогнать солнце, надо двигаться хотя бы немного быстрее.
А какова скорость вращения Земли? Однозначого ответа в километрах в час или в метрах в секунду не существует. Земля делает один оборот за сутки, т. е. за 24 часа. Значит, каждая точка на ее поверхности за 24 часа «пробегает» длину своей параллели. Покрутите глобус. Точки на экваторе (самом длинной параллели) будут двигаться намного быстрее, чем точки у полюса, где параллель гораздо короче. А сами полюса просто останутся на месте.
Так насколько быстро надо бежать?
Это сильно зависит от широты (т. е. от близости к экватору), но в любом случае придется поднажать.
Длина экватора — чуть больше 40 тысяч километров. Значит, каждая точка на экваторе «пробегает» за сутки примерно 40 000 км, а за час — 40 000 : 24, т. е. около 1700 километров. Чтобы обогнать солнце на экваторе, надо двигаться со скоростью от 1700 км/час. Это почти в полтора раза больше скорости звука в воздухе, которая составляет 332 м/с, или около 1200 км/час. То есть чтобы обогнать солнце, потребуется как минимум сверхзвуковой самолет.
Нам повезло — мы живем в более умеренных широтах. Длина параллели Москвы — почти в два раза меньше длины экватора, около 22 тысяч километров. Чтобы обогнать солнце здесь, надо пробегать за час примерно тысячу километров. Это уже скорость пассажирского реактивного самолета.
Чем ближе к полюсу, тем меньше длина параллели и тем легче обогнать солнце. Непосредственно около полюса можно убежать от Солнца пешком, двигаясь по кругу на некотором расстоянии от воображаемой земной оси. Но, например, на Северном полюсе, куда ни глянь, везде юг, поэтому вопрос о восходе и заходе Солнца теряет смысл.
Наперегонки с солнцем: практикум
Разница во времени между Якутском и Москвой — 6 часов, то есть солнце восходит и заходит в Москве примерно на 6 часов позже, чем в Якутске. Самолет из Якутска в Москву летит 6 с половиной часов. Это значит, что самолет почти догоняет солнце, и вылетевший из Якутска на рассвете в Москву прилетит тоже на рассвете.
А космические корабли летают значительно быстрее, чем пассажирские самолеты, и для них обогнать солнце — дело совсем простое. Космонавты обгоняют солнце по несколько раз в день. Например, Международная космическая станция делает один оборот вокруг Земли всего за 90 минут — в 16 раз быстрее, чем солнце.
Кстати, в этих условиях теряется смысл счета дней и ночей в нормальном для жителей Земли понимании — ведь день и ночь сменяются для космонавтов 16 раз в сутки. Космонавты живут по так называемому всемирному времени — по времени Гринвичского меридиана.
> А космические корабли летают значительно быстрее, чем пассажирские самолеты, и для них обогнать солнце — дело совсем простое.
Первое верно, второе — нет. Мы договорились считать обгон честным, если летим на запад. А почти все космические корабли летят на восток. Честно сказать, не знаю, летал ли хотя бы один человек по орбите на запад.
Вы, кстати, знаете, где это можно посмотреть?
Это смотря где расположится наблюдатель: если на Земле или на орбите вокруг Земли, то он увидит радиальные движения объектов; оценивается только составляющая движений Земли и Солнца вдоль луча зрения наблюдателя.
Со стороны виднее. Если не можем отойти подальше, можно расчитать эти движения теоретически.
Солнце находится на расстоянии около 26 000 световых лет от центра Млечного Пути и обращается вокруг него, делая один оборот более чем за 200 миллионов лет. Таким образом, орбитальная скорость Солнца равна 217-220 км/с.
Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите на расстоянии около 150 млн км со средней скоростью 29,765 км/сек. Скорость колеблется от 30,27 км/сек (в перигелии) до 29,27 км/сек (в апогелии).
По сути, Земля почти полгода обгоняет Солнце вдоль галактической орбиты и столько же времени «дает себя обогнать», двигаясь по соей орбите в обратную сторону, противоположную движению Солнца по галактической орбите.
Кому-то легче представить себе картину на примерах; скажем, Вы находитесь в товарном вагоне, который двигается со скоростью 20 км/час и при этом вращаете вокруг себя молот (или любой объект на привязи) с линейной скоростью самого молота в 20 км/час.Таким образом. молот будет то обгонять Вас со скоростью до 20 км/ч (составляющая скорость 40 км/ч по отношению к окружающим дорогу объектам), то, двигаясь по второй половинке орбиты, стать на короткий срок неподвижным по отношению к тем же объектам.
Данная модель более подходит для разъяснения определения «обогнать Солнце», но здесь не учитываются остальные факторы; желающие могут принять в расчетах:
— Солнечная система в составе Млечного Пути движется со скоростью примерно 20 км/с по направлению к точке (апексу), находящейся на границе созвездий Лиры и Геркулеса;
— имеется движение Солнечной системы относительно плоскости Галактики (Млечного Пути); смещение к Северному полюсу Галактики на данный момент составляет всего 10 парсек.
— ускорения Солнечной системы и всегоМлечного Пути в связи (или по мере) расширения Вселенной.
— увлекаемая движением Солнца, Земля описывает в пространстве винтовую линию.
Таким образом, легко можно указать точки в пространстве, где Земля обгоняет Солнце по галактический орбите, а также где отстает по отношению к Солнцую И совсем мало точек где они, Земля и Солнце, двигаются с одинаковой скоростью (только в точках строго впереди или строго сзади Солнца).
Чио скажете, уважаемые модераторы?
Хоть что-то изданного текста оставите в комментариях?
Источник