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
Как образовалось Солнце? Описание, фото и видео
Мы полностью зависим от нашей звезды — Солнца. Земля вращается вокруг своей оси, Солнце медленно поднимается над горизонтом и весь день освещает и греет поверхность земли и все, что на ней находится. Не будь Солнца, не было бы и жизни.
Что было до Солнца? Как оно образовалось?
Еще пять миллиардов лет назад ни Солнца, ни девяти окружающих его планет не было.
Атомы, из которых состоят наши тела, летали в межзвездном пространстве в облаках газа и пыли. Ученые думают, что это газовое облако, состоявшее преимущественно из водорода, вращалось вокруг своей оси. Чем больше облако собирало пыли и газа, тем сильнее оно стягивалось, то есть уменьшалось.
Сила, заставлявшая облако сжиматься,— это сила гравитации. Внутри облака частицы притягивались к частицам, соединяясь вместе. Постепенно облако начало синхронно вращаться всеми своими частями одновременно.
Пример образования Солнца
Чтобы наглядно показать, как это произошло, астроном Уильям Хартманн предложил простой опыт. Надо взболтать чашку кофе. Жидкость в чашке перемещается беспорядочно. Если капнуть в чашку немного молока, то частицы кофе начнут вращаться в одном направлении. Нечто подобное. Происходило и в облаке, в котором мало – помалу беспорядочное перемещение частиц заменялось их упорядоченным синхронным вращением, то есть облако начало целиком вращаться в одном направлении.
Жизненный цикл звезд
Ученые добавили к этой истории драматический поворот. Они считают, что при формировании облака недалеко от него взорвалась звезда. При этом мощные потоки вещества разлетелись в разные стороны. Часть этого вещества смешалась с веществом газопылевого облака нашей Солнечной системы. Это привело к еще более быстрому сжатию облака.
Чем больше сжималось облако, тем быстрее оно вращалось, как фигуристка, которая, вращаясь, прижимает руки к телу (и тоже начинает вращаться быстрее). Чем быстрее вращалось облако, тем сильнее изменялась его форма. В центре облако стало более выпуклым, так как там скопилось больше вещества. Периферическая часть облака осталась плоской. Скоро форма облака напоминала форму пиццы с шариком посередине. Этот шарик, да, вы правильно догадались, было наше дитя — Солнце. Скопление газа в середине «пиццы» по размерам превосходило современную величину всей Солнечной системы. Ученые называют новорожденное Солнце протозвездой.
Как Солнце из газового шара превратилось в звезду?
Это происходило очень и очень медленно, на протяжение тысяч и тысяч лет, пока протозвезда и окружающее ее облако продолжали сжиматься под действием сил гравитации. Атомы, составляющие облако, сталкивались, выделяя тепло. Температура облака росла, особенно в более плотном центре, там частота столкновений атомов была выше. Газ в протозвезде начал светиться. В недрах формирующегося Солнца температура постепенно росла до миллионов градусов.
При таких немыслимо высоких температурах и столь же высоком давлении нечто новое стало происходить со стиснутыми и прижатыми друг к другу атомами. Атомы водорода начали соединяться друг с другом, образуя атомы гелия. Каждый раз, когда водород превращался в гелий, освобождалось небольшое количество энергии — тепловой и световой. Так как этот процесс происходил всюду в ядре Солнца, то эта энергия залила светом всю Солнечную систему. Солнце включилось, как электрическая лампа гигантских размеров. С этого момента Солнце стало живой звездой, такой же, какие мы видим на ночном небосклоне.
Ядерный синтез Солнца
Солнце продуцирует энергию в ходе процесса, который называется ядерным синтезом. Ядерный синтез — это управляемый взрыв в центре Солнца, где температура колеблется от 15 миллионов до 22 миллионов градусов Цельсия. Каждую секунду в недрах Солнца 4 миллиона тонн водорода превращаются в гелий. Мощность светового потока, который при этом излучается, равна мощности 4 триллионов электрических лампочек.
Что станет с Солнцем дальше?
Стоит напомнить, что запасы водорода на Солнце ограничены. С течением времени состав нашего светила меняется. Если в начале своей истории Солнце состояло на 75 процентов из водорода и на 25 процентов из гелия, то теперь содержание водорода упало до 35 процентов. Как вы догадались, наступает момент, когда водород в недрах звезды исчезает. Как и всякое топливо, в конце концов, водород исчерпывается. Взять новый водород Солнцу негде. Ядро звезды теперь состоит из гелия. Ядро окружено тонкой водородной оболочкой. Водород оболочки продолжает превращаться в гелий, но звезда уже вступила в порядок упадка.
Когда Солнце перестанет светить?
Как и люди, звезды рождаются, стареют и умирают. В свои 4,6 миллиарда лет Солнце — звезда среднего возраста. Ученые полагают, что осталось Солнцу жить около 5-6 миллиардов лет. По мере старения из солнечного ядра будет постепенно исчезать водород. Процесс ядерного синтеза переместится ближе к поверхностным слоям. Но рано или поздно процесс синтеза ядер гелия из ядер атомов водорода прекратится. Гелиевое ядро несколько уменьшится в размерах и начнется новый процесс — гелиевый ядерный синтез.
Гелий, который был синтезирован миллиарды лет назад, начнет сжиматься, атомы гелия будут сближаться, пока, наконец, из них не начнут синтезироваться атомы углерода. Солнце будет продолжать светить. Но оно станет холоднее и больше по размерам. Температура поверхности Солнца с 5 500 градусов Цельсия, как сейчас, уменьшится до 3 200 градусов Цельсия. Увеличившееся в размерах и более холодное Солнце будет излучать красный свет. Такие стареющие звезды мы называем красными гигантами.
Солнце станет распухать до тех пор, пока не поглотит Меркурий и Венеру. Когда поверхность Солнца приблизится к Земле, температура на ней существенно поднимется. Океаны выкипят. И Земля станет скалистой сухой безжизненной планетой, наподобие нынешнего Меркурия. Тогда людям, видимо, придется подыскивать себе более подходящее место обитания.
Когда исчерпается весь гелий, начнется ядерный синтез с участием атомов углерода. Но ядерный синтез не может продолжаться вечно. Солнце постепенно потеряет от рассеяния в космосе остатки своей газовой оболочки и останется только горячее солнечное ядро. Из красного гиганта Солнце превратится в белого карлика, сморщившись, возможно, до размеров Земли. Белый карлик — это весьма плотное космическое тело, чайная ложка вещества белого карлика весит примерно тонну. Еще через миллионы лет белый карлик, бывшее Солнце, остынет и превратится в сгусток темного холодного пепла. Солнце станет черным карликом.
Звезды, превосходящие Солнце по размерам, заканчивают свой жизненный путь более причудливым способом. После того как исчерпываются запасы водорода и гелия, начинаются процессы синтеза кислорода из ядер атомов углерода. Когда сердцевина звезды становится чисто кислородной, начинается синтез неона из ядер кислорода. Из неона синтезируются другие элементы. Наконец, из таких элементов, как кремний, синтезируются ядра атомов железа. С течением времени железное ядро звезды сжимается, и вот тут – то может произойти грандиозный взрыв. Взорвавшаяся звезда, которая называется сверхновой, выплескивает в космическое пространство все свое содержимое.
Черная дыра и звезды
Еще более массивные звезды могут сжаться в черную дыру. В черной дыре сила гравитации настолько велика, что с ее поверхности не может оторваться даже луч света. Черная дыра подобна водовороту, засасывающему любую материю, которая попадается на его пути. При этом черная дыра растет. Некоторые ученые считают черные дыры воротами в другие Вселенные, или же черные дыры могут использоваться для путешествий по нашей Вселенной, так сказать, короткими перебежками. Так что хотя звезды и умирают, но некоторые из них возрождаются в качестве новых, странных и чудесных космических объектов.
Как образовалось Солнце – интересное видео
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник