Почему Солнце до сих пор не сгорело?
Персональный обогреватель нашей планеты невероятно эффективен.
Наше Солнце — довольно средняя звезда в галактике Млечный путь — не самая яркая, не самая большая и существует всего 4,5 миллиарда лет. Она уникальна только тем, что её свет и тепло поддерживают жизнь на единственной обитаемой планете, которую мы знаем во Вселенной. К счастью для нас, людей, Солнце не сгорело с тех пор, как мы появились несколько сотен тысяч лет назад. Но откуда у него могло быть столько топлива? Почему оно не погасло, как свеча или костер? И когда оно наконец сгорит?
Это был насущный вопрос в XIX веке. В 1848 году немецкий естествоиспытатель Роберт фон Майер ( Robert von Mayer) выдвинул гипотезу, согласно которой Солнце нагревается благодаря бомбардировке его метеоритами. Разумеется, эта теория даже в то время не выдерживала критики. Поэтому, во второй половине XIX века наиболее правдоподобной считалась теория, выдвинутая немецким и британским физиками Германом Гельмгольцем ( Hermann von Helmholtz) и Уильямом Томсоном (лордом Кельвином), согласно которой Солнце нагревается за счёт медленного гравитационного сжатия. Этот процесс известен, как механизм Кельвина — Гельмгольца — остывание поверхности небесного тела приводит к падению внутреннего давления, из-за чего звезда сжимается, что в свою очередь приводит к разогреванию её ядра.
Однако, основанные на этом механизме расчёты оценивали максимальный возраст Солнца в 20 млн лет, что значительно меньше его действительного возраста.
Согласно другой гипотезе, популярной в XIX веке, Солнце буквально горит, т.е. происходит химическая реакция, которую мы видим, когда зажигаем спичку или разводим костер. Но и расчеты возраста Солнца по это гипотезе давали результат, который не соответствовал тому, что мы знали о возрасте Солнечной системы — 4,5 миллиарда лет. Если бы Солнце сжималось или горело, у него бы закончилось топливо задолго до того, как мы появились в этом мире. Очевидно, что-то происходило ещё, помимо сжатия и горения.
Спустя несколько десятилетий, в 1920-х годах, было найдено правильное объяснение механизмов «горения» Солнца. Сначала «отец» ядерной физики и лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года Эрнест Резерфорд ( Ernest Rutherford) предположил, что источником энергии Солнца является радиоактивный распад .
Позднее, вооружившись знаменитым уравнением Эйнштейна E=mc², которое утверждает, что всё, что имеет массу, должно иметь эквивалентное количество энергии, британский астрофизик Артур Стэнли Эддингтон ( Arthur Stanley Eddington) предположил, что Солнце фактически преобразует свою массу в энергию. Вместо печи, которая превращает древесину и уголь в золу (попутно испуская свет и тепло), центр Солнца больше похож на гигантскую атомную электростанцию.
Солнце содержит огромное количество атомов водорода. Как правило, нейтральный атом водорода содержит положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон, который вращается вокруг него. Когда этот атом встречает один из других атомов водорода, их соответствующие внешние электроны магнитно отталкиваются друг друга. Это предотвращает столкновение и слияние протонов друг с другом. Но ядро Солнца настолько горячее и сжатое, что атомы носятся с такой громадной кинетической энергией, что они преодолевают силу, связывающую их частицы вместе, и электроны отделяются от своих протонов. Это означает, что протоны, обычно защищенные электронами внутри ядра атома водорода, могут соприкасаться друг с другом и соединяются вместе в процессе, называемом термоядерным синтезом.
Так же, как внутри ядерного реактора, атомы внутри ядра Солнца постоянно врезаются друг в друга. Чаще всего четыре протона водорода сливаются друг с другом, чтобы создать один атом гелия. Попутно в этом процессе крошечная часть массы в этих четырех микроскопических протонах «теряется», но поскольку Вселенная сохраняет материю, она не может просто так исчезнуть. Эта «потерянная» масса ежесекундно трансформируется в огромное количество энергии, которую и излучает Солнце. Мощность этого излучения составляет 3,9×10²⁶ Вт. Это настолько огромное количество энергии, оно больше, чем всё электричество на Земле, которое будет использоваться свыше нескольких сотен тысяч столетий.
Эффективность термоядерного синтеза является основной причиной того, что Солнце так долго излучает тепло. Энергия, выделяемая при превращении всего одного килограмма водорода в гелий, такая же, как при сжигании 20 000 тонн угля. Поскольку Солнце очень массивное и относительно молодое, ученые считают, что оно использовало только около половины своего производящего энергию водорода.
В конце концов, ядро Солнца преобразует весь внутренний водород в гелий, и наша звезда умрет. Но, это произойдет только через около пяти миллиардов лет.
Источник
Горение водорода на Солнце происходит без участия кислорода. Да или нет?
Проверьте свои знания. Согласны ли вы с этим утверждением? Большинство участников акции «Открытая лабораторная» не смогло дать верный ответ.
Задумывались ли вы о том, что там вообще горит на Солнце? Сам термин «горение» означает самоподдерживающийся химический процесс окисления, протекающий при высокой температуре, с выделением энергии, которая поддерживает эту температуру. В земных условиях горение без кислорода невозможно. А вот в составе Солнца кислорода очень мало. Да и вообще, химическое горение там невозможно, поскольку при таких температурах не могут существовать молекулы, которые являются продуктами такого горения.
Энерговыделение Солнца обеспечивается не химическими, а термоядерными реакциями превращения водорода в гелий, которые протекают в его ядре.
Однако это тоже высокотемпературный процесс, который поддерживается за счет выделяемого тепла. Поэтому о нем часто говорят как о горении, но в переносном, не строго научном смысле. Кислород для термоядерного горения водорода не требуется и в качестве продукта реакции тоже не образуется.
Интересно еще вот что: на поздних стадиях эволюции Солнца (примерно через 6,5 млрд лет) горение водорода в его ядре сменится горением гелия, который будет превращаться в углерод, а в дальнейшем и в кислород. Солнце при этом значительно увеличит свою светимость и вырастет в размерах, став красным гигантом. Именно такие ядерные реакции в звездах предыдущего поколения наработали тот кислород, которым мы дышим. В конце жизни этих звезд часть их вещества, обогащенного кислородом, была рассеяна в окружающей среде и вошла в состав звезд и планет, которые образовались из него в дальнейшем.
Правильный ответ: Да.
Если хотите проверить свои знания о космосе, пройдите наш «Большой космотест». Он наверняка расширит границы вашего восприятия Вселенной.
Источник
Воспламеняется ли Кислород?
Хотя кислород помогает вещам гореть, сам по себе он не воспламеняется.
Одна из первых вещей, которую вы узнаете на любом уроке пожарной безопасности, — это то, что кислород питает огонь и поддерживает его горение. Прекратите подачу кислорода в огонь, и огонь погаснет!
Возможно, вы также слышали, что подносить кислородный баллон (например, те, которые вы видите прикрепленными к переносным дыхательным аппаратам) возле открытого огня опасно, так как он может загореться.
Хотя кислород может помочь поджечь вещи, воспламеняется ли он? Может ли сам кислород загореться?
Что делает что-то легковоспламеняющимся?
Чтобы материал был легковоспламеняющимся, в нем должно быть что-то, что легко окисляется кислородом (естественный окислитель, в котором нет недостатка в окружающем нас воздухе). Например, этанол (один из многих горючих углеводородов) легко воспламеняется, потому что он содержит атомы углерода, которые могут окисляться до диоксида углерода.
Другой важный фактор, делающий что-то легковоспламеняющимся, — это летучесть — чем выше летучесть, тем более огнеопасен рассматриваемый материал. Углеводороды (этанол, бутан и т.д.), Опять же, являются прекрасным примером летучих и легковоспламеняющихся веществ.
То, что выделяет атомы или молекулы, которые любят связываться с кислородом, обычно является легковоспламеняющимся материалом.
Кислород воспламеняется?
Нет, кислород по своей природе не воспламеняется. Это окислитель, а это значит, что он помогает гореть другим вещам.
Предположим, вы построите лабораторию, которая будет идеально изолирована от внешнего мира, а это значит, что в нее не смогут попасть никакие примеси или газы. Затем, вы наполните лабораторию чистым кислородом. Если каким-то образом в лабораторию попадет искра, что, по-вашему, произойдет?
Если бы кислород был легковоспламеняющимся газом, искра подожгла бы воздух в лаборатории, но, поскольку кислород негорючий, он не загорается сам по себе.
Искра в наполненной кислородом комнате может превратиться в бушующий огонь, если прилипнет к объекту.
Однако, если бы в лаборатории был хотя бы небольшой лист бумаги, он бы мгновенно загорелся, так как молекулы на листе бумаги быстро прикрепились бы к окружающему кислороду (то есть к окислителю).
Кислород нужен не всегда, чтобы зажечь огонь; подойдет любой окислитель. Хлор, перекись водорода, серная кислота и азотная кислота являются одними из многих окислителей, которые могут воспламенить вещи при правильных условиях.
Поскольку кислород является наиболее распространенным природным окислителем, принято считать, что все горит только в присутствии кислорода. Другими словами, люди могут предположить, что кислород всегда необходим для того, чтобы что-то сгорело.
Еще один частый вопрос, связанный с огнем и кислородом: как звезды и наше солнце продолжают гореть, если в космосе нет кислорода?
Почему солнце горит без кислорода?
Солнце продолжает гореть, потому что ему не нужен кислород, чтобы поддерживать свой «огонь»; горение, которое происходит на поверхности Солнца, представляет собой не химическое горение, а ядерный синтез.
Солнце продолжает гореть, потому что ему не нужен кислород для своего огня.
Проще говоря, ядерный синтез происходит, когда два или более ядра соединяются, чтобы сформировать новый элемент с более тяжелым ядром. Например, два атома водорода объединяются, чтобы стать более крупным и тяжелым атомом гелия.
Для этого процесса не требуется кислород. Фактически, для этого вообще не требуется никакого другого материала. Все, что вам нужно, — это чрезвычайно высокое давление или тепло (легко доступны на поверхности Солнца, учитывая его огромные размеры), чтобы сжать атомы водорода достаточно сильно, чтобы они слились и стали атомами гелия. Это самоподдерживающийся процесс, атрибут, который часто становится пищей для сюжетов научно-фантастических фильмов.
Подводя итог, можно сказать, что кислород сам по себе не является легковоспламеняющимся веществом, но он может вызвать быстрое и интенсивное воспламенение других предметов (свойство, которое делает кислород отличным окислителем) и поджечь вещи. Именно поэтому, если огонь имеет обильный запас кислорода, он может стать массивным, а иногда и взрывоопасным!
Источник
Если в космосе нет воздуха, т.е. кислорода, как тогда горит солнце.
Солнце — тоже звезда, ближайшая к Земле. Мы знаем, что жизнь зависит от Солнца. Без солнечного тепла на Земле не зародилась бы жизнь. Без солнечного света не было бы зеленых растений, животных, человека.
Солнце находится на расстоянии более 172 000 000 км от Земли. Масса Солнца в 1 300 000 раз больше массы Земли. Но, что интересно, Солнце не такое же твердое тело, как Земля.
Доказать это очень просто: температура поверхности Солнца достигает 6000° С. При такой температуре любой металл или камень превращается в газ, поэтому Солнце должно быть газовым шаром!
В прошлом ученые считали, что солнечный свет, тепло являются результатом горения. Но поверхность Солнца остается горячей уже сотни миллионов лет, а так долго ничто гореть не может.
Сегодня ученые полагают, что Солнце выделяет тепло в результате процессов, аналогичных тем, которые происходят в атомной бомбе. Солнце превращает материю в энергию.
Этот процесс отличается от горения. При горении одна форма материи переходит в другую. При переходе материи в энергию необходимо минимальное количество материи для производства огромного количества энергии. Двадцать восемь граммов материи выделяют энергию, достаточную для того, чтобы расплавить более 1 миллиона тонн скальных пород.
Итак, если наука права, солнце светит потому, что там постоянно происходит превращение материи в энергию. Одного процента массы Солнца достаточно для того, чтобы оно оставалось горячим в течение 150 миллиардов лет!
Источник
Почему не гаснет Солнце?
Почему, несмотря на миллиарды лет, которые прошли с момента рождения Солнца, оно всё ещё не исчерпало свой запас топлива и не погасло?
В общем, если коротко, то Солнце не гаснет потому, что оно … не горит.
А что оно тогда делает? Давайте разберемся вместе.
Больше всего в нашей Вселенной водорода. У него строение простое, как пять копеек: один протон в центре да электрон, который вращается вокруг него.
Водорода так много, что в космосе встречаются целые облака, состоящие только лишь из этого газа. Величина этих облаков огромна: свету потребуется несколько лет, чтобы пролететь через них.
Эти облака неоднородны: где-то погуще, где-то пожиже. Вот там, где густоты больше всего, начинает рождаться новая звезда. Это как с лавиной в горах: достаточно одного маленького комочка, который медленно набирает скорость, катясь по склону. Снега вначале налипает мало, но чем больше снежный шарик, тем быстрее он растет.
Схожий процесс происходит и в облаке водорода. Где-то образуется группа из нескольких молекул, к ним начинают добавляться новые. Через какое время «комок» водорода становится таким большим, что начинают действовать силы гравитации. Облако газа сжимается под собственным весом, становится плотнее. В его центре давление больше всего, там потихоньку начинает расти температура. В какой то-момент она становится такой большой, что даже атомы водорода не выдерживают и теряют свои электроны.
Это уже не горячее облако газа, а настоящая плазма: «суп», состоящий из отдельных протонов и электронов. Что же дальше?
Все в детстве играли с магнитами? Тогда вы могли заметить, что его одинаковые полюса отталкиваются. Чтобы соединить их вместе, требуется небольшое усилие.
Протоны тоже имеют одинаковый заряд — положительный. Просто так они не соединяются между собой, для этого им нужно «помочь».
Температура — это скорость движения частиц. Чем она выше, тем быстрее летают туда-сюда протоны. Если они будут достаточно быстры, то их не остановит даже сила отталкивания. При температуре около 15 миллионов градусов как раз такое происходит, и они начинают соединяться. Четыре протона сближаются настолько близко, что начинает действовать сильное взаимодействие, которое удерживает вместе протоны в ядрах абсолютно всех веществ.
Но в микроскопическом мире все отличается от привычного. Четыре протона по отдельности весят больше, чем соединённые вместе. Избыток превращается в энергию — фотон и нейтрино. Два протона превращаются в нейтрон — частицу, которая не имеет собственного заряда.
В итоге в недрах Солнца идёт постоянный процесс превращения: водород превращается в гелий и испускает энергию. Но превращаются не все протоны одновременно, а только лишь те, которые находятся в центре, да и то, которым повезет столкнуться между собой. В остальной части Солнца слишком прохладно, чтобы там начал образовываться гелий.
Поэтому протоны выстраиваются вокруг центра звезды, терпеливо ожидая своей очереди.
Каждую секунду на Солнце 700 миллиардов килограмм водорода превращаются в гелий. Это, конечно, чудовищно много, но и запасов горючего на Солнце тоже немало. Если посчитать с калькулятором, то получится, что оставшегося в звезде водорода хватит ещё на несколько миллиардов лет.
Самое интересное, что чем меньше звезда, тем дольше она живёт, а чем больше ее размер и вес — тем быстрее она расходует свое топливо. Это можно объяснить так: больше масса – сильнее сжимается звезда, сильнее давление – выше температура в центре. Чем горячее внутри – тем больше протонов за секунду превращаются в гелий. Больше водорода превращается в гелий – быстрее оно заканчивается. Самые массивные звезды живут всего лишь несколько десятков миллионов лет, а самые маленькие даже не вступили еще в период зрелости. Они будут светить так долго, что исчерпают свой запас тогда, когда погаснут все остальные типы звезд.
Источник