Что является топливом для термоядерной реакции на солнце и почему это топливо не заканчивается?
92 % от объёма) , гелия (
7 % от объёма [4]) и следующих, входящих в его состав в малых концентрациях, элементов: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома
Звезда такой массы (332 946 масс Земли) , как Солнце, должна существовать на главной последовательности в общей сложности примерно 10 миллиардов лет. Таким образом, сейчас Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла. На современном этапе в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Каждую секунду в ядре Солнца около 4 миллионов тонн вещества превращается в лучистую энергию, в результате чего генерируется солнечное излучение и поток солнечных нейтрино.
Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. Вместо этого, через 4–5 миллиардов лет оно превратится в звезду типа красный гигант. По мере того, как водородное топливо в ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться. Примерно через 7,8 миллиарда лет, когда температура в ядре достигнет приблизительно 100 миллионов градусов, в нём начнётся термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. Во время этой фазы развития температурные неустойчивости внутри Солнца приведут к тому, что оно начнёт терять массу. По-видимому, расширяющиеся внешние слои Солнца в это время достигнут современной орбиты Земли. При этом современные исследования показывают, что ещё до этого момента потеря Солнцем массы приведёт к тому, что Земля перейдёт на более далёкую от Солнца орбиту и, таким образом, избежит поглощения внешними слоями солнечной плазмы
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
Можно ли продлить жизнь нашему Солнцу? ● Что лучше, добавить или убавить топлива?
У нашего Солнца иссякает топливо. Примерно через 1 миллиард лет центральная часть нашей солнечной системы раздуется до достаточного радиуса, что вызовет безудержный парниковый эффект на нашей планете, независимо от текущих усилий по борьбе с выбросами CO2. Это поднимет температуру поверхности Земли выше точки кипения воды. Если человечество к тому времени не покинет планету или не вымрет, это событие окончательно ознаменует конец всей жизни на Земле. Даже если бы мы смогли найти способ охладить Землю с помощью альтернативных методов на этом этапе, источник водорода на Солнце в конечном итоге все равно ограничен. Еще через 4 миллиарда лет наше Солнце сделает свой последний вздох, сбросив оставшуюся атмосферу, чтобы обнажить мертвый труп примерно в половину от своей нынешней массы и радиусом не больше, чем у самой Земли – оно станет белым карликом . Если Земля не окажется поглощенной на предыдущей фазе, пока Солнца было красным гигантом, она останется мертвым, обугленным миром с такими же шансами на жизнь, как сейчас на Луне.
Миллиард лет — это большой срок, но эту дилемму нельзя решить прямо перед ее наступлением, в одночасье. Довольно очевидным решением было бы продвинуть нашу расу на межзвездный уровень, упаковать все вещи на нашей планете и отправиться в следующую звездную систему. Несмотря на свою эффективность, это решение могло бы только сбросить пресловутые часы Судного дня для новой планеты и ее родительской звезды и потребовало бы перехода к другой новой звездной системе каждые несколько миллиардов лет. Не говоря уже о том, что транспортировка целой планетарной жизни на другую планету на расстоянии световых лет от нас потребует астрономических затрат времени и энергии. В случае, если технология сверхсветовой скорости не разрешена законами физики, это решение может оказаться непрактичным.
Возможно, нам не удастся избежать этой «бомбы замедленного действия» для нашего Солнца или других звезд, но что, если бы был способ замедлить таймер? Если бы мы могли продлить жизнь нашего Солнца на миллиарды или даже триллионы лет, мы могли бы не только остановить разрушение нашей родной планеты, но и получить доступ к постоянному убежищу по мере того, как мы, как вид, разрастаемся и исследуем Вселенную вокруг нас. Если Земля является единственным приютом для жизни в нашей Вселенной, такое решение может быть единственным практичным средством сохранения каждой реликвии этой жизни на нашей планете для изучения и наблюдения будущими поколениями людей. Сможем ли мы продлить жизнь нашему Солнцу? Давайте посмотрим.
Больше топлива!
Если у Солнца заканчивается топливо, может давайте добавим его! У нас есть четыре газовых гиганта, состоящих в основном из водорода, расположенные во внешней части Солнечной системы, которые на самом деле не делают ничего полезного. Может быть, мы сможем бросить их топку Солнца, чтобы получить немного дополнительного времени? Помимо огромного количества энергии, необходимого для «заброса» планеты в Солнце, оказывается, что эта идея на самом деле контрпродуктивна в плане увеличения продолжительности его жизни. Хотя подкидывание газовых гигантов в Солнце дало бы ему больше топлива для сгорания, дополнительная масса увеличила бы гравитационное давление внутри Солнца, заставив его гореть немного горячее, чем раньше. Эта новая более высокая равновесная температура заставит водород сгорать с пропорционально большей скоростью, фактически уменьшая продолжительность жизни Солнца. Заброс всех газовых гигантов в Солнце ( всего около 0,14% от его массы ) в конечном итоге уменьшит его продолжительность жизни примерно на 30 миллионов лет . Все потому что, чем больше массы вы пытаетесь набрать, тем короче становится продолжительность жизни Солнца.
Хорошо… Меньше топлива!
Если добавление массы уменьшает продолжительность жизни Солнца, тогда, возможно, мы могли бы продлить его жизнь, сделав обратное: уменьшив массу! Красные карлики являются наиболее распространенным типом звезд в космосе и уникальны из-за их удивительно малой массы и, соответственно, большой продолжительности жизни. По оценкам, самые маленькие красные карлики имеют продолжительность жизни более 5 триллионов лет , что более чем в 350 раз превышает нынешний возраст Вселенной! Если бы мы смогли найти способ выкачать весь гелий и большую часть водорода из нашего Солнца, так что его едва ли можно было бы квалифицировать как звезду, то, возможно, мы смогли бы продлить его жизнь на столько же. Нижний предел для этой процедуры оставит наше Солнце в состоянии всего в 8% от его нынешней массы, но теоретически позволит ему выжить в течение триллионов лет.
Однако у этого решения есть несколько проблем. Прежде всего, наличие более холодного и меньшего по размерам Солнца вынудило бы нас переместить нашу родную планету ближе, чтобы она оставалась в обитаемой зоне. Если мы сможем найти способ сделать это, размещение нашей планеты так близко к нашему обновленному Солнцу будет угрожать приливной блокировкой , процессом, при котором одна сторона планеты всегда обращена к родительской звезде. Это явление может превратить одну сторону Земли в выжженную пустошь, а другую в подобие бесплодной тундры, что нанесет ущерб жизни на Земле. Более того, маленькие звезды обладают невероятной магнитной активностью, вызывая губительные солнечные извержения в таких временных масштабах, которые погасили бы любую жизнь, не приспособившуюся к ним. Если мы не хотим потратить время и энергию, чтобы справиться со всеми этими проблемами, уменьшение Солнца до таких масштабов может быть не самой лучшей идеей.
Поэтому стоит поискать более эффективные способы.
Продолжение » Можно ли продлить жизнь нашему Солнцу? ● Что получится, если запустить на звезде обратную ядерную реакцию «
Подписывайтесь на наш ютуб-канал
Источник
Сколько осталось Солнцу или когда остановится жизнь?
Каждый день мы просыпаемся, идем заниматься своими делами. Кто-то весь день проведет дома а кто-то будет на улице. Так или иначе мы все получаем будем получать солнечную энергию. Витамин D, электричество от солнечных панелей, тепло. Солнце сопровождает Землю с момента появления, и когда-то подарило жизнь это планете. Солнце — неотъемлимая часть нашей жизни, и даже в голову не может придти, что его когда-то не станет.
Солнце — звезда типа желтый карлик. Далеко не самый большой объект относительно других звезд, даже маленький, однако в солнечной системе является главным.
Во вселенной все находится в движение, и у всего есть свой логический конец. Какой он? Совершенно разный.
Во вселенной есть разные звезды отличающиеся друг от друга размерами, массой и цветом. Чем массивнее звезда, тем ярче у нее конец. Некоторые звезды в конце жизненного цикла превращаются в черные дыры после мощнейшего взрыва, а некоторые тихо и мирно угасают.
Но почему Солнце угасает? Каждый день солнце вырабатывает большое количество энергии и тепла благодаря термоядерным процессам, протекающим внутри звезды. Под воздействием сверх высоких температур атомы водорода объединяются и образуют атомы гелия. Таким образом солнце более чем на 97% состоит из водорода и гелия (водород преобладает в значительной степени). В ходе этих реакций и вырабатывается энергия.
Атомы водорода объединяются и образуют атомы гелия
Чтобы появился гелий, нужен водород. К сожалению водород не образуется в Солнце, а значит его запасы ограничены, и можно сказать, что водород — топливо солнца. Но и тут все не так гладко.
Давайте обратимся к строению солнца
Температура солнца резко уменьшается по мере отдаления от ядра. А для образования гелия подходит только температура и давление ядра. Несмотря на то, что ядро занимает почти 1/3 внутреннего объема солнца, в нем содержится лишь 2% водорода. Т.е. от всех запасов водорода в Солнце, пригодны для термоядерной реакции только 2%. Остальные 98% практически не участвуют в реакциях.
Стоит волноваться?
Нет. Этих двух процентов хватает солнцу на
10 миллиардов лет существования. Ученым известно, что Солнцу
4.5 миллиарда лет, т.е. оно прошло уже половину жизненного цикла.
Что будет дальше?
Через миллиард лет:
Солнце станет на 11% ярче. Уже тогда Земля может стать непригодной для нормальной жизни из-за высокой температуры, однако сохранятся моря и океаны, где все еще будет протекать жизнь. К этому моменту Солнце достигнет максимальной температуры поверхности, а дальше будет только остывать.
Через 3.5 миллиарда лет:
Солнце станет ярче на 40% и начнется превращение в красного гиганта. Из-за заканчивающихся запасов водорода в ядре, Солнце начнет увеличиваться. При увеличение внешнего радиуса, ядро Солнца будет наоборот сжиматься. К этому моменту жизнь на Земле перестанет существовать. Вся вода выкипит и исрпаится в космос. Если у Земли еще останется атмосфера, то условия будут схожими с нынешней Венерой. Внешняя оболочка солнца будет остывать, а ядро наоборот разогреваться.
Через 6.5 миллиардов лет:
Водород в ядре закончится, а оставшийся гелий начнет сжиматься и уплотняться. Оставшийся во внешнем слое ядра водород будет медленно выгорать. Радиус Солнца увеличится в 1.5 раза и станет ярче на 120%.
В течение следующего миллиарда лет солнце увеличиться в 2.2 раза от современного.
Через 8 миллиардов лет:
Ядро разогреется так сильно, что начнется сгорание водорода во внешней оболочке. Из-за этого процесса Солнце резко увеличится в размере, и станет в 250 раз больше современного Солнца. Оно станет красным гигантом. Меркурий и Венера будут уничтожены и поглащены, тоже самое может произойти и с Землей. Даже если Солнце не поглатит нашу планету, она потеряет больше половины массы и диаметра от сегодняшнего размера и превратится в космический камень.
В данной фазе Солнце просуществует не больше 10 миллионов лет. Ничто, по сравнению с миллиардами. Ядро разогреется до максимальной температуры. Произойдет гелевая вспышка. Все неиспользованные остатки гелия будут выброшенны в космос, тем самым создав новые условия для термоядерных реакций. После вспышки Солнце уменьшится в 240 раз. Через
100 миллионов лет и эти запасы гелия закончатся, и Солнце снова станет красным гигантом, вернув преждний размер. Спустя 20 миллионов лет произойдет последняя крупная вспышка.
Внешняя оболочка Солнца будет «сорвана», массы звезды не хватит, чтобы удерживать ее, поскольку сила притяжения зависит от массы.
Чем станет солнце?
В итоге Солнце превратится в белого карлика. Его размер будет схож с нынешним размером Земли, но плотность и масса Солнца будет непропорционально велика таким размерам. Это свойственно для всех белых карликов.
Вот и все краткое описание жизненного цикла Солнца. Такой расклад свойственен для любой звезды, схожей с Солнцем по массе и размеру. Точно неизсветно, что будет дальше. Скорее всего Солнце будет вновь медленно угасать, пока не закончится время.
Вот так будет выглядеть последствие гелевой вспышки. Ужасная красота.
Источник