Главная Обратная связь Добавить в закладки Сделать стартовой
Здоровая жизнь

Как известно, нагреваемый металл сначала начинает светиться красным светом, потом желтым и, наконец, белым при увеличении температуры. Также и со звездами. Красные - самые холодные, а белые (или даже голубые!) - самые горячие. Вновь вспыхнувшая звезда будет иметь цвет, соответствующий выделяемой в ее сердцевине энергии, а интенсивность этого выделения, в свою очередь, зависит от массы звезды. Значит, все нормальные звезды тем холоднее, чем они более красны, если так можно выразится. Тяжелые звезды - горячие и белые, легкие, немассивные - красные и относительно холодные. Теперь мы знаем, что самые высокие температуры соответствуют голубым звездам, самые низкие - красным. Уточним, что в этом абзаце шла речь о температурах видимых поверхностей звезд, ведь как мы уже знаем, в центре звезд (в их ядрах) температура гораздо выше, но и она наиболее велика в массивных голубых звездах

Энергия, излучаемая звездами, настолько огромна, что мы можем их видеть на тех далеких расстояниях, на которые они от нас удалены: десятки, сотни, тысячи световых лет!. Энергия Солнца управляет всеми основными передвижениями воды и воздуха на Земле. Все топливо, которое мы сжигаем - остатки растений, когда-то поглощавших излучение Солнца

По современным представлениям, излучение энергии звезд вызывает уменьшение их массы. В этом смысле, следует понимать, что энергия и масса - одно и то же. Излучаемая энергия связана с теряемой массой простым соотношением Е=m. c2, где с - скорость света. Солнце теряет ежесекундно миллионы тонн. Однако, за 5 миллиардов лет своего существования оно израсходовало лишь половину имеющегося в его недрах ядерного горючего

Возникает вопрос: а какие звезды дольше живут: те, что обладают большой массой и характеризуются большой скоростью протекания ядерных реакций, или те, что маломассивны, но излучают мало энергии? Оказывается, что скорость протекания ядерного синтеза пропорциональна массе звезды в четвертой степени. Следовательно, массивные звезды сгорают быстрее, чем немассивные. Самые тяжелые сжигают весь водород за несколько сот тысяч лет, а легкие красные звезды могут светить, "не торопясь", несколько десятков миллиардов лет. Нашему Солнцу таких миллиардов осталось еще 5, значит, оно - звезда в среднем возрасте и свой водород сжигает без особого усердия.



После "выгорания" термоядерного топлива в звезде, масса которой сравнима с массой Солнца, в центральной её части (ядре) плотность вещества становится настолько высокой, что свойства газа кардинально меняются. Подобный газ называется вырожденным, а звёзды, из него состоящие, - вырожденными звёздами.

После образования вырожденного ядра термоядерное горение продолжается в источнике вокруг него, имеющем форму шарового слоя. При этом звезда переходит в область красных гигантов на диаграмме Герцшпрунга - Ресселла. Оболочка красного гиганта достигает колоссальных размеров - в сотни радиусов Солнца - и за время порядка 10-100 тыс. лет рассеивается в пространство. Сброшенная оболочка иногда видна как планетарная туманность. Оставшееся горячее ядро постепенно остывает и превращается в белый карлик, в котором силам гравитации противостоит давление вырожденного электронного газа, обеспечивая тем самым устойчивость звезды. При массе около солнечной радиус белого карлика составляет всего несколько тысяч километров. Средняя плотность вещества в нём часто превышает 109 кг/м3 (тонну на кубический сантиметр!).

Ядерные реакции внутри белого карлика не идут, а свечение происходит за счёт медленного остывания. Основной запас тепловой энергии белого карлика содержится в колебательных движениях ионов, которые при температуре ниже 15 тыс. кель-винов образуют кристаллическую решётку. Образно говоря, белые карлики - это гигантские горячие кристаллы. Постепенно температура поверхности белого карлика уменьшается и звезда перестаёт быть белой (по цвету) - это скорее уже бурый или коричневый карлик.

Масса белых карликов не может превышать некоторого значения - это так называемый предел Чанд-расекара (по имени американского астрофизика, индийца по происхождению, Субрахманьяна Чандрасека-ра), он равен примерно 1,4 массы Солнца. Если масса звезды больше, давление вырожденных электронов не может противостоять силам гравитации и за считанные секунды происходит катастрофическое сжатие белого карлика - коллапс. В ходе коллапса плотность резко растёт, протоны объединяются с вырожденными электронами и образуют нейтроны (это называется нейтро-низацией вещества), а освобождаемую гравитационную энергию уносят в основном нейтрино. Чем же заканчивается этот процесс? По современным представлениям, коллапс может либо остановиться при достижении плотностей порядка Ю'7 кг/м3, когда нейтроны сами становятся вырожденными, - и тогда образуется нейтронная звезда; либо выделяемая энергия полностью разрушает белый карлик - и коллапс по сути дела превращается во взрыв.



Американская Национальная аэрокосмическая администрация (NASA) поручила Лаборатории прикладной физики Университета имени Джона Хопкинса начать разработку постройки уникального «солнечного зонда».Ему предстоит погрузиться в солнечную корону — верхние слои атмосферы светила."Солнечный зонд — по-настоящему первопроходческая миссия", — считает руководитель проекта по созданию космического аппарата Роберт Декер, — «Для примера, он достаточно близко подберется к Солнцу, чтобы исследовать переход солнечного ветра из дозвукового в сверхзвуковой режим и пролетит через место рождения самых высокоэнергичных частиц, приходящих от Солнца».Зонд, запуск которого запланирован на 2015 год, должен приблизиться к Солнцу на расстояние примерно 10 его диаметров — около 6,6 миллионов километров. Это в 20 с лишним раз ближе к светилу, чем Земля, и примерно в 8-9 раз ближе, чем Меркурий, где пока проходит граница человеческого приближения к центральной звезде нашей звездной системы.Аппарату предстоит пролететь через внешнюю корону Солнца на скорости около 200 км/с, для чего он предварительно совершит семь гравитационных маневров вблизи Венеры. Аппаратура должна выдерживать температуры до 1 700 градусов по шкале Цельсия; ее будет защищать расположенный в голове космического аппарата щит из углеродной пены диаметром около трех метров и толщиной примерно 15 см. В ближайшее время NASA должна объявить конкурс на заказ и строительство исследовательской аппаратуры.Разработкой аппаратов для исследования Солнца с близкого расстояния занимаются космические агентства многих стран в течение, по меньшей мере, трех десятков лет. Проект солнечного зонда Университета имени Хопкинса, который пока называется просто Solar Probe, основан на разработке 2005 года, которую представители NASA сочли слишком дорогой. За два с лишним года, прошедшие с тех пор, ученым и инженерам удалось снизить стоимость проекта до уровня в $750 миллионов, который американское космическое агентство уже посчитало приемлемым.


Вопрос о том, что представляет собой мир звезд, по-видимому является одним из первых вопросов, с которым столкнулось человечество еще на заре цивилизации.

Любой человек, созерцающий звездное небо, невольно связывает между собой наиболее яркие звезды в простейшие фигуры - квадраты, треугольники, кресты, становясь невольным создателем своей собственной карты звездного неба. Этот же путь прошли и наши предки, делившие звездное небо на четко различимые сочетания звезд, называемые созвездиями. В древних культурах мы находим упоминания о первых созвездиях, отождествляемых с символами богов или мифами, дошедшие до нас в форме поэтических названий - созвездие Ориона, созвездие Гончих псов, созвездие Андромеды и т.д. Эти названия как бы символизировали представления наших предков о вечности и неизменности мироздания, постоянстве и неизменности гармонии космоса.

Однако, уже в халдейских легендах, упоминание о которых мы находим у Аррениуса, ставится может быть наивный по тем меркам, вопрос - что было до звезд?

"… В то время, когда в вышине не было того, что называется небом, а внизу того, что зовут землей, существовал только Апсу (океан), отец их, и Тиамат (хаос), праматерь. Не различались ни день, ни ночь… Царила тьма, покрытая тьмой…"

Уже в I веке до нашей эры Цицерон считал, что все звезды рождаются из небесного огненного эфира, заполняющего всю Вселенную, а наше Солнце - это лишь одна из звезд, самая близкая и яркая.

Список догадок древних можно было бы еще продолжать, однако в истории изучения мира звезд существует определенная точка отсчета, начиная с которой представления о космосе из умозрительных рассуждений и догадок стали базироваться на наблюдательных фактах и их интерпретации. Речь идет об открытии датским астрономом Тихо Браге новой звезды, вспыхнувшей на небе в 1572 году. Аналогичное явление в 1604 г. наблюдали Иоган Кеплер и Галилео Галилей. И хотя, как сейчас уже ясно астрофизикам, астрономы средневековья наблюдали не рождение, а смерть звезды, тем не менее в представлениях о строении космоса Тихо Браге была впервые сформулирована революционная идея - звезды конденсируются из разреженного вещества Млечного Пути.

Однако, чем обусловлен механизм конденсации вещества в звезды? По-видимому, первым, кто попытался дать ответ на поставленный вопрос, был сэр Исаак Ньютон - первооткрыватель закона всемирного тяготения, писавший в 1692 г.:

"… Мне кажется, что если бы все вещество нашего Солнца и планет и все вещество Вселенной было бы равномерно рассеяно в небесных глубинах, и если бы каждая частица имела бы врожденное тяготение ко всем остальным, и если бы наконец, пространство, в котором рассеяна эта материя, было бы конечным, вещество снаружи этого пространства благодаря указанному тяготению влеклось бы ко всему веществу внутри и вследствие этого упало бы в середину всего пространства и образовало бы там одну огромную сферическую массу. Однако, если бы это вещество было равномерно распределено по бесконечному пространству, оно никогда не могло бы объединиться в одну массу, но часть его сгущалась бы тут, а другая там, образуя бесконечное число огромных масс, разбросанных на огромных расстояниях друг от друга по всему этому бесконечному пространству. Именно так могли образоваться и Солнце, и неподвижные звезды, если предположить, что вещество было светящимся по своей природе…"

Заметим, что не смотря на обилие не подтвержденных последующим развитием астрофизики гипотез, концепция Ньютона заложила основы теории образования звезд, получившей свое развитие лишь после того, как стало понятно, из чего состоит межзвездная среда.



Звезды большей массы заканчивают свою жизнь иначе. Гелиевое ядро в таких звездах, сжимаясь, нагревается. В нем начинается синтез углерода, образуется углеродное ядро. Оно тоже сжимается, начинается, в результате большего нагрева, синтез кислорода и т.д. В итоге, звезда начинает напоминать луковицу, в середине которой, на последней стадии цепи реакций вызревает железоникелевое ядро, в котором никакие реакции идти уже не могут, то есть образуется белый карлик. Но этот белый карлик увеличивается в массе, так как реакции в вышележащих слоях продолжаются. Когда этот карлик вырастает до массы в 1,4 солнечной, давление электронного газа не может в карлике удержать сил гравитации. Электроны как бы вдавливаются в протоны, образуя нейтроны, которые беспрепятственно сближаются (протонам не давала сближаться сила электростатического отталкивания, а нейтроны, напомним, заряда не имеют). В секунду карлик уменьшается от размеров Земли до 10(!)км. Практически достигнув плотности ядерного вещества, карлик резко прекращает сжатие. Вещество такой плотности своим внутренним давлением (здесь участвуют особые ядерные силы отталкивания) в очередной раз за жизнь звезды останавливает гравитацию. Внешние слои образовавшейся нейтронной звезды в первое мгновение все еще продолжают падать по инерции к центру, увеличивая давление, следствием чего является возникновение ударных волн и выброс во внешние слои звезды огромного количества нейтрино. Это приводит к сбросу внешних слоев, к грандиозному взрыву, энергия которого сопоставима с энергией, излучаемой целой галактикой! Такой взрыв называют вспышкой сверхновой звезды. В процессе рассеивания в пространстве верхних слоев звезды, ее яркость падает, сверхновая угасает, а на месте вспышки можно разглядеть ее остаток - расширяющуюся туманность

Этот рисунок показывает развитие судьбы наших трех звезд. Около расширяющегося взрыва сверхновой появилась планетарная туманность в виде колечка, порожденная нижней звездой: желтые звезды "созревают" позже, чем голубые. Верхняя красная немассивная звездочка еще долго будет светить без катастроф, пока через много миллиардов лет тоже не породит планетарную туманность

Расширяющийся газ взрыва сверхновой также потом может войти в облако, где родится другая звезда. Только в этом облаке будут не только гелий и водород, но и остальные элементы, образовавшиеся на последних этапах жизни первой звезды и во время ее взрыва. Одной из звезд "второго поколения" является наше Солнце

В центре взрыва остается чрезвычайно нагретая нейтронная звезда, имеющая размер нескольких километров. Если же от звезды после взрыва остается много вещества, так, что его масса более, чем в три раза превышает солнечную, вместо нейтронной звезды может образоваться удивительный объект - черная дыра. Сила тяжести на ее поверхности столь высока, что ее не может покинуть даже свет. Свойства таких звезд очень сложны, их изучение ведется теоретически самыми сложными математическими средствами. Увидеть же черную дыру нельзя - как было замечено, она не выпускает свет, даже самые высокоэнергетические фотоны. Дырами такие объекты прозваны потому, что все, слишком близко приблизившееся к ним, неминуемо падает на их поверхность, и ничто уже не может ее покинуть. Все вещество как бы пропадает в черной дыре безвозвратно. Первоначальная масса звезды, из которой в конце получится черная дыра, в 30 и более раз превосходит массу Солнца. Очень частыми образованиями черные дыры являются в двойных звездах, об эволюции которых читайте на следующей странице

Нейтронные звезды и черные дыры объединяют в один класс звезд, которые называют релятивистскими. Свойства этих объектов можно описать лишь законами релятивистской физики

Ставя точку в этой части рассказа, подчеркнем в который раз зависимость судьбы небесных тел от их массы, воистину главной характеристики объектов во Вселенной. Немассивные звезды кончают жизнь, становясь белыми карликами и рассеивая в межзвездное пространство свои внешние слои. Так образуются планетарные туманности. Массивные звезды, исчерпав весь перечень ядерных реакций, вспыхивают взрывом сверхновой, следствием которого является образование туманности другого типа. В центре взрыва остается нейтронная звезда или черная дыра, объяснить свойства которых берется только самая современная физика. И тому немало способствует существование двойных звездных систем.



© 2012 Мир народной медицины | Все права защищены.Копирование материалов запрещено
Яндекс.Метрика