Как образуются звезды-родственники
Раннее, быстрое, активное смешивание газа в пределах гигантских молекулярных облаков, которые являются основными областями рождения звезд, означает, что сформированные здесь звезды будут иметь одинаковый для всех уникальный химический признак или «отпечаток».
Такие данные получили астрономы в Калифорнийском университете (UCSC) и опубликовали их в онлайн-издании Nature от 31 августа 2014 года.
А в дальнейшем они задались вопросом: могут ли такие химические признаки помочь идентифицировать давно потерянную звезду-родственника нашего Солнца?
Все звезды составлены главным образом из водорода и гелия, но помимо этих основных элементов внутри звезд содержится определенное количество примесей других элементов, таких как углерод, кислород, железо и еще более экзотических веществ. Тщательно измеряя длины волн света.
приходящего к нам от определенной звезды, астрономы могут определить, насколько она богата каждым из этих элементов. Если взять наугад любые две звезды, то их второстепенные химические составляющие будут немного отличаться: у одной звезды может быть немного больше железа, у другой — углерода, и т.д.
Однако, астрономы уже больше десятилетия знают, что любые две звезды в пределах одной и той же гравитационно связанной звездной группы всегда показывают одинаковые подписи химических элементов.
Способность изучить этот «отпечаток ДНК» у звезд потенциально очень полезна, поскольку звездные семьи обычно подолгу не задерживаются на одном месте. Большинство звезд рождаются как члены звездного скопления, но течение долгого времени они разлетаются и мигрируют по разным областям галактики.
Однако их химический состав полностью выбирается при рождении и уже больше не меняется. Таким образом астрономы долго задавились одним и тем же вопросом: была ли такая возможность, при которой две звезды, родившиеся в одном молекулярном облаке, оказаться теперь на противоположных областях галактики.
Со временем эта проблема сузилась до вопроса о поиска давно потерянных родственников нашего собственного Солнца. Но все же оставалась одна, но большая проблема.
Итак, Крумхольц и его аспирант Юи Фенг воспользовались суперкомпьютером Hyades UCSC для того, чтобы смоделировать процессы гидрогазодинамики в звездах.
Было проведено моделирование двух потоков межзвездного вещества, которые соединяются с целью формирования облака, которое, в свою очередь, за несколько миллионов лет разрушилось под действием собственной гравитационной силы и сформировало звездное скопление.
Исследователи добавили трассирующие цвета в эти два потока, которые позволили нам увидеть, как газ смешивается в результате этого процесса.
Было использовано два цвета: синий и красный, но к тому времени, когда облако начало разрушаться и формировать звезды, все оно стало фиолетовым, полученные звезды были так же фиолетовые. Смешение цветов удалось благодаря очень бурным процессам, протекающим в скоплении.
Во время других циклов моделирования было установлено, что даже если протозвездное облако не способно переработать весь свой газ в звезды, как это было с молекулярным облаком, из которого образовалось Солнце, все еще велика вероятность возникновения звезд с почти идентичным химическим составом.
В результате работы было обеспечено доказательство недостающего физического объяснения того, как и почему работает химическое смешивание в звездах.
Так же было убедительно показано, что химический процесс смешивания является очень общим и протекает быстро даже в окружающей среде, которая в конечном итоге не привела к возникновению звездного скопления, как в случае с Солнцем.
Два одиннадцати секундных ролика показывают процесс симуляции и моделирования столкновения двух потоков межзвездного газа, что приводит в конечном итоге к коллапсу и формированию звездного скопления в гравитационном центре.
На обоих роликах быстро увеличивающееся число показывает течение времени в миллионах лет; панель слева показывает плотность межзвездного газа (желтые и красные цвета самые плотные), а справа — поведение красных и синих потоков трассирующего газа, который введен в систему для того, чтобы определить как газ смешивается.
Верхняя пара стоп-кадров показывает плоскость в которой встретилась газовая пара, нижняя пара демонстрирует поперечное сетечение этих потоков. Круги, обведенные черным — звезды; слева они показаны белым цветом, а справа тем цветом, который получился в результате смешивания трассеров.
Моделирование показывает, что в пределах очень короткого промежутка времени газовые потоки полностью гомогенизированы, задолго до того, как начнут формироваться звезды. Источник: Mark Krumholz/University of California, Santa Cruz
По информации Калифорнийского университета.
https://postnauka.ru/resource/shares/88/75/4/88754.jpg
В середине XIX века теории о появлении звезд высказывали многие люди, но самую серьезную гипотезу того времени традиционно связывают с именами Кельвина и Гельмгольца.
Изначально предполагалось, что причина свечения Солнца и других звезд очень проста: на них падает какое-то вещество, при ударе оно нагревается и начинает светиться. Более научными словами, кинетическая энергия превращается в тепловую, а та — в энергию излучения.
Дальше эта мысль развивалась: чтобы обеспечить наблюдаемую светимость Солнца, на него должно падать много вещества, и нам должно быть видно, как оно пролетает мимо Земли, но его не обнаружили.
Тогда исследователи предположили, что этап падения вещества на Солнце был в прошлом, но в процессе падения накопилась энергия и благодаря ей Солнце до сих пор светится.
Диаграмма Герцшпрунга — Рассела, показывающая зависимость между абсолютной звездной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звездыИзображение: © Wikipedia.org
В рамках физики того времени это было очень удачное предположение: оно было довольно простым и логичным (упало — ударилось — разогрелось — засветилось) и хорошо согласовывалось с данными о светимостях и температурах звезд, которые в то время впервые стали доступными для измерений. Оказалось, что температура и светимость не произвольные величины, а зависят друг от друга.
Для большинства звезд большая яркость означает высокую температуру, и, наоборот, чем холоднее звезда, тем она тусклее.
В рамках сценария с падением это тоже казалось очень ясным и логичным: яркие и горячие звезды — это те, на которые вещество только-только перестало падать, и они переживают максимум своей светимости, а затем потихоньку станут гаснуть и остывать, превращаясь в тусклые холодные светила.
На рубеже XIX и XX веков астрофизик Джеймс Джинс обосновал эту картину математически, показав, что процесс сжатия действительно может инициироваться гравитацией.
Привлекательной особенностью этой модели было то, что в ней не играло роли, что за вещество падает на звезду — камни, газ, все что угодно.
Просто выделяется кинетическая энергия, из-за того что нечто летит с очень большой скоростью.
Такой подход позволял легко вычислить возраст Солнца: запасенная гравитационная энергия известна благодаря формулам из ньютоновской теории, светимость (то есть скорость потери энергии) измерена, можно разделить энергию на скорость ее высвечивания и узнать, сколько времени Солнце могло существовать таким образом.
По расчетам вышло, что ему отведено 30 миллионов лет. На рубеже веков этот возраст показался вполне правдоподобным. Но прошло время, и в начале XX века геологи заговорили о том, что возраст земных горных пород, а значит, и возраст Земли составляет сотни миллионов, если не миллиардов лет.
Альфред Вегенер как раз начал высказывать свои идеи о движении материков, которое происходило как минимум 200–300 миллионов лет назад. Значит, возраст Земли никак не меньше этого срока, и получалось, что она старше Солнца.
В то время было много предположений о том, как сформировалась Солнечная система, но все они исходили из того, что либо планеты и Солнце появились одновременно, либо Солнце появилось несколько раньше. Идея, что Солнце могло появиться после Земли, казалась совершенно искусственной.
Поэтому стало понятно, что механизм гравитационного сжатия не подходит и в реальности в солнечных и звездных недрах действует какой-то другой источник энергии. В то же время, в первые десятилетия XX века, начала развиваться ядерная физика.
Стало понятно, что химические процессы и разогрев газа при сжатии — это не единственный источник повышения температуры, а существуют некоторые внутриатомные, внутриядерные процессы, которые могут питать Солнце и звезды энергией. Ядерные реакции деления действительно способны обеспечивать светимость Солнца на протяжении многих миллиардов лет.
Но для этого надо предположить, что Солнце практически полностью состоит, например, из урана. Эта идея казалась маловероятной, потому что на Земле урана очень мало, в горных породах он встречается только как очень незначительная примесь.
Джеймс Джинс (1877–1946) — британский физик-теоретик, астроном, математик. Считается одним из основателей космологии в Великобритании наряду с Артуром Эддингтоном.
Артур Эддингтон (1882–1944) — английский астрофизик. Создал теорию белых карликов, работал над «фундаментальной теорией», объединяющей квантовую теорию, теорию относительности, космологию и гравитацию. Был посвящен в рыцари за научные заслуги.
Эволюция звезд, планет и галактик, этапы и стадии рождения, учение о происхождении, стадии и фазы процесса термоядерного синтеза
Каждый из нас хотя бы раз в жизни смотрел в звездное небо. Кто-то смотрел на эту красоту, испытывая романтические чувства, другой пытался понять, откуда берется вся эта красота. Жизнь в космосе, в отличие от жизни на нашей планете, течет на другой скорости.
Время в космическом пространстве живет своими категориями, расстояния и размеры во Вселенной колоссальны. Мы редко задумываемся над тем, что на наших глазах постоянно происходит эволюция галактик и звезд. Каждый объект в бескрайнем космосе является следствием определенным физических процессов.
У галактик, у звезд и даже у планет имеются основные фазы развития.
Происхождение, рождение и эволюция звезд
Эволюция звезд и планет, населяющих нашу галактику Млечный Путь и всю Вселенную, большей частью неплохо изучена. В космосе незыблемо действуют законы физики, которые помогают понять происхождение космических объектов.
Опираться в данном случае принято на теорию Большого Взрыва, которая сейчас является доминирующей доктриной о процессе происхождения Вселенной. Событие, потрясшее мироздание и приведшее к формированию вселенной, по космическим меркам молниеносно. Для космоса от рождения звезды до ее гибели проходят мгновения.
Огромные расстояния создают иллюзию постоянства Вселенной. Вспыхнувшая вдали звезда светит нам миллиарды лет, в то время ее уже может и не быть.
Изучая жизненный цикл звезд можно на примере ближайшего к нам светила. Солнце – одна из сотни триллионов звезд в нашем поле зрения. К тому же расстояние от Земли до Солнца (150 млн.
км) предоставляет уникальную возможность изучить объект, не покидая пределов Солнечной системы.
Полученная информация позволит детально разобраться с тем, как устроены другие звезды, как быстро эти гигантские источники тепла истощаются, каковы стадии развития звезды и каким будет финал этой блистательной жизни — тихий и тусклый или сверкающий, взрывной.
После Большого взрыва мельчайшие частицы сформировали межзвездные облака, которые стали «роддомом» для триллионов звезд. Характерно, что все звезды рождались в одно и то же время в результате сжатия и расширения.
Сжатие в облаках космического газа возникало под воздействием собственной гравитации и аналогичных процессов у новых звезд по соседству. Расширение возникло в результате внутреннего давления межзвездного газа и под действием магнитных полей внутри газового облака.
При этом облако свободно вращалось вокруг своего центра масс.
Облака газа, образовавшиеся после взрыва, на 98% состоят из атомарного и молекулярного водорода и гелия. Только 2% в этом массиве приходится на пылевые и твердые микроскопические частицы. Ранее считалось, что в центре любой звезды лежит ядро железа, раскаленного до температуры в миллион градусов. Именно этим аспектом и объяснялась гигантская масса светила.
В противостоянии физических сил преобладали силы сжатия, так как свет, возникающий в результате выделения энергии, не проникает внутрь газового облака. Свет вместе с частью выделяемой энергии распространяется наружу, создавая внутри плотного скопления газа минусовую температуру и зону низкого давления.
Находясь в таком состоянии, космический газ стремительно сжимается, влияние сил гравитационного притяжения приводит к тому, что частицы начинают формировать звездное вещество. Когда скопление газа плотное, интенсивное сжатие приводит к тому, что образуются звездное скопление.
Когда размеры газового облака незначительны, сжатие приводит к образованию одиночной звезды.
Образование одиночной звезды
Краткая характеристика происходящего заключается в том, что будущее светило проходит два этапа — быстрое и медленное сжатие до состояния протозвезды. Говоря простым и понятным языком, быстрое сжатие является падением звездного вещества к центру протозвезды. Медленное сжатие происходит уже на фоне образовавшегося центра протозвезды.
В течение последующих сотен тысяч лет новое образование сокращается в размерах, а его плотность увеличивается в миллионы раз. Постепенно протозвезда становится непрозрачной из-за высокой плотности звездного вещества, а продолжающееся сжатие запускает механизм внутренних реакций.
Рост внутреннего давления и температур приводит к образованию у будущей звезды собственного центра тяжести.
Размеры и плотность звезд
Под воздействием огромного давления и температуры приблизительно в 100 миллионов К начинаются термоядерные реакции водородного цикла. Сжатие прекращается, масса объекта возрастает, когда энергия гравитации переходит в термоядерное горение водорода. С этого момента новая звезда, излучая энергию, начинает терять массу.
Вышеописанный вариант образования звезды — всего лишь примитивная схема, которая описывает начальный этап эволюции и рождения звезды.
Сегодня такие процессы в нашей галактике и во всей Вселенной практически незаметны ввиду интенсивного истощения звездного материала.
За всю сознательную историю наблюдений за нашей Галактикой были отмечены лишь единичные появления новых звезд. В масштабах Вселенной эта цифра может быть увеличена в сотни и в тысячи раз.
Большую часть своей жизни протозвезды скрыты от человеческого глаза пылевой оболочкой. Излучение ядра можно наблюдать только в инфракрасном диапазоне, который является единственной возможностью видеть рождение звезды.
К примеру, в Туманности Ориона в 1967 году ученые-астрофизики в инфракрасном диапазоне обнаружили новую звезду, температура излучения которой составляла 700 градусов Кельвина.
Впоследствии выяснилось, что местом рождения протозвезд являются компактные источники, которые имеются не только в нашей галактике, но и в других отдаленных от нас уголках Вселенной. Помимо инфракрасного излучения места рождения новых звезд отмечены интенсивными радиосигналами.
Процесс изучения и схема эволюции звезд
Весь процесс познания звезд можно условно разделить на несколько этапов. В самом начале следует определить расстояние до звезды.
Информация о том, как далеко от нас находится звезда, как долго идет от нее свет, дает представление о том, что происходило со светилом на протяжении всего этого времени.
После того, как человек научился измерять расстояние до далеких звезд, стало ясно, что звезды – это то же самые солнца, только разных размеров и с разной судьбой. Зная расстояние до звезды, по уровню света и количеству излучаемой энергии можно проследить процесс термоядерного синтеза звезды.
Термоядерный синтез на Солнце
Вслед за определением расстояния до звезды можно с помощью спектрального анализа рассчитать химический состав светила и узнать его структуру и возраст. Благодаря появлению спектрографа у ученых проявилась возможность изучить природу света звезд. Этим прибором можно определить и измерить газовый состав звездного вещества, которым обладает звезда на разных этапах своего существования.
Звездное вещество состоит из тех же химических элементов (вплоть до железа), что и наша планета. Разница только в количестве тех или иных элементов и в процессах, происходящих на Солнце и внутри земной тверди. Это и отличает звезды от других объектов во Вселенной.
Происхождение звезд следует также рассматривать в контексте другой физической дисциплины — квантовой механики. По этой теории, материя, которая определяет звездное вещество, состоит из постоянно делящихся атомов и элементарных частиц, создающих свой микромир.
В этом свете вызывает интерес структура, состав, строение и эволюция звезд. Как выяснилось, основная масса нашей звезды и многих других звезд приходится всего на два элемента — водород и гелий.
Теоретическая модель, описывающая строение звезды, позволит понять их строение и главное отличие от других космических объектов.
Главная особенность заключается в том, что многие объекты во Вселенной имеют определенный размер и форму, тогда как звезда может по мере своего развития менять размер. Горячий газ представляет собой соединение атомов, слабо связанных друг с другом.
Через миллионы лет после формирования звезды начинается остывание поверхностного слоя звездного вещества. Большую часть своей энергии звезда отдает в космическое пространство, уменьшаясь или увеличиваясь в размерах.
Передача тепла и энергии происходит из внутренних областей звезды к поверхности, оказывая влияние на интенсивность излучения. Другими словами, одна и та же звезда в разные периоды своего существования выглядит по-разному.
Термоядерные процессы на основе реакций водородного цикла способствуют превращению легких атомов водорода в более тяжелые элементы — гелий и углерод. По мнению астрофизиков и ученых-ядерщиков, подобная термоядерная реакция является самой эффективной по количеству выделяемого тепла.
Почему же термоядерный синтез ядра не заканчивается взрывом такого реактора? Все дело в том, что силы гравитационного поля в нем могут удерживать звездное вещество в пределах стабилизированного объема.
Из этого можно сделать однозначный вывод: любая звезда представляет собой массивное тело, которое сохраняет свои размеры благодаря балансу между силами гравитации и энергией термоядерных реакций.
Результатом такой идеальной природной модели является источник тепла, способный работать длительное время. Предполагается, что первые формы жизни на Земле появились 3 млрд. лет назад. Солнце в те далекие времена грело нашу планету так же, как и сейчас.
Следовательно, наша звезда мало чем изменилась, несмотря на то, что масштабы излучаемого тепла и солнечной энергии колоссальны — более 3-4 млн. тонн каждую секунду.
Стадии эволюции звезд
Судьба светила в находится в зависимости от исходной массы звезды и ее химического состава.
Пока в ядре сосредоточены основные запасы водорода, звезда пребывает в так называемой главной последовательности.
Как только наметилась тенденция на увеличение размеров звезды, значит, иссяк основной источник для термоядерного синтеза. Начался длительный финальный путь трансформации небесного тела.
Эволюция нормальных звезд
Образовавшиеся во Вселенной светила изначально делятся на три самых распространенных типа:
- нормальные звезды (желтые карлики);
- звезды-карлики;
- звезды-гиганты.
Звезды с малой массой (карлики) медленно сжигают запасы водорода и проживают свою жизнь достаточно спокойно.
Таких звезд большинство во Вселенной и к ним относится наша звезда – желтый карлик. С наступлением старости желтый карлик становится красным гигантом или сверхгигантом.
Процесс образования нейтронной звезды
Исходя из теории происхождения звезд, процесс формирования звезд во Вселенной не закончился. Самые яркие звезды в нашей галактике являются не только самыми крупными, в сравнении с Солнцем, но и самыми молодыми. Астрофизики и астрономы называют такие звезды голубыми сверхгигантами.
В конце концов, их ожидает одна и та же участь, которую переживают триллионы других звезд. Сначала стремительное рождение, блистательная и ярая жизнь, после которой наступает период медленного затухания.
Звезды такого размера, как Солнце, имеют продолжительный жизненный цикл, находясь в главной последовательности (в средней ее части).
Главная последовательность
Используя данные о массе звезды, можно предположить ее эволюционный путь развития. Наглядная иллюстрация данной теории — эволюция нашей звезды. Ничто не бывает вечным.
В результате термоядерного синтеза водород превращается в гелий, следовательно, его первоначальные запасы расходуются и уменьшаются. Когда-то, очень не скоро, эти запасы закончатся. Судя по тому, что наше Солнце продолжает светить уже более 5 млрд.
лет, не меняясь в своих размерах, зрелый возраст звезды еще может продлиться примерно такой же период.
Запасов водорода и гелия в этой части звезды хватит еще на миллионы лет. Еще очень нескоро истощение запасов водорода приведет к увеличению интенсивность излучения, к увеличению размеров оболочки и размеров самой звезды. Как следствие, наше Солнце станет очень большим.
Если представить эту картину через десятки миллиардов лет, то вместо ослепительного яркого диска на небе будет висеть жаркий красный диск гигантских размеров. Красные гиганты — это естественная фаза эволюции звезды, ее переходное состояние в разряд переменных звезд.
Финальные стадии эволюции звезд
Достигнув фазы красного гиганта, нормальная звезда под влиянием гравитационных процессов становится белым карликом. Если масса звезды примерно равна массе нашего Солнца, все основные процессы в ней будут происходить спокойно, без импульсов и взрывных реакций. Белый карлик будет умирать долго, выгорая дотла.
В случаях, когда звезда изначально имела массу больше солнечной в 1,4 раза, белый карлик не будет финальной стадией. При большой массе внутри звезды начинаются процессы уплотнения звездного вещества на атомном, молекулярном уровне. Протоны превращаются в нейтроны, плотность звезды увеличивается, а ее размеры стремительно уменьшаются.
В том случае, если мы имели изначально дело со звездой большой массы, финальный этап эволюции принимает другие формы. Судьба массивной звезды – черная дыра — объект с неизученной природой и непредсказуемым поведением. Огромная масса звезды способствует увеличению гравитационных сил, приводящих в движение силы сжатия. Приостановить этот процесс не представляется возможным.
Плотность материи растет до тех пор, пока не превращается в бесконечность, образуя сингулярное пространство (теория относительности Эйнштейна). Радиус такой звезды в конечном итоге станет равен нулю, став черной дырой в космическом пространстве. Черных дыр было бы значительно больше, если бы в космосе большую часть пространства занимали массивные и сверхмассивные звезды.
Рождение сверхновой – самая впечатляющая финальная стадия эволюции звезд. Здесь действует естественный закон природы: прекращение существование одного тела дает начало новой жизни. Период такого цикла, как рождение сверхновой, в основном касается массивных звезд.
Израсходовавшиеся запасы водорода приводят к тому, что в процесс термоядерного синтеза включается гелий и углерод. В результате этой реакции давление снова растет, а в центре звезды образуется ядро железа.
Под воздействием сильнейших гравитационных сил центр массы смещается в центральную часть звезды. Ядро становится настолько тяжелым, что неспособно противостоять собственной гравитации. Как следствие, начинается стремительное расширение ядра, приводящее к мгновенному взрыву.
Рождение сверхновой — это взрыв, ударная волна чудовищной силы, яркая вспышка в бескрайних просторах Вселенной.
Следует отметить, что наше Солнце не является массивной звездой, поэтому подобная судьба ее не грозит, не стоит бояться такого финала и нашей планете. В большинстве случаев взрывы сверхновых происходят в далеких галактиках, с чем и связано их достаточно редкое обнаружение.
В заключение
Эволюция звезд — это процесс, который растянут по времени на десятки миллиардов лет. Наше представление о происходящих процессах — всего лишь математическая и физическая модель, теория.
Земное время является лишь мгновением в огромном временном цикле, которым живет наша Вселенная.
Мы можем только наблюдать то, что происходило миллиарды лет назад и предполагать, с чем могут столкнуться последующие поколения землян.
Солнце — это звезда или планета?
Наше светило хранит в себе множество тайн. Чтобы найти ответ на вопрос «Солнце это звезда или планета», сперва нужно разобраться, как образуются планеты и звезды и что они собой представляют.
Как появляются звезды
Звезды – это невероятно огромные скопления газа, удерживаемого силой собственной гравитации. В их недрах протекают реакции термоядерного синтеза, в результате которых выделяется колоссальная энергия. Первые звезды появились на заре Вселенной из облаков газа и частичек пыли. Эти частички сталкивались между собой, образуя все большие и большие объекты.
И чем крупнее становился объект, тем сильнее он притягивал новые частицы.
Такие зародыши будущих звезд разогревались от постоянной бомбардировки пылью и более крупными кусками материи. В итоге их гравитация собирала вокруг себя облако газов, разогревая его.
Далее происходила первая термоядерная реакция, и звезда начинала «светить»! Оставшиеся газы и пыль формировали вокруг молодой звезды диск.
Как появляются планеты
После зарождения звезды, вокруг нее остается много «строительного материала». Этот газопылевой диск вращается, увлекаемый силой ее гравитации. Все новые и новые частички пыли в нем сталкиваются, создавая более крупные объекты. От постоянных столкновений они разогреваются.
Поэтому первые планеты напоминали сгустки вулканической лавы, которые постепенно остывали, покрываясь корой из камня. Другие собирали вокруг себя облака газа, становясь газовыми гигантами.
Когда Солнечная система только появилась, в ней было несколько десятков планет.
Они кружились в безумном танце вокруг своей звезды, сталкиваясь, разрушаясь или сливаясь. Мелкие осколки притягивались более крупными, становясь их частью. Другие улетали на периферию системы, образуя пояс астероидов, существующий, и по сей день.
А все, что осталось внутри этого пояса, притянулось планетами.
Чем является Солнце?
Теперь мы выяснили, что наше Солнце относится к звездам. Но что из себя представляет наше светило и каков его состав?
Солнце состоит в основном из водорода и гелия. Оно содержит и другие вещества, но в значительно меньших количествах.
Есть у него ядро, в котором протекают термоядерные реакции. Из-за невероятной гравитации, фотон из ядра Солнца добирается до его поверхности за сотни тысяч лет. Иногда этот путь занимает миллионы лет. После этого фотону нужно всего 8 минут, чтобы добраться до Земли.
Каждый день мы видим свет, образовавшийся в недрах Солнца сотни тысяч лет назад.
Строение Солнца
Температуры поверхности и ядра звезды различаются на несколько миллионов градусов. Внешняя оболочка Солнца – корона, состоит из энергетических извержений и протуберанцев.
Слишком сильные извержения отправляют в сторону Земли поток электронов, протонов, нейтрино и других частиц.
При взаимодействии с магнитным полем нашей планеты они создают одно из красивейших зрелищ – северное сияние!
Солнце – удивительное небесное тело. Оно дарит свет каждому из нас. Все в Солнечной системе, включая нашу планету и нас самих, состоит из тех частиц газа и пыли, что образовали ее. Однако в масштабах Вселенной, Солнце – лишь небольшая звезда, Желтый Карлик, но какой родной и близкий каждому человеку!
Как Образовались Первые Звезды
Звезды, они большие они горячие они везде. Звезды правят вселенной. Рожденные в ярости, гибнущие в колоссальных взрывах, они наполняют вселенную космической пылью строительным материалом для всего живого , звезды основа нашей вселенной именно здесь начинается жизнь.
Ночное небо усеяно звездами только в нашей галактике свыше ста миллиардов звезд а в обозримой вселенной более ста миллиардов галактик звезд больше звезд больше чем песчинок на земле. Каждая звезда могущественна и создает строительный материал для всего в нашей вселенной в том числе и для нас.
Большинство звезд так далеко, что мы знаем о них очень мало, но одна звезда очень близко и практически все что мы знаем о звездах мы узнали благодаря этому соседу.
С земли солнце кажется ослепительно сияющим шаром но если убрать сияние на вашем дворе появится одно из самых мощных небесных тел во вселенной
Этот газовый шар колоссально высокой температуры освещает нашу солнечную систему уже четыре с половиной миллиардов лет и определяет всю жизнь на земле.
Солнце в ста-пятидесяти миллионов км от нас а значит на самом деле оно огромно его диаметр больше миллиона километров .
Однако солнце кажется крохотным по сравнению с действительно большими звездами
Звезда килиан более чем в пять миллионов раз больше чем солнце Бетельгейзер в триста раз больше килиан если бы наше солнце было такого размера оно дотянулось бы до Юпитера .
Звезды сияют разными цветами от красного до желтого и голубого некоторые живут в одиночестве другие парами вращаясь, друг вокруг друга а потом объединяются в огромные галактики из миллиарда звезд.
Но жизнь всех звезд начинается одинаково из облаков пыли и газа называемыми туманности эти туманности протяженностью миллиарды километров, плавают сквозь космос и поражают своими очертаниями. Каждая туманность это звездная колыбель, где зарождаются миллионы новых звезд.
Для формирования звезд требуется водород сила притяжения и время. Сила притяжения собирает космическую пыль и газ в гигантский вихрь сила притяжения стягивает вещество, а когда собираешь вещество и сжимаешь его до меньшего объема оно непременно нагревается .
На протяжение многих тысяч лет облако космической пыли становится все плотнее и образует громадный вращающийся диск больше солнечной системы в его центре сила тяжести сминает газ в сверх плотный невероятно горячий шар давление нарастает пока из центра не вырываются гигантские струи.
Это показывает, на сколько, яростный процесс формирования звезд, эти струи простираются на много световых лет они преодалевают немыслимые расстояния .
Благодаря силе тяжести сохраняется давление которое втягивает газ и пылевые частицы они врезаются в друг друга и выделяется все больше и больше тепла за следующие пол миллиона лет звезда становится меньше, ярче и горячее температура в центре достигает восьми миллионов градусов илишь при такой ошеломительной температуры газовые атомы начинают объединяться и выделять колоссальное количество энергии вот так и рождается звезда и она будет светить миллионы, триллионы а может быть и миллиарды лет.
Звезды излучают огромное количество тепла и света многие миллиарды лет но это требует огромного расхода топлива до начала дватцатого века никто и представить не мог что это за топливо .
Если столкнуть два атома, можно высвободить колоссальную энергию этот процесс называется термоядерным синтезом, именно эта сила питает звезды.
Атомы водорода движущиеся с огромной скоростью не могут избежать столкновения они объединяются, создавая тем самым новый химический элемент Гелий .
Водород весит чуть больше гелия в процессе горения, масса теряется эта потерянная масса превращается в энергию.
Внутри звезды слияние ядер продолжается миллиарды лет причина проста, размер .Синтез внутри звезды каждую секунду генерирует мощность которой бы хватило на миллиард ядерных бомб.
Звезда это гигантская водородная бомба так почему бы ей не разлететься просто на куски?
Дело в том что сила тяжести сжимает внешние слои сила тяжести и синтез ведут грандиозную войну постоянный конфликт между силой притяжения которая хочет смять звезду энергия синтеза которая стремится разнести звезду изнутри.
Борьба за власть длится всю жизнь звезды, именно эти бои на звездах излучают свет, каждый луч света совершает невероятное путешествие свет проходит тысячу восемьдесят миллионов километров в час , за одну секунду луч света может семь раз обогнуть землю ничто во вселенной не движется так быстро.
Поскольку большинство звезд далеко от нас их свет летит к нам сотни тысячи миллионы и даже миллиарды лет. Свет звезды этакилиан отправился в путь когда наши предки еще вспахивали землю восемь тысяч лет назад свет солнца летит до нас восемь минут.
С самого рождения звезда обречена умереть ее топливо закончится и тогда когда сила тяжести победит синтез и начнется событие которое уничтожит звезду.
Наше солнце не исключение каждую секунду в его ядре сжигается пятьсот сорокчетыре миллионов тон водородного топлива, такими темпами водород примерно закончится через семь миллиардов лет .
Когда запас водорода истощится и сила тяжести получит преимущество когда синтез будет слабее давить изнутри сила тяжести сомнет звезду, но синтез отомстит и нагреет ее внешние слои тем самым увеличив диаметр солнца до ста миллионов километров.
Солнце станет красным гигантом, на земле температура повысится на тысячи градусов а потом распухшая звезда поглотит землю
Но гигантская красная звезда губит сама себя ее ядро становится опасно нестабильным, водорода на топливо не осталось и звезда начинает сжигать гелий синтезируя тем самым углерод теперь звезда убивает себя изнутри извергая на поверхность колоссальные потоки энергии. Эти волны энергии срывают внешние слои звезды и она медленно распадается
Теперь звезда мертва все, что осталось чрезвычайно горячее и плотное ядро .
Красный гигант стал белым карликом. Когда звезда достигает стадии белого карлика процесс синтеза прекращается двигатель наконец замер .
Наше солнце окончит жизнь в виде белого карлика размером с Землю но в миллион раз плотнее.
Если взять с белого карлика кусочек размером с кубик сахара и положить на землю то он провалится сквозь землю настолько он плотный.
В сердце белого карлика находится чистый кристалл углерода космический алмаз диаметром во множество километров
Как появились планеты?
Как появились планеты?
Казалось бы, научно-технический прогресс способен дать ответы на множество вопросов, касающихся окружающего нас мира. Но у учёных до сих пор остается много загадок и неточностей.
Ведь, иной раз, даже самая логичная и стройная теория остаётся лишь на уровне предположений, потому что просто нет никаких фактов, подвергающих её, а иногда и доказательства добыть крайне сложно.
Как появились планеты, является одним из таких открытых вопросов, хоть теорий и предположений по этому поводу существует довольно много. Давайте разбираться с тем, какие гипотезы существуют по поводу возникновения планет.
Главная научная теория
На сегодняшний день существует множество самых разных научных гипотез, доказывающих, откуда появились планеты, однако, в современном естествознании придерживаются теории газопылевого облака.
Заключается она в том, что солнечная система со всеми планетами, спутниками, звёздами и другими небесными телами появилась вследствие сжатия газопылевого облака. В центре его образовалось самая большая звезда – Солнце. А все остальные тела появились из пояса Койпера и облака Оорта.
Если говорить простым языком, то планеты появились следующим образом. В космосе находилось некая материя, которая состояла лишь из газа и пыли, растворенном в нём.
После сильного воздействия давления атмосферы газ стал сжиматься, а пыль стала превращаться в большие и тяжелые объекты, которые в дальнейшем и стали планетами.
Пояс Койпера и облако Оорта
Раннее мы уже упоминали пояс Койпера и облако Оорта. Учёные говорят о том, что именно эти два объекта стали тем строительным материалом, из которых появились планеты.
Пояс Койпера – зона в Солнечной системе, которая начинается от орбиты Нептуна. Считается, что это пояс астероидов, но это не совсем так. Он обширнее и массивнее его в несколько раз.
Помимо этого, пояс Койпера отличается от астероидного пояса тем, что состоит он из таких летучих веществ, как аммиак и вода.
На сегодняшний день считается, что именно в этом поясе возникли три карликовые планеты – Плутон, Хуамеа, Макемаке, а также их спутники.
Второй объект, который способствовал возникновению планет – облако Оорта, до сих пор не найден, а его существование подтверждено лишь гипотетически. Оно представляет собой внутреннее и внешнее облако, состоящее из изотопов углерода и азота с передвигающимися в нём твердыми телами.
Считается, что это некая сферическая область солнечной системы, которая является источником возникновения комет, которые также являются и строительным материалом для возникновения других планет.
Если же представить, как появились планеты внешне, то можно себе представить, как пыль и другие твердые тела сжимались, вследствие чего и приобрели ту сферическую форму, в которой мы их сегодня и знаем.
Альтернативные научные гипотезы
Как вы сами понимаете, каждый автор, который занимался изучением вопроса откуда появились планеты, пытался выдвинуть свою неповторимую теорию.
- Так, первым из таких исследователей был Жорж-Луи Бюффон. В 1745 году он предположил, что все планеты появились вследствие выброса вещества после столкновения Солнца с пролетающей кометой. Комета распалась на множество частей, которые под влиянием центробежной и центростремительной сил энергии Солнца образовали планеты Солнечной системы.
- Чуть позднее, в 1755 году исследователь по имени Кант предположил, что все планеты образовались вследствие того, что частицы пыли под действием сил притяжения и образовали планеты.
- В 1706 году французский астроном Пьер Лаплас выдвинул свою альтернативную теорию появления планет. Он считал, что изначально в космосе образовалась огромная раскаленная туманность, состоящая из газа. Она медленно вращалась в космическом пространстве, но возрастающая вследствие движения центробежная сила, и была основой для возникновения планет. Планеты появлялись в определенных точках, которые располагались в кольцах, оставляемых по ходу движения. Всего, говорил Лаплас, отделилось 10 колец, которые распались на 9 планет и пояс астероидов.
- А в 20 веке, Фред Хойл выдвинул своё предположение о том, как появились планеты. Он считал, что у Солнца была звезда-близнец. Фред утверждал, что эта звезда взорвалась, вследствие чего и образовались планеты.
- Но не только наука пытается понять, откуда появились планеты, религия также пытается объяснить этот интересный вопрос. Так, существует теория креационизма. Она говорит о том, что все космические объекты, в том числе и планеты Солнечной системы, были созданы творцом, Богом.
И это ещё далеко не все гипотезы, существующие на сегодняшний день. Если вы воочию хотите увидеть, как появились планеты, видео можно найти в сети интернет, а также в некоторых электронных пособиях по астрономии.
Все мы живем на планете Земля, думаю, каждому из нас интересно, как образовалась наша планета. У ученых существует гипотезы и по этому вопросу.
Как появилась планета Земля
Земля была образованна примерно 4,5 млрд. лет назад. Считается, что это единственная планета во Вселенной, которая населена живыми существами.
Исследователи астрономии утверждают, что Земля появилась из космической пыли и газа, которые остались после образования Солнца. Также они утверждают, что изначально Земля была расплавленной массой без какой-либо жизни.
Но потом стала накапливаться вода, и поверхность стала затвердевать. Астероиды, кометы и энергия Солнца сформировали тот рельеф и климат Земли, который мы сегодня знаем.
Если вы серьезно заинтересовались вопросом, как появилась планета Земля, видео, которое довольно легко найти, наглядно расскажет вам об этом вопросе.
Теперь вы знаете, как появились планеты солнечной системы. Астрономы до сих пор не пришли к единому мнению по этому вопросу, но хочется верить, что развитие науки и техники в скором будущем позволит собрать доказательства и точно сказать о том, как появились планеты.
Как появилась наша планета Земля. Как появилась планета
ГлавнаяПланетаКак появилась планета
Планета которая служит нам домом, красива и уникальна. Прекрасные водопады и моря, бушующие зеленью тропические леса, атмосфера наполненная кислородом позволяющая дышать всему живому – всё это наша планета под названием Земля. Но она не всегда была так красива.
Когда она переживала своё рождение, её вид был не столь привлекательный и вряд ли бы он вам понравился. В современный век космонавтики, человек смог увидеть Землю со стороны и убедиться что это настоящая жемчужина вселенной.
Современная наука и сегодня пытается объяснить появление Земли и восстановить всю хронологию событий. Мы же постараемся вернуться в самое начало рождения нашей планеты. Современные космические технологии позволяют увидеть рождение новых звёзд и планет. Это поможет понять, как появилась наша планета.
Рождение нашей планеты невозможно рассматривать отдельно от рождения нашей солнечной системы. Рождение подобных систем происходит почти всегда одинаково. В космосе существует множество туманностей огромные скопления газов. Именно в них рождаются новые звёзды и планеты. Они способны сжиматься, превращаясь в планеты, так гласит теория туманности Канта.
Благодаря наблюдениям современных астрономов, можно понять, как рождалась наша планета. С помощью новейших телескопов НАСA, учёные изучают вселенную такой, какая она есть, а не то, как мы её представляем.
Учёные увидели, как туманность сжимается, а частички космической пыли медленно вращаясь внутри неё, образуют некое ядро.
Чем больше сжимается туманность, тем быстрее скорость вращения частиц и выше температура внутри туманности, когда температура становится очень высокой, начинается ядерная реакция. Так появляется новая звезда. Когда то так появилось на свет наше Солнце.
Вокруг молодого Солнца начали своё формирования планеты. В условиях невесомости трение частиц вызывает образование магнитного поля, которое притягивает частицы друг к другу и образовывает комки. Происходит процесс приращения, что помогает сформироваться планетам.
Если мы рассмотрим строение планет нашей солнечной системы, то заметим, что все планеты отличаются по своему составу. Всё зависит от того на каком расстоянии находится та или иная планета от Солнца. Меркурий самая близкая планета к Солнцу и состоит из металла, так как температура возле солнца очень высока, вода и газ не могут там образовываться.
Отдалённые планеты имеют скальную поверхность. Венера, Земля и Марс являются такими планетами. Наша планета находится на самом подходящем расстоянии от Солнца и здесь идеальные условия для жизни. На Земле ни холодно не жарко.
Озоновый слой защищает нас от солнечных лучей. Юпитер и Сатурн находятся далеко от Солнца и являются газовыми великанами, потому что формировались в холодной среде.
Они служат защитой для всей солнечной системы, так как отталкивают метеориты, которые попадают на их орбиты.
Теперь мы видим, какой удивительный шанс выпал нашей планете, чтобы она могла стать живой и это удивительно и прекрасно.
ya-uznayu.ru
Как образуются планеты
Процесс рождения звёзд
Откуда берутся звёзды? Как они возникают? Поскольку время жизни звёзд ограниченно, они должны и возникать за конечное время. Каким путём мы могли бы что-нибудь узнать об этом процессе? Нельзя ли увидеть в небе, как образуются звёзды? Не являемся ли мы свидетелями их рождения?
Современная астрономия располагает большим количеством аргументов в пользу утверждения, что звёзды образуются путем конденсации облаков газово-пылевой межзвездной среды. Процесс образования звезд происходит и в настоящее время. Выяснение этого обстоятельства является одним из крупнейших достижений современной астрономии.
Ещё сравнительно недавно считалось, что все звёзды образовались почти одновременно много миллиардов лет назад. Крушению этих метафизических представлений способствовали, прежде всего, развитие теории строения и эволюции звёзд и накопленные факты наблюдательной астрономии.
В результате стало ясно, что многие наблюдаемые звёзды являются сравнительно молодыми объектами, а некоторые из них возникли уже при существовании человека на Земле.
Ключ к разгадке дают уже известные нам факты. Известно, что массивные звёзды, масса которых превышает десять солнечных, быстро старятся. Они легкомысленно транжирят свой водород и уходят с главной последовательности.
Поэтому, наблюдая массивную звезду, принадлежащую к главной последовательности, мы знаем, что она не может быть старой.
Такую звезду отличает большая яркость: благодаря очень высокой температуре поверхности она светится голубым светом.
Таким образом, голубые яркие звёзды ещё молоды – их возраст не превышает миллиона лет. Это, конечно, очень мало по сравнению с теми миллиардами лет, в течение которых светит наше Солнце.
Итак, тот, кто желает найти, где во Вселенной рождаются звёзды, должен ориентироваться по ярким голубым звёздам главной последовательности. Если найти место, где недавно образовались звёзды, может случиться, что звёзды рождаются там и сегодня.
На небе можно обнаружить целые скопления ярких голубых звёзд. Чем же они замечательны для нас?
Обнаруживаются области, в которых плотность молодых звёзд высока – они находятся среди старых звезд, но здесь их всё же больше, чем где-либо. Складывается впечатление, что не так уж давно среди старых звёзд возникли новые звёзды, которые теперь медленно смешиваются со своим окружением.
В то время как звёзды в скоплениях расположены близко друг к другу и не расходятся, удерживаемые силой взаимного притяжения, эти молодые звёзды довольно скоро “разбегаются” и “теряют друг друга из вида”.
К этим так называемым звёздным ассоциациям привлёк внимание советский астроном В. А. Амбарцумян. Могут ли они подсказать нам, как возникают звёзды? Между звездами здесь можно увидеть плотные газовые и пылевые скопления.
Примером может служить туманность Ориона.
Здесь много ярких голубых звёзд, возраст которых не превышает миллиона лет. В созвездии Стрельца молодые звёзды скрыты плотными пылевыми облаками. Только при наблюдениях в длинноволновом ИК-диапазоне можно сделать снимки сквозь облака пыли и исследовать рождающиеся звёзды.
Мы уже знаем, что пространство между звездами не совсем пусто: оно заполнено газом и пылью. Плотность газа составляет примерно один атом водорода на кубический сантиметр, а его температура соответствует минус 170 градусам Цельсия. Межзвёздная пыль значительно холоднее (минус 260 градусов Цельсия).
Но там, где имеются молодые звёзды, дело обстоит иначе.
Темные пылевые облака закрывают свет находящихся позади них звёзд.
Газовые облака греются: здесь их плотность составляет десятки тысяч атомов в кубическом сантиметре, а излучение близлежащих молодых звёзд разогревает их до 10000 градусов Цельсия.
В радиодиапазоне можно наблюдать характерные частоты излучения сложных молекул: спирта, муравьиной кислоты. Концентрация межзвездного вещества в этих областях наводит на мысль, что звёзды образуются из межзвездного газа.
В пользу этого говорят и соображения, впервые высказанные английским астрофизиком Джеймсом Джинсом, современником Эддингтона. Представим себе пространство, заполненное межзвездным газом.
Со стороны каждого из атомов на остальные действует гравитационная сила притяжения, и газ стремится сжаться. Этому препятствует главным образом газовое давление.
Равновесие здесь в точности подобно тому, которое наблюдается внутри звезд, где гравитационные силы уравновешиваются давлением газа. Возьмем некоторое количество межзвездного газа и мысленно сожмем его. При сжатии атомы сближаются и сила притяжения возрастает.
Однако газовое давление растет быстрее и сжимаемый газ стремится принять прежнее состояние. Говорят, что равновесие межзвездного газа устойчиво. Однако Джинс показал, что устойчивое равновесие может нарушиться.
Если одновременно сжимать достаточно большое количество вещества, то гравитационные силы могут возрастать скорее, чем газовое давление, и облако начнёт сжиматься само по себе.
Чтобы этот процесс происходил под действием собственных гравитационных сил облака, необходимо очень большое количество вещества: для развития неустойчивости требуется по меньшей мере 10000 солнечных масс межзвездного вещества. Вероятно, именно поэтому молодые звёзды наблюдаются всегда только группами: они, скорее всего, рождаются большими компаниями.
Когда 10000 солнечных масс межзвездного газа и пыли начинают со все возрастающей скоростью сжиматься, образуются, по-видимому, отдельные уплотнения, которые дальше сжимаются сами по себе. И каждое такое уплотнение становится отдельной звездой.
Процесс рождения звезды описал в своей докторской диссертации, подготовленной в Калифорнийском технологическом институте, молодой канадский астрофизик Ричард Ларсон в 1969 г. Его диссертация стала классикой современной астрофизической литературы. Ларсон исследовал образование отдельной звезды из межзвездного вещества.
Полученные им решения подробно описывают судьбу отдельного газового облака. Ларсон рассматривал шарообразное облако с массой, равной одной солнечной, и с помощью компьютера наблюдал за его дальнейшим развитием с такой точностью, какая только была тогда возможна.
Взятое им облако само по себе уже было сгущением, фрагментом большого коллапси́рующего объема межзвёздной среды. Соответственно плотность его была выше плотности межзвездного газа: в одном кубическом сантиметре содержалось 60000 атомов водорода. Диаметр исходного облака Ла́рсона составлял 5 миллионов солнечных ра́диусов.
Из этого облака образовывалось Солнце, и этот процесс по астрофизическим масштабам занимает очень недолгое время: всего 500000 лет. Вначале газ прозрачен. Каждая частица пыли излучает постоянно свет и тепло, и это излучение не задерживается окружающим газом, а беспрепятственно уходит в пространство.
Такова исходная прозрачная модель; дальнейшая судьба газового шара такова: газ свободно падает к центру; соответственно в центральной области накапливается вещество. У изначально однородного газового шара в центре образуется ядро с более высокой плотностью, которая и далее возрастает.
Ускорение силы тяжести вблизи центра становится больше, и скорость падения вещества сильнее всего нарастает вблизи центра. Почти весь водород переходит в молекулярную форму: атомы водорода попарно связываются в прочные молекулы. В это время температура газа невелика и пока не возрастает.
Газ всё еще настолько разрежё́н, что всё излучение проходит сквозь него наружу и не подогревает коллапсирующий шар. Только через несколько сотен тысяч лет плотность в центре возрастает до такой степени, что газ становится непрозрачным для излучения, уносящего тепло.
Вследствие этого в центре нашего большого газового шара образуется горячее ядро (радиус которого составляет примерно 1/250 первоначального радиуса шара), окруженное падающим веществом. С ростом температуры возрастает и давление, и в какой-то момент сжатие прекращается.
Радиус области уплотнения равен примерно радиусу орбиты Юпитера; в ядре в это время сосредоточено примерно 0,5% массы всего вещества, участвующего в процессе. Вещество продолжает падать на относительно небольшое ядро. Падающее вещество несет энергию, которая при падении превращается в излучение. Ядро же сжима́ется и нагревается всё сильнее.
Так продолжается, пока температура не достигнет примерно 2000 градусов. При этой температуре молекулы водорода начинают распадаться на отдельные атомы. Этот процесс имеет для ядра важные последствия. Ядро вновь начинает сжима́ться и сжима́ется до тех пор, пока выделяющаяся при этом энергия не превратит все молекулы водорода в отдельные атомы.
Новое ядро лишь немногим больше нашего Солнца. На это ядро падают остатки окружающего вещества, и из него в конечном счете образуется звезда с массой, равной солнечной. С этого момента интерес представляет в основном только это ядро.
Поскольку этому ядру предстоит в конце концов превратиться в звезду, его называют протозвездой. Его излучение поглощается падающим на него веществом; плотность и температура растут, атомы теряют свои электронные оболочки – как говорят, атомы ионизуются. Снаружи пока удается увидеть не так уж много.
Протозвезда окружена плотной оболочкой из падающих на нее газовых и пылевых масс, не пропускающей наружу видимое излучение; она освещает эту оболочку изнутри. Только когда основная часть массы оболочки упадет на ядро, оболочка станет прозрачной и мы увидим свет звезды. Пока остатки оболочки падают на ядро, оно сжима́ется, и температура в его недрах вследствие этого повышается.
Когда температура в центре достигнет 10 миллионов градусов, начинается термоядерное горение водорода. Коллапси́рующее облако, масса которого равна массе Солнца, становится совершенно нормальной звездой главной последовательности – это, так сказать, пра-Солнце (молодое Солнце).
К концу стадии протозвезды́, ещё до того, как звезда “выйдет” на главную последовательность, в её глубинах происходит конвекционный перенос энергии в более обширные области. Происходит активное перемешивание солнечного вещества.