Содержание
Какие бывают звёзды — современный взгляд – Мир Знаний
Звёзды на небе привлекали внимание ещё палеолитических охотников — сохранились схематические изображения созвездий, нанесённые на кости мамонтов. Крошечные, сияющие холодным светом огоньки считали знамениями богов, душами умерших предков хранителями и защитниками, оберегающими покой человека в ночной тьме. Но лишь относительно недавно человечество смогло приблизиться к их тайнам. Почему звёзды бывают разных размеров и какова их природа?
Супергиганты и субгиганты
Систематическими наблюдениями за звёздами первыми занялись вавилоняне, верившие, что все, происходящее на Земле, определяется небесными светилами. Рациональные греки применили научный подход к изучению небес. Аароном Гиппарх впервые создал каталог светил и выделил разные виды звёзд, основываясь на интенсивности свечения. Он выделил 6 классов яркости, а всего в его каталоге было 850 светил.
В Средние века исследования звёздного неба продолжили персидские и арабские астрономы. Окончанием Средневековья стала интеллектуальная революция в Европе: одним из ярких событий той эпохи стало появление революционной концепции Джордано Бруно.
Вдохновлённый идеями Коперника, он пошёл дальше — Бруно первый уверенно высказал мысль, что Солнце — это звезда, одна из бесчисленного множества звёзд Вселенной. А Земля, по мнению итальянского мыслителя, — всего лишь рядовая планета (Бруно был уверен в существовании множества обитаемых планет у звёзд безграничного космоса). Но это была только гениальная догадка — возможности науки в ту эпоху были ещё очень ограниченны, и проверить смелую гипотезу Бруно было невозможно. Потребовались почти три века развития научных знаний, прежде чем эти идеи смогли быть доказаны.
Чтобы иметь право утверждать, что Солнце — звезда, надо было ещё установить общность физической природы светил. Решить эту задачу позволило применения спектрального анализа. Этот метод позволил определить химический состав Солнца и температуру его поверхности. А поскольку звёздные лучи дали спектры, аналогичные солнечному, тождественность физической природы Солнца и звёзд была установлена, и больше уже не могло быть сомнения в том, что Солнце — это одна из звёзд. Также было установлено, что звезды по своим спектрам могут быть разделены на несколько «спектральных классов».
В начале XX века астрономы Герцшпрунг и Рассел распределили известные звёзды на диаграмме, где на одной оси была нанесена «абсолютная звёздная величина», характеризующая полное излучение во всех диапазонах электромагнитных волн, а на другой оси — «спектральный класс» светила. Оказалось, что большая часть звёзд сгруппирована вдоль узкой кривой. Эта диаграмма стала основой научной классификации звёзд.
На её основе был создан «код» для обозначения звезды: сначала идёт буквенное обозначение основного спектрального класса, далее арабскими цифрами уточняется спектральный подкласс, потом римскими цифрами идёт класс светимости. Спектры звёзд образуют температурную последовательность О-В-A-F-G-К-М (цвета излучения, соответственно: голубой, бело-голубой, белый, жёлто-белый, жёлтый, оранжевый, красный).
По светимости различают Ia — самые яркие супергиганты, Ib — яркие супергиганты, II — яркие гиганты, III — нормальные гиганты, IV — субгиганты, V — карлики. К примеру, Солнце имеет класс G2V, то есть это звезда спектрального класса G (такие звезды имеют жёлтый цвет), подкласса 2, класс светимости V (карлик).
Солнце — звезда на окраине Галактики
Однако понять природу светил было невозможно, пока оставался тайной источник энергии звёзд. Лишь в XX веке, с развитием квантовой физики, эту загадку удалось решить — источником энергии Солнца (и подобных солнцу звёзд) является термоядерная реакция превращения водорода в гелий. Это открытие позволило понять, какие звёзды есть во Вселенной и каков жизненный путь светил.
С тех пор как впервые появилась догадка о единой природе звёзд и Солнца, прошло много веков. Мощные телескопы позволили доказать, что звезда на самом деле вовсе не крохотный огонёк, а невообразимых размеров шар раскалённого газа, в котором происходят реакции термоядерного синтеза при фантастических температурах в миллионы Кельвинов.
Все звёзды, которые можно увидеть на небосводе невооружённым глазом, находятся в галактике Млечный Путь. Солнце — тоже часть этой звёздной системы, причём расположено оно на её окраине. Трудно вообразить, как выглядело бы ночное небо, если бы Солнце находилось в центре Млечного Пути и Земля была бы освещена светом сотен близких звёзд.
Светила тысячелетиями казались вечными и неизменными — что бы ни происходило на Земле, звёздное небо не менялось. Однако астрономы установили, что небесные тела имеют свой жизненный срок, они рождаются и умирают. Звёзды формируются из космических скоплений водорода. Такие облака газа занимают огромные пространства и могут иметь колоссальную массу, равную сотням солнечных масс. Если облако оказывается достаточно плотным, начинают действовать гравитационные силы, вызывающие сжатие газа и его нагрев. По достижении определённого предела в нагретом и сжатом центре облака начинаются термоядерные реакции — и в космосе вспыхивает новая звезда.
Все объекты Вселенной, галактики и звезды образовались из сравнительно однородного газа, заполнившего космос после большого взрыва. Но незначительные флуктуации плотности привели к громадным различиям при процессах гравитационного сжатия — по этой причине звезды и галактики так сильно отличаются друг от друга.
Разный жизненный цикл
Вопреки интуитивным ожиданиям, малые звёзды живут дольше больших. Наименьшими размерами среди звёзд отличаются красные карлики, масса которых не превышает трети солнечной массы, а температура поверхности красного карлика достигает лишь 3500 К. Звёзды этого типа испускают очень мало света, иногда в 10000 раз меньше Солнца. Из-за низкой интенсивности термоядерного «горения» водорода красные карлики имеют очень большую продолжительность жизни — от десятков миллиардов до десятков триллионов лет (например, красный карлик с массой в 0,1 массы Солнца будет гореть 10 триллионов лет). Со временем красные карлики постепенно сжимаются и всё больше нагреваются, пока не израсходуют весь запас водородного топлива (впрочем, до этого момента ещё далеко — ведь наша Вселенная возникла «всего лишь» 13 миллиардов лет назад). Следующий класс звёзд — это так называемые жёлтые карлики — небольшие звезды, имеющие массу от 0,8 до 1,2 массы Солнца и температуру поверхности 5000-6000 К.
Самым известным жёлтым карликом, разумеется, является наше Солнце. За свою долгую жизнь (миллиарды лет) они «горят» все более интенсивно. Например, наша звезда увеличивает свою яркость примерно на 10% каждый миллиард лет. С повышением температуры термоядерные реакции в звезде усложняются — гелий начинает превращаться в бериллий, а затем и в иные элементы таблицы Менделеева вплоть до железа. Через 5,4 млрд. лет Солнце достигнет своего максимально возможного размера, превратившись в красного гиганта (типичная судьба жёлтых карликов). При этом Солнце увеличится так, что его внешняя оболочка будет простираться до современной орбиты Земли (излучение нашего светила станет в 3 тысячи раз сильнее, чем сейчас). Затем, побыв красным гигантом примерно 100 миллионов лет, Солнце сбросит свои внешние оболочки и сожмётся в белого карлика.
Стремительное сжатие и чёрная дыра…
Иная судьба у звёзд-гигантов. Такая звезда «живёт», пока сохраняется «баланс сил» между силами гравитации, сжимающими её, и термоядерными реакциями, которые излучают энергию и стремятся «растолкать» вещество. Сгорает такая звезда очень быстро (по звёздным меркам) — за какие-то жалкие сотни миллионов лет. Когда термоядерные реакции в звезде слабеют («горючее» к тому времени оказывается выгоревшим), силы гравитации оказываются сильнее и давление излучения больше не в состоянии удерживать вещество от сжатия. Происходит катастрофически быстрый коллапс — за несколько секунд объём ядра звезды уменьшается в 100000 раз!
Стремительное сжатие приводит к тому, что кинетическая энергия вещества переходит в тепло и температура поднимается до сотен миллиардов Кельвинов, а светимость гибнущей звезды при этом возрастает в несколько миллиардов раз — «взрыв сверхновой» выжигает все в соседних областях космоса. В ядре гибнущей звезды электроны «вдавливаются» в протоны, так что внутри ядра остаются практически одни нейтроны.
Поверхностные же слои звезды взрываются, причём в условиях гигантских температур и чудовищного давления идут реакции с образованием тяжёлых элементов (вплоть до урана). Оставшееся после взрыва ядро становится нейтронной звездой. Это удивительный космический объект малого объёма, но чудовищной плотности. Диаметр обычной нейтронной звезды всего лишь 10-20 км, но при этом плотность вещества составляет 665 миллионов тонн на один кубический сантиметр!
Впрочем, не все сверхновые превращаются в нейтронные звезды. Когда масса звезды превосходит определённый предел (так называемый второй предел Чандрасекара), в процессе взрыва сверхновой остаётся слишком большая масса вещества, и гравитационное давление не в состоянии сдерживать ничто. Процесс становится необратим — всё вещество стягивается в одну точку, и образуется чёрная дыра — провал, безвозвратно поглощающий всё, даже солнечный свет.
Что мы знаем о Солнце и других звездах: интервью Сергея Попова
Раньше по звездам предсказывали судьбу, сегодня — находят новые экзопланеты. Что уже известно о нашей главной звезде и сколько еще ученым предстоит узнать, «РБК Трендам» рассказал астрофизик Сергей Попов
youtube.com/embed/B45b7kdVyD8″ title=»YouTube video player»>
Звезды изначально были основным объектом изучения астрономии, поскольку их довольно легко наблюдать. Сегодня интерес к ним переживает некий ренессанс, только на этот раз звезды становятся своеобразным инструментом для наблюдения за другими небесными телами. Так, ученые могут обнаруживать новые экзопланеты по необычному изменению скорости звезды или ее блеска.
Также звезды играют важную роль в изучении галактик, в первую очередь нашей, ведь в них «записаны» все этапы ее формирования. Исследуя различные параметры большого количества звезд, ученые составляют карту галактики и получают возможность заглянуть в ее историю. Эта информация также помогает понять, как формировались галактики других типов, что, в свою очередь, нужно для понимания того, как эволюционировала Вселенная.
В конце 2013 года был запущен космический телескоп оптического диапазона Gaia. Его программа наблюдений была рассчитана на пять лет, до 2019 года, но он работает до сих пор. Не исключено, что его миссию продлят до 2025 года. Этот спутник позволяет определить точные координаты, скорости и другие физические характеристики более чем для миллиарда звезд.
Из чего состоят звезды
Звезда — это газовый шар, в центральной части которого происходят термоядерные реакции. Именно благодаря им звезда может светить или достаточно мощно, или долго.
99% массы звезды составляют водород и гелий, а оставшийся процент — это важные «добавки», которые позволяют определить, например, когда звезда формировалась.
Дело в том, что все более тяжелые, чем водород и гелий, элементы образовались уже в результате жизни первых звезд. Часть этих элементов выбрасывалась наружу — к примеру, значительная доля элементов тяжелее железа появилась в результате вспышек сверхновых. Слияние двух нейтронных звезд также влечет за собой масштабные события с выбросом тяжелых элементов.
Фактически все железо, которое есть на Земле, появилось в результате взрыва белого карлика, вспышки сверхновой типа Ia. Поэтому можно сказать, что даже железный привкус крови — это вкус белого карлика.
Что такое Солнце и откуда на нем вспышки
Разумеется, главной звездой для человечества является Солнце, и его изучение имеет для нас самую непосредственную практическую значимость. Еще несколько десятилетий назад люди не были готовы к очень мощным солнечным вспышкам — достаточно вспомнить блэкаут в Квебеке в 1989 году, ставший результатом солнечной бури.
Вспышки на Солнце, конечно не грозят уничтожить Землю, как в фильме «Знамение», но вполне могут привести к серьезным техническим катастрофам. Мощные выбросы энергии приводят к возмущению магнитного поля Земли, и возникающие при этом в проводящих системах токи способны их повредить. Поэтому сейчас стараются исключить их воздействие на линии электропередач, газопроводы и нефтепроводы.
А вот спутники связи защитить сложнее. Солнечная активность представляет опасность и для других астрономических приборов, поэтому те же спутники иногда стараются запускать, когда Солнце спокойно.
Одна из самых больших проблем пилотируемого полета на Марс также заключается в том, что велика вероятность попадания корабля в корональный выброс — гигантское облако плазмы, выбрасываемое Солнцем во время вспышек. Возможно, ее можно решить дополнительной защитой для аппарата или экипажа — или же целесообразнее будет просто планировать полет на периоды спокойного Солнца.
Хорошая новость заключается в том, что мощная вспышка не может произойти внезапно. У Солнца есть одиннадцатилетний период активности, и если где-то в обозримом будущем есть шанс возникновения вспышки, опасной для человечества как биологического вида, астрономические наблюдения позволят предсказать это за десятилетия до события.
Обычно детям рассказывают, что через пять-шесть-семь миллиардов лет Солнце превратится в красный гигант, а затем и в белого карлика, и жизнь на Земле станет невозможна. Однако это неправда, потому что непригодной для жизни планета станет значительно раньше.
Мощность солнечного излучения медленно возрастает, это тренд в масштабе сотен миллионов лет. Климат на Земле становится более жарким за счет влияния Солнца. И если состав земной атмосферы сохранится примерно таким же, то из-за повышения солнечной светимости жизнь на планете закончится уже через миллиард лет. С учетом того, что мало у кого из землян есть планы на такой период, о неизбежной перспективе можно пока не беспокоиться.
Благодаря созданию новых спутников, наземных телескопов, включая нейтринные, в обозримом будущем, возможно, удастся в больших деталях разобраться в физике Солнца. Это важно в том числе и для предсказания эволюции земного климата.
От звезд к Солнцу и обратно
За счет подробного изучения Солнца при помощи нейтринных детекторов мы сейчас точно знаем, что в центре звезд происходят термоядерные реакции. Приборы регистрируют частицы, испущенные в недрах Солнца спустя несколько минут после их формирования. Даже при скорости, близкой к скорости света, частицам нужно больше восьми минут, чтобы долететь от центра Солнца до Земли, и на сегодняшний день мы научились регистрировать нейтрино от всех ключевых термоядерных реакций.
Если нейтринные детекторы дали возможность заглянуть в самый центр Солнца, то посмотреть, что происходит между центром и поверхностью звезды, удается благодаря гелиосейсмологии.
Вблизи солнечной поверхности возникают акустические волны, которые распространяются в недра, отражаются и выходят наружу. Видимая поверхность Солнца колеблется, «дышит»: есть множество разных волн, и даже один и тот же участок поверхности может участвовать в очень разных колебаниях. Это можно наблюдать, правда, регистрируют при этом не звук, а свет — благодаря эффекту Доплера. Картина, которая при этом получается, поддается интерпретации и моделированию, и в итоге мы узнаем, как меняется скорость звука в недрах Солнца и то, как там меняются температура и давление.
Полученные о Солнце знания ученые используют при изучении других звезд. У далеких светил может быть разная масса, химический состав, могут меняться магнитные поля или скорость вращения, но суть остается той же. Таким образом, даже не заглядывая в глубины других звезд, мы можем быть уверены, что они устроены так же, как Солнце.
Солнце: Факты о яркой звезде в центре Солнечной системы
На этом изображении Солнца, полученном Обсерваторией солнечной динамики, видна внешняя атмосфера Солнца, называемая короной, а также горячая плазма вспышки.
(Изображение предоставлено NASA/SDO и научными группами AIA, EVE и HMI.)
Солнце — желтый карлик в центре Солнечной системы , самый крупный, яркий и массивный объект в системе.
Солнце образовалось около 4,5 миллиардов лет назад. В то время площадь 9Галактика 0003 Млечный Путь , которая станет Солнечной системой, состояла из плотного облака газа — остатков звезд предыдущего поколения. Самая плотная область этого облака разрушилась и породила протозвезду, которая впоследствии стала солнцем. По мере того, как эта молодая протозвезда росла, планеты, луны и астероида формировались вокруг нее из того, что осталось от этого сырья, связанного на орбите с их родительской звездой ее огромной гравитацией.
В сердце солнца та же самая сила вспыхнула ядерный синтез , питающий звезду. Тепло и свет от этой ядерной реакции позволили жизни на Земле развиваться и процветать. Однако эта реакция в конечном итоге приведет к гибели Солнца , так как у Солнца в конечном итоге закончится ядерное топливо.
Солнце — звезда?
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела, которую астрономы используют для классификации текущей стадии существования звезды. Через центр проходит основная последовательность, где сидит наше солнце. Через миллиарды лет наша звезда переместится в гигантскую ветвь, а через миллиард лет здесь она переместится в участок белого карлика на диаграмме слева внизу. (Изображение предоставлено ESO)
Несмотря на свою важность для людей и всего живого на Земле, наш желтый карлик довольно средний. По сравнению с другими звездами масса Солнца около (2 x 10³⁰ кг) и его диаметр около 865 000 миль (1,392 миллиона километров) довольно типичны — астрономы наблюдали множество меньших звезд, а также звезды с массой в сотни раз больше. .
Солнце действительно отличается от других звезд тем, что оно одиноко в космосе. Согласно Австралийский телескоп National Facility (открывается в новой вкладке).
Из чего сделано солнце?
Представление художника о солнце, наблюдаемом солнечным зондом NASA Parker. (Изображение предоставлено NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben)
Солнце находится в периоде жизни звездного тела, в течение которого оно сплавляет водорода , чтобы создать гелия . Разница в массе между атомами водорода и дочерним атомом гелия высвобождается в виде энергии — тепла и света, которые поддерживают нашу планету. Это называется основной последовательностью.
До главной последовательности звезды, подобные Солнцу, существовали как так называемые протозвезды, собирая массу из своего окружения и увеличиваясь до массы, необходимой для начала синтеза.
Как и у всех звезд главной последовательности, большая часть солнечной массы состоит из водорода с примесью гелия и следов более тяжелых элементов , которые называются металличностью или «Z» звезды (астрономическое определение металл — «любой элемент тяжелее гелия»).
Соотношение массы Солнца составляет 73% водорода, 25% гелия и 2% металлов. Поколения звезд, которые предшествовали Солнцу, имели бы меньшее соотношение металлов, чем это, обогащая свои галактики более тяжелыми элементами после их смерти.
Чем больше звезда, тем быстрее она сжигает свой водород; согласно данным Технологического университета Суинберна в Австралии, срок жизни некоторых из крупнейших звезд , например, с массой в 40 раз больше массы Солнца , составляет всего миллион лет, тогда как срок жизни Солнца на главной последовательности составляет около 10 миллиардов лет. (откроется в новой вкладке).
Насколько горячо солнце?
Иллюстрация слоев солнца. Температуры различаются в разных частях Солнца и его атмосферы. (Изображение предоставлено НАСА/Годдард)
Температура ядра Солнца достигает 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию). Большая часть водорода в солнечном ядре существует в виде ионизированной плазмы, потому что условия там достаточно горячие и агрессивные, чтобы оторвать электроны от составляющих атомов.
Тем не менее, ядро солнца и этот мощный двигатель находятся вне поля зрения. Самая глубокая часть Солнца, которую мы видим на Земле , — это фотосфера, которая вольно принимается за «поверхность» для этого шара плазмы. Температура фотосферы колеблется от 6 700 до 14 000 F (от 3 700 до 7 700 C).
Над фотосферой находится рыхлая разреженная атмосфера Солнца, известная как корона. Корона не видна с Земли в обычных условиях, поскольку излучаемый ею свет подавляется светом фотосферы. Однако корона представляет собой одну из самых значительных тайн, окружающих Солнце.
Теоретические модели звезд ученых предполагают, что они должны становиться горячее по мере продвижения к их центру — как это видно в областях Солнца между фотосферой и ядром, называемых хромосферой и переходной областью, где температура резко возрастает до 900 000 F (500 000 C), согласно NASA (открывается в новой вкладке).
Тем не менее, корона при температуре около 900 000 F или выше на самом деле во много раз горячее, чем фотосфера на 1300 миль (2100 км) под ней.
Что питает солнце?
Первое опубликованное изображение Солнца, полученное солнечным телескопом Дэниела К. Иноуе, является изображением нашей звезды с самым высоким разрешением на сегодняшний день. (Изображение предоставлено: NSO/NSF/AURA)
Основным источником лучистой энергии солнца является процесс синтеза, называемый протон-протонной цепью (цепочка p-p). На солнце наиболее доминирующей из этих реакций является цепь ppI. Возникая как гравитационное давление в солнечном ядре, оно достаточно велико, чтобы сблизить атомные ядра водорода, преодолеть их положительный заряд и создать более тяжелые атомы.
Общий эффект цепочки ppI состоит в том, чтобы взять четыре атома водорода и слить их, чтобы создать атом гелия, два позитрона, два нейтрино и два гамма-лучей фотона, представляющих большую часть солнечной радиационной энергии.
Поскольку ядро Солнца богато свободными электронами, два позитрона быстро аннигилируют, а гамма-лучи какое-то время отражались от плотных недр звезды, прежде чем вырваться наружу. во-первых, это невероятно маломассивное незаряженное нейтрино.
Солнце производит солнечные нейтрино в таком изобилии, что около 100 миллиардов из них каждую секунду проходят через область размером с ноготь вашего тела , по данным Национальной ускорительной лаборатории Ферми.
Это показывает, что Солнце потребляет много водорода для поддержания своей светимости 3,846 × 1026 Вт, так как долго, прежде чем он иссякнет, и что произойдет потом?
Когда солнце умрет?
Красный гигант Camelopardalis. Наше Солнце в конечном итоге станет красным гигантом, и по мере расширения оно поглотит ближайшие планеты, включая Землю. (Изображение предоставлено ЕКА/НАСА)
Солнце находится примерно на полпути своей жизни на главной последовательности и синтезирует водород около 4,5 миллиардов лет. Наша звезда вовлечена в непрекращающуюся битву, поскольку внешнее радиационное давление, создаваемое ядерным синтезом, уравновешивает внутренние гравитационные силы. Когда примерно через 5 миллиардов лет водород в центре Солнца будет исчерпан, больше не будет силы, противодействующей внутренней силе гравитации .
Центр Солнца подвергнется гравитационному коллапсу, сжавшись в плотно компактное ядро. Это вызовет синтез гелия в еще более плотные элементы, такие как 9.0003 углерод , азот и кислород .
Пока это происходит, внешние оболочки Солнца будут испытывать противоположный эффект, поскольку тепло, выделяемое этими новыми процессами синтеза, заставляет их расширяться наружу, согласно NASA . Это плохая новость для внутренних планет Солнечной системы, включая Землю.
Когда Солнце войдет в эту фазу и станет тем, что известно как красный гигант, его внешняя оболочка раздуется и расширится до орбиты Марса, пожирает внутренние планеты , включая Землю. Однако фаза красного гиганта не является окончательным состоянием Солнца.
Станет ли Солнце черной дырой?
На этой иллюстрации НАСА изображена одинокая черная дыра в космосе, гравитация которой искажает вид звезд и галактик на заднем плане. (Изображение предоставлено Центром космических полетов имени Годдарда НАСА; фон, ESA/Gaia/DPAC) синтезируя все более тяжелые элементы вплоть до атомной массы железа.
В конечном итоге это приводит к мощному космическому взрыву, называемому сверхновой, и массивная звезда подвергается окончательному гравитационному коллапсу, превращаясь в нейтронную звезду или черную дыру — объект настолько плотный, что в непосредственной близости от него не может вырваться даже свет. его гравитационное воздействие.
Для звезд с массой нашего Солнца, однако, внешние слои, которые набухают во время фазы красного гиганта, становятся окружающей планетарной туманностью, но они сбрасываются примерно через 1 миллиард лет. Это обнажает тлеющее ядро звезды, которое к этому моменту находится в плотном состоянии существования, называемом белым карликом.
Будучи белым карликом, наше Солнце тускнеет, а материал, который он сбрасывает в предсмертной агонии, образует вокруг себя так называемую планетарную туманность. Это название немного сбивает с толку, поскольку оно имеет мало общего с реальными планетами. Этот материал в конечном итоге распространится дальше от звездного остатка и продолжит формировать строительные блоки следующего поколения звезд и планет, тем самым обеспечивая роль нашей звезды в звездном жизненном цикле Вселенной.
Дополнительные ресурсы
Солнечный Паркер недавно стал первым человеческим кораблем, «прикоснувшимся» к внешней атмосфере Солнца. Одной из его основных задач будет определение того, почему корона во много раз горячее фотосферы. Вы можете узнать больше о зонде и его миссии на канале НАСА в YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=LkaLfbuB_6E&t=88s
Как облака газа и пыли подвергаются гравитационному коллапсу, который превращает их в звезды, подобные солнцу? Команда космического телескопа Джеймса Уэбба дает объяснение. https://www.youtube.com/watch?v=L2d7joOgVLg (открывается в новой вкладке)
И на тему гравитационного коллапса. Академия Хана объясняет процессы, которые превращают звезды более массивные, чем наше Солнце, в нейтронные звезды и черные дыры. https://www.youtube.com/watch?v=UhIwMAhZpCo. gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html (открывается в новой вкладке)
Срок службы основной последовательности, Технологический университет Суинберна, доступ 05.03.22 https://astronomy.swin.edu.au/ space/m/main+sequence+lifetime
Двойные звезды, Австралийский национальный телескоп, по состоянию на 05.03.22, https://www.atnf.csiro.au/outreach/education/senior/astrophysics/binary_intro.html#:~:text=Actually%20most%20stars%20are%20in,distances%20of%20binaries%20vary%20огромно (откроется в новой вкладке)
Зеленый. С. Ф., Джонс. MH, «Введение в Солнце и звезды», Cambridge University Press , [2015].
Старение до гигантизма, НАСА, доступ 05.03.22 [ https://exoplanets.nasa.gov/life-and-death/chapter-6/ (открывается в новой вкладке)]
Почему победило Солнце ‘t Become a Black Hole , НАСА, по состоянию на 05. 03.22, https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/2019/why-the-sun-wont-become-a-black-hole (открывается в новой вкладке)
Слои Солнца, НАСА, Доступ 05.03.22, https://www.nasa.gov/mission_pages/iris/multimedia/layerzoo.html (открывается в новой вкладке)
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела, Государственный университет Нью-Мексико, доступ 03/ 22 мая, http://astronomy.nmsu.edu/geas/lectures/lecture23/slide02.html (открывается в новой вкладке)
Роберт Ли – научный журналист из Великобритании, специализирующийся на науке, космосе, физике, астрономии, астрофизике, космологии, квантовой механике и технологиях. Статьи Роба публиковались в журналах Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space и ZME Science. Он также пишет о научной коммуникации для Elsevier и European Journal of Physics. Роб имеет степень бакалавра наук в области физики и астрономии, полученную в Открытом университете Великобритании 9.0171
Солнце: Факты о яркой звезде в центре Солнечной системы
На этом изображении Солнца, полученном Обсерваторией солнечной динамики, видна внешняя атмосфера Солнца, называемая короной, а также горячая плазма вспышки.
(Изображение предоставлено NASA/SDO и научными группами AIA, EVE и HMI.)
Солнце — желтый карлик в центре Солнечной системы , самый крупный, яркий и массивный объект в системе.
Солнце образовалось около 4,5 миллиардов лет назад. В то время область галактики Млечный Путь , которая станет Солнечной системой, состояла из плотного облака газа — остатков более раннего поколения звезд. Самая плотная область этого облака разрушилась и породила протозвезду, которая впоследствии стала солнцем. По мере того, как эта молодая протозвезда росла, планеты, луны и астероида формировались вокруг нее из того, что осталось от этого сырья, связанного на орбите с их родительской звездой ее огромной гравитацией.
В центре Солнца та же самая сила зажгла ядерный синтез , питающий звезду. Тепло и свет от этой ядерной реакции позволили жизни на Земле развиваться и процветать. Однако эта реакция в конечном итоге приведет к гибели Солнца , так как у Солнца в конечном итоге закончится ядерное топливо.
Солнце — звезда?
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела, которую астрономы используют для классификации текущей стадии существования звезды. Через центр проходит основная последовательность, где сидит наше солнце. Через миллиарды лет наша звезда переместится в гигантскую ветвь, а через миллиард лет здесь она переместится в участок белого карлика на диаграмме слева внизу. (Изображение предоставлено ESO)
Несмотря на свою важность для людей и всего живого на Земле, наш желтый карлик довольно средний. По сравнению с другими звездами масса Солнца около (2 x 10³⁰ кг) и его диаметр около 865 000 миль (1,392 миллиона километров) довольно типичны — астрономы наблюдали множество меньших звезд, а также звезды с массой в сотни раз больше. .
Солнце действительно отличается от других звезд тем, что оно одиноко в космосе. Согласно Австралийский телескоп National Facility (открывается в новой вкладке).
Из чего сделано солнце?
Представление художника о солнце, наблюдаемом солнечным зондом NASA Parker. (Изображение предоставлено NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben)
Солнце находится в периоде жизни звездного тела, в течение которого оно сплавляет водорода , чтобы создать гелия . Разница в массе между атомами водорода и дочерним атомом гелия высвобождается в виде энергии — тепла и света, которые поддерживают нашу планету. Это называется основной последовательностью.
До главной последовательности звезды, подобные Солнцу, существовали как так называемые протозвезды, собирая массу из своего окружения и увеличиваясь до массы, необходимой для начала синтеза.
Как и у всех звезд главной последовательности, большая часть солнечной массы состоит из водорода с примесью гелия и следов более тяжелых элементов , которые называются металличностью или «Z» звезды (астрономическое определение металл — «любой элемент тяжелее гелия»).
Соотношение массы Солнца составляет 73% водорода, 25% гелия и 2% металлов. Поколения звезд, которые предшествовали Солнцу, имели бы меньшее соотношение металлов, чем это, обогащая свои галактики более тяжелыми элементами после их смерти.
Чем больше звезда, тем быстрее она сжигает свой водород; согласно данным Технологического университета Суинберна в Австралии, срок жизни некоторых из крупнейших звезд , например, с массой в 40 раз больше массы Солнца , составляет всего миллион лет, тогда как срок жизни Солнца на главной последовательности составляет около 10 миллиардов лет. (откроется в новой вкладке).
Насколько горячо солнце?
Иллюстрация слоев солнца. Температуры различаются в разных частях Солнца и его атмосферы. (Изображение предоставлено НАСА/Годдард)
Температура ядра Солнца достигает 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию). Большая часть водорода в солнечном ядре существует в виде ионизированной плазмы, потому что условия там достаточно горячие и агрессивные, чтобы оторвать электроны от составляющих атомов.
Тем не менее, ядро солнца и этот мощный двигатель находятся вне поля зрения. Самая глубокая часть Солнца, которую мы видим на Земле , — это фотосфера, которая вольно принимается за «поверхность» для этого шара плазмы. Температура фотосферы колеблется от 6 700 до 14 000 F (от 3 700 до 7 700 C).
Над фотосферой находится рыхлая разреженная атмосфера Солнца, известная как корона. Корона не видна с Земли в обычных условиях, поскольку излучаемый ею свет подавляется светом фотосферы. Однако корона представляет собой одну из самых значительных тайн, окружающих Солнце.
Теоретические модели звезд ученых предполагают, что они должны становиться горячее по мере продвижения к их центру — как это видно в областях Солнца между фотосферой и ядром, называемых хромосферой и переходной областью, где температура резко возрастает до 900 000 F (500 000 C), согласно NASA (открывается в новой вкладке).
Тем не менее, корона при температуре около 900 000 F или выше на самом деле во много раз горячее, чем фотосфера на 1300 миль (2100 км) под ней.
Что питает солнце?
Первое опубликованное изображение Солнца, полученное солнечным телескопом Дэниела К. Иноуе, является изображением нашей звезды с самым высоким разрешением на сегодняшний день. (Изображение предоставлено: NSO/NSF/AURA)
Основным источником лучистой энергии солнца является процесс синтеза, называемый протон-протонной цепью (цепочка p-p). На солнце наиболее доминирующей из этих реакций является цепь ppI. Возникая как гравитационное давление в солнечном ядре, оно достаточно велико, чтобы сблизить атомные ядра водорода, преодолеть их положительный заряд и создать более тяжелые атомы.
Общий эффект цепочки ppI состоит в том, чтобы взять четыре атома водорода и слить их, чтобы создать атом гелия, два позитрона, два нейтрино и два гамма-лучей фотона, представляющих большую часть солнечной радиационной энергии.
Поскольку ядро Солнца богато свободными электронами, два позитрона быстро аннигилируют, а гамма-лучи какое-то время отражались от плотных недр звезды, прежде чем вырваться наружу. во-первых, это невероятно маломассивное незаряженное нейтрино.
Солнце производит солнечные нейтрино в таком изобилии, что около 100 миллиардов из них каждую секунду проходят через область размером с ноготь вашего тела , по данным Национальной ускорительной лаборатории Ферми.
Это показывает, что Солнце потребляет много водорода для поддержания своей светимости 3,846 × 1026 Вт, так как долго, прежде чем он иссякнет, и что произойдет потом?
Когда солнце умрет?
Красный гигант Camelopardalis. Наше Солнце в конечном итоге станет красным гигантом, и по мере расширения оно поглотит ближайшие планеты, включая Землю. (Изображение предоставлено ЕКА/НАСА)
Солнце находится примерно на полпути своей жизни на главной последовательности и синтезирует водород около 4,5 миллиардов лет. Наша звезда вовлечена в непрекращающуюся битву, поскольку внешнее радиационное давление, создаваемое ядерным синтезом, уравновешивает внутренние гравитационные силы. Когда примерно через 5 миллиардов лет водород в центре Солнца будет исчерпан, больше не будет силы, противодействующей внутренней силе гравитации .
Центр Солнца подвергнется гравитационному коллапсу, сжавшись в плотно компактное ядро. Это вызовет синтез гелия в еще более плотные элементы, такие как 9. 0003 углерод , азот и кислород .
Пока это происходит, внешние оболочки Солнца будут испытывать противоположный эффект, поскольку тепло, выделяемое этими новыми процессами синтеза, заставляет их расширяться наружу, согласно NASA . Это плохая новость для внутренних планет Солнечной системы, включая Землю.
Когда Солнце войдет в эту фазу и станет тем, что известно как красный гигант, его внешняя оболочка раздуется и расширится до орбиты Марса, пожирает внутренние планеты , включая Землю. Однако фаза красного гиганта не является окончательным состоянием Солнца.
Станет ли Солнце черной дырой?
На этой иллюстрации НАСА изображена одинокая черная дыра в космосе, гравитация которой искажает вид звезд и галактик на заднем плане. (Изображение предоставлено Центром космических полетов имени Годдарда НАСА; фон, ESA/Gaia/DPAC) синтезируя все более тяжелые элементы вплоть до атомной массы железа.
В конечном итоге это приводит к мощному космическому взрыву, называемому сверхновой, и массивная звезда подвергается окончательному гравитационному коллапсу, превращаясь в нейтронную звезду или черную дыру — объект настолько плотный, что в непосредственной близости от него не может вырваться даже свет. его гравитационное воздействие.
Для звезд с массой нашего Солнца, однако, внешние слои, которые набухают во время фазы красного гиганта, становятся окружающей планетарной туманностью, но они сбрасываются примерно через 1 миллиард лет. Это обнажает тлеющее ядро звезды, которое к этому моменту находится в плотном состоянии существования, называемом белым карликом.
Будучи белым карликом, наше Солнце тускнеет, а материал, который он сбрасывает в предсмертной агонии, образует вокруг себя так называемую планетарную туманность. Это название немного сбивает с толку, поскольку оно имеет мало общего с реальными планетами. Этот материал в конечном итоге распространится дальше от звездного остатка и продолжит формировать строительные блоки следующего поколения звезд и планет, тем самым обеспечивая роль нашей звезды в звездном жизненном цикле Вселенной.
Дополнительные ресурсы
Солнечный Паркер недавно стал первым человеческим кораблем, «прикоснувшимся» к внешней атмосфере Солнца. Одной из его основных задач будет определение того, почему корона во много раз горячее фотосферы. Вы можете узнать больше о зонде и его миссии на канале НАСА в YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=LkaLfbuB_6E&t=88s
Как облака газа и пыли подвергаются гравитационному коллапсу, который превращает их в звезды, подобные солнцу? Команда космического телескопа Джеймса Уэбба дает объяснение. https://www.youtube.com/watch?v=L2d7joOgVLg (открывается в новой вкладке)
И на тему гравитационного коллапса. Академия Хана объясняет процессы, которые превращают звезды более массивные, чем наше Солнце, в нейтронные звезды и черные дыры. https://www.youtube.com/watch?v=UhIwMAhZpCo. gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html (открывается в новой вкладке)
Срок службы основной последовательности, Технологический университет Суинберна, доступ 05.03.22 https://astronomy.swin.edu.au/ space/m/main+sequence+lifetime
Двойные звезды, Австралийский национальный телескоп, по состоянию на 05. 03.22, https://www.atnf.csiro.au/outreach/education/senior/astrophysics/binary_intro.html#:~:text=Actually%20most%20stars%20are%20in,distances%20of%20binaries%20vary%20огромно (откроется в новой вкладке)
Зеленый. С. Ф., Джонс. MH, «Введение в Солнце и звезды», Cambridge University Press , [2015].
Старение до гигантизма, НАСА, доступ 05.03.22 [ https://exoplanets.nasa.gov/life-and-death/chapter-6/ (открывается в новой вкладке)]
Почему победило Солнце ‘t Become a Black Hole , НАСА, по состоянию на 05.03.22, https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/2019/why-the-sun-wont-become-a-black-hole (открывается в новой вкладке)
Слои Солнца, НАСА, Доступ 05.03.22, https://www.nasa.gov/mission_pages/iris/multimedia/layerzoo.html (открывается в новой вкладке)
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела, Государственный университет Нью-Мексико, доступ 03/ 22 мая, http://astronomy.nmsu.edu/geas/lectures/lecture23/slide02.html (открывается в новой вкладке)
Роберт Ли – научный журналист из Великобритании, специализирующийся на науке, космосе, физике, астрономии, астрофизике, космологии, квантовой механике и технологиях.