Възрастът на Слънцето се оценява от повечето астрофизици на около 4,59 милиарда години. Тя е класифицирана като средна или дори малка звезда - такива звезди са съществували по-дълго от техните по-големи и бързо избледняващи сестри. Досега Слънцето е успяло да използва по-малко от половината от водорода, който съдържа: от 70,6 процента дял от първоначалната маса на слънчевата материя, 36,3 остават. В хода на термоядрените реакции водородът вътре в Слънцето се превръща в хелий.
За да протече реакцията на термоядрен синтез, са необходими висока температура и високо налягане. Водородните ядра са протони - елементарни частици с положителен заряд, между тях действа електростатично отблъскваща сила, предотвратявайки приближаването им. Но вътре има и значителни сили на всеобщо привличане, които пречат на протоните да се разпръснат. Напротив, те бутат протоните толкова близо един до друг, че започва ядреният синтез. Част от протоните се превръща в неутрони и силите на електростатичното отблъскване отслабват; в резултат на това светенето на слънцето се повишава. Учените изчисляват, че в началния етап от съществуването на Слънцето светимостта му е била само 70 процента от това, което излъчва днес, а през следващите 6,5 милиарда години светимостта на звездата само ще се увеличава.
Те обаче продължават да спорят с тази гледна точка, най-разпространената и включена в учебниците. А основната тема за спекулациите е именно химичният състав на слънчевото ядро, по който може да се съди само по много косвени данни. Една от конкурентните теории предполага, че основният елемент в слънчевото ядро изобщо не е водород, а желязо, никел, кислород, силиций и сяра. Светлинните елементи - водород и хелий - присъстват само на повърхността на Слънцето, а реакцията на синтез се улеснява от големия брой неутрони, излъчвани от ядрото.
Оливър Мануел разработва тази теория през 1975 г. и оттогава се опитва да убеди научната общност в нейната валидност. Той има редица привърженици, но повечето астрофизици го смятат за пълна глупост.
Снимка: НАСА и екипът за наследство на Хъбъл (AURA / STScI)
Променливата звезда V838 Monocerotis е разположена в края на нашата галактика. Това изображение показва част от прашния плик на звездата. Тази черупка е от шест светлинни години. Светлинното ехо, което се вижда сега, е само две години зад самата светкавица. Астрономите очакват светлинното ехо да продължи да мига прашната среда на V838 Mon, докато тя се разширява поне през останалото това десетилетие.
Която и теория да е вярна, „слънчевото гориво“рано или късно ще изтече. Поради липсата на водород термоядрените реакции ще започнат да спират и балансът между тях и силите на привличане ще бъде нарушен, което ще доведе до притискане на външните слоеве към сърцевината. От свиването концентрацията на останалия водород ще се увеличи, ядрените реакции ще се засилят и ядрото ще започне да се разширява. Общоприетата теория прогнозира, че на възраст от 7,5-8 милиарда години (тоест след 4-5 милиарда години) Слънцето ще се превърне в червен гигант: диаметърът му ще се увеличи повече от сто пъти, така че орбитите на първите три планети на Слънчевата система ще бъдат вътре в звездата … Ядрото е много горещо, а температурата на черупката на гигантите е ниска (около 3000 градуса) - и следователно червена на цвят.
Характерна особеност на червения гигант е, че водородът вече не може да служи като "гориво" за ядрените реакции вътре в него. Сега хелий, натрупан там в големи количества, започва да "гори". В този случай се образуват нестабилни изотопи на берилий, които при бомбардиране с алфа частици (тоест същите хелиеви ядра) се превръщат във въглерод.
Промоционално видео:
Именно по този начин животът на Земята и самата Земя най-вероятно вече е гарантирано да престане да съществува. Дори ниската температура, която ще има слънчевата периферия по това време, ще бъде достатъчна за нашата планета напълно да се изпари.
Разбира се, човечеството като цяло, като всеки човек поотделно, се надява на вечен живот. В момента, в който Слънцето се превърне в червен гигант, налага определени ограничения на този сън: ако човечеството успее да преживее такава катастрофа, то ще бъде само извън люлката си. Но е редно да припомним тук, че един от най-великите физици на нашето време Стивън Хокинг отдавна твърди, че моментът, когато единственият начин за оцеляване на човечеството ще бъде колонизация на други планети, почти е дошъл. Вътрешноземните причини ще направят тази люлка невъзможна за обитаване много по-рано, отколкото да се случи нещо лошо със Слънцето.
Нека разгледаме по-отблизо времето, което тук:
Тегло = 1,99 * 1030 кг.
Диаметър = 1.392.000 км.
Абсолютна величина = +4.8
Спектрален клас = G2
Повърхностна температура = 5800 ° K
Орбитален период = 25 часа (полюс) -35 часа (екватор)
Периодът на революция около центъра на галактиката = 200 000 000 години
Разстояние до центъра на галактиката = 25000 светлина. години
Скоростта на движение около центъра на галактиката = 230 км / сек.
Слънцето. Звездата, която породи всички живи същества в нашата система, е приблизително 750 пъти по-голяма от масата на всички други тела в Слънчевата система, следователно всичко в нашата система може да се счита, че се върти около Слънцето като общ център на масата.
Слънцето е сферично симетрична нажежаема плазмена топка в равновесие. Вероятно е възникнал заедно с други тела на Слънчевата система от мъглявина с газ и прах преди около 5 милиарда години. В началото на живота си слънцето беше около 3/4 водород. Тогава, поради гравитационното компресиране, температурата и налягането в червата се повишиха толкова много, че спонтанно започна да възниква термоядрена реакция, по време на която водородът се превръща в хелий. В резултат на това температурата в центъра на Слънцето се повиши много силно (около 15 000 000о К), а налягането във вътрешността му се увеличи толкова много (1,5х105 кг / м3), че успя да балансира силата на гравитацията и да спре гравитационното компресиране. Така възникна съвременната структура на Слънцето.
Забележка: Звездата съдържа гигантски резервоар с гравитационна енергия. Но вие не можете да черпите енергия от нея безнаказано. Необходимо е Слънцето да се свие и то трябва да намалява 2 пъти на всеки 30 милиона години. Общият запас от топлинна енергия в една звезда е приблизително равен на нейната гравитационна енергия с обратен знак, тоест от порядъка на GM2 / R. За Слънцето топлинната енергия е равна на 4 * 1041 J. Всяка секунда Слънцето губи 4 * 1026 Дж. Резервът от неговата топлинна енергия би бил достатъчен само за 30 милиона години. Термоядреният синтез спестява - комбинацията от леки елементи, придружена от гигантско отделяне на енергия. За първи път този механизъм, още през 20-те години на 20 век, бе посочен от английския астрофизик А. Едингтън, който забеляза, че четири ядра на водороден атом (протон) имат маса 6,69 * 10-27 кг, а ядрото на хелий - 6, 65 * 10-27 кг. Масовият дефект се обяснява с теорията на относителността. Според формулата на Айнщайн общата енергия на тялото е свързана с масата чрез съотношението E = Ms2. Енергията на свързване в хелия е с един нуклон повече, което означава, че потенциалният му кладенец е по-дълбок и общата му енергия е по-малка. Ако хелият по някакъв начин се синтезира от 1 кг водород, ще се освободи енергия равна на 6 * 1014 Дж. Това е приблизително 1% от общата енергия на изразходваното гориво. Толкова за вашия резервоар с енергия.
Съвременниците обаче бяха скептични към хипотезата на Едингтън. Според законите на класическата механика, за да се приближат протоните до разстояние от реда на радиуса на действие на ядрените сили, е необходимо да се преодолеят силите на отблъскването на Кулом. За това тяхната енергия трябва да надвишава стойността на кулоновската бариера. Изчислението показа, че за да започне процесът на термоядрен синтез, е необходима температура от около 5 милиарда градуса, но температурата в центъра на Слънцето е около 300 пъти по-ниска. По този начин Слънцето не изглеждаше достатъчно горещо, за да направи възможно синтеза на хелий.
Хипотезата на Едингтън беше спасена от квантовата механика. През 1928 г. младият съветски физик Г. А. Gamow откри, че според законите си частиците могат с известна вероятност да проникнат през потенциалната бариера, дори когато енергията им е под височината му. Това явление се нарича подбариерен или тунелен възел. (Последното фигуративно показва възможността да се открием от другата страна на планината, без да се изкачваме на върха й.) С помощта на тунелни преходи Гамов обясни законите на радиоактивния разпад и по този начин за първи път доказа приложимостта на квантовата механика за ядрените процеси (почти в същото време тунелните преходи бяха открити от Р. Хенри и Е. Кондън). Гъмов обърна внимание и на факта, че благодарение на тунелните преходи сблъскващите се ядра могат да се приближат една до друга и да влязат в ядрена реакция при енергиипо-малки стойности на кулоновата бариера. Това подтикна австрийския физик Ф. Хютерманс (на когото Гъмов разказа за работата си още преди публикуването им) и астронома Р. Аткинсън да се върне към идеята на Едингтън за ядрения произход на слънчевата енергия. И въпреки че едновременният сблъсък на четири протона и два електрона за образуване на хелиево ядро е изключително малко вероятно процес. През 1939 г. Г. Бете успява да намери верига (цикъл) от ядрени реакции, водещи до синтеза на хелий. Катализаторът за синтеза на хелий в цикъла на Бете са въглеродните ядра С12, броят на които остава непромененИ въпреки че едновременният сблъсък на четири протона и два електрона за образуване на хелиево ядро е изключително малко вероятно процес. През 1939 г. Г. Бете успява да намери верига (цикъл) от ядрени реакции, водещи до синтеза на хелий. Катализаторът за синтеза на хелий в цикъла на Бете са въглеродните ядра С12, броят на които остава непромененИ въпреки че едновременният сблъсък на четири протона и два електрона за образуване на хелиево ядро е изключително малко вероятно процес. През 1939 г. Г. Бете успява да намери верига (цикъл) от ядрени реакции, водещи до синтеза на хелий. Катализаторът за синтеза на хелий в цикъла на Бете са въглеродните ядра С12, броят на които остава непроменен
Така че - в действителност само централната им част с маса от 10% от общата маса може да служи като гориво за звездите. Нека изчислим колко време слънцето ще има достатъчно ядрено гориво.
Общата енергия на Слънцето е M * c2 = 1047 J, ядрената енергия (Ead) е приблизително 1%, т.е. 1045 J, и като се вземе предвид, че не всяка материя може да изгори, получаваме 1044 J. Разделяйки тази стойност на светимостта на Слънцето 4 * 1026 J / s, разбираме, че ядрената му енергия ще продължи 10 милиарда години.
Като цяло масата на звездата недвусмислено определя нейната по-нататъшна съдба, тъй като ядрената енергия на звездата е Ead ~ Mc2, а светимостта се държи приблизително като L ~ M3. Времето за изгаряне се нарича ядрено време; тя се определя като tad = ~ Ead / L = lO10 (M / M на Слънцето) -2 години.
Колкото по-голяма е звездата, толкова по-бързо тя изгаря!.. Съотношението на три характерни времена - динамично, топлинно и ядрено - определя характера на еволюцията на звездата. Фактът, че динамичното време е много по-кратко от топлинното и ядреното време, означава, че звездата винаги успява да стигне до хидростатично равновесие. А фактът, че топлинното време е по-малко от ядреното време, означава, че звездата има време да стигне до топлинно равновесие, тоест до равновесие между количеството енергия, освободено в центъра за единица време, и количеството енергия, излъчвано от повърхността на звездата (светимостта на звездата). На Слънцето на всеки 30 милиона години доставката на топлинна енергия се подновява. Но енергията на слънцето се носи от радиация. Това означава фотони. Фотон, роден в термоядрена реакция в центъра, се появява на повърхността след топлинно време, ~ 30 милиона години). Фотонът се движи със скоростта на светлината, но,Работата е там, че той, непрекъснато поглъщан и излъчван, силно обърква траекторията си, така че дължината му да се равнява на 30 милиона светлинни години. За толкова дълго време радиацията има време да влезе в топлинно равновесие с веществото, през което се движи. Следователно, спектърът на звездите и е близък до спектъра на черно тяло. Ако източниците на термоядрена енергия бяха "изключени" (като електрическа крушка) днес, Слънцето ще продължи да свети милиони години.тогава слънцето ще продължи да свети милиони години.тогава слънцето ще продължи да свети милиони години.
Но дори и ако пророчеството на Хокинг и неговите многобройни предшественици и съмишленици по света е предопределено да се сбъдне и човечеството тръгне да изгради „извънземна цивилизация“, съдбата на Земята пак ще тревожи хората. Затова много астрономи проявяват специален интерес към звезди, подобни на Слънцето по своите параметри - особено когато тези звезди се превръщат в червени гиганти.
Така група астрономи, водени от Сам Рагланд, използвайки инфрачервено-оптичен комплекс от три комбинирани телескопа Инфрачервено-оптичен телескоп на Аризона, изследва звезди с маси от 0,75 до 3 пъти по-голяма от масата на Слънцето, наближавайки края на тяхната еволюция. Приближаващият се край се идентифицира доста лесно по ниската интензивност на водородните линии в техните спектри и, напротив, по високата интензивност на линиите на хелия и въглерода.
Балансът на гравитационните и електростатичните сили в такива звезди е нестабилен и водородът и хелият вътре в тях се редуват като вид ядрено гориво, което причинява промени в яркостта на звездата с период от около 100 хиляди години. Много такива звезди прекарват последните 200 хиляди години от живота си като променливи от световен тип. (Световни променливи са звезди, чиято светимост редовно се променя с период от 80 до 1 хиляда дни. Те са кръстени на "прародителя" на класа, звездите на света в съзвездието Цетус).
Илюстрация: Уейн Питърсън / LCSE / University of Minnesota
Представен модел на червен пулсиращ гигант, създаден в компютърната лаборатория за наука и технологии в университета в Минесота. Вътрешен изглед на сърцевината на звездата: жълто и червено - области на високи температури, синьо и аква - области с ниски температури.
Именно в този клас се случи доста неочаквано откритие: близо до звездата V 391 в съзвездието Пегас е открита екзопланета, по-рано потопена в набъбналата черупка на звездата. По-точно звездата V 391 пулсира, поради което нейният радиус се увеличава и намалява. Планетата, откритието на която група астрономи от различни страни съобщава в септемврийския брой на списанието Nature, има маса повече от три пъти по-голяма от масата на Юпитер, а радиусът на орбитата й е един и половина по-голям от разстоянието, разделящо Земята от Слънцето.
Когато V 391 преминал етапа на червения гигант, радиусът му достигнал поне три четвърти от този на орбитата му. Към началото на разширяването на звездата обаче радиусът на орбитата, в която се намираше планетата, беше по-малък. Резултатите от това откритие оставят на Земята шанс да оцелее след експлозията на Слънцето, въпреки че параметрите на орбитата и радиусът на самата планета вероятно ще се променят.
Аналогията донякъде се разваля от факта, че тази планета, както и нейната родителска звезда, не са много подобни на Земята и Слънцето. И най-важното е, че V 391, когато се трансформира в червен гигант, „изпусна“значителна част от своята маса, което „спаси“планетата; но това се случва само на два процента от гиганти. Въпреки че „изхвърлянето“на външните черупки с превръщането на червения гигант в постепенно охлаждащо се бяло джудже, заобиколено от разширяваща се газова мъглявина, не е толкова рядко.
Прекалено близката среща със звездата й е най-очевидната, но не и единствената неприятност, която очаква Земята от други големи космически тела. Вероятно е Слънцето да се превърне в червен гигант, след като вече е напуснал нашата галактика. Факт е, че нашата галактика Млечен път и съседната гигантска галактика - мъглявината Андромеда, са били в гравитационно взаимодействие от милиони години, което в крайна сметка ще доведе до Андромеда да изтегли Млечния път към себе си и той ще стане част от тази голяма галактика. При новите условия Земята ще се превърне в съвсем различна планета, освен това в резултат на гравитационното взаимодействие Слънчевата система, подобно на стотици други системи, може буквално да се раздели. Тъй като гравитационното дърпане на мъглявината на Андромеда е много по-силно от гравитацията на Млечния път,последният го приближава със скорост около 120 км / сек. Използвайки компютърни модели, направени с точност от 2,6 милиона обекта, астрономите са определили, че след около 2 милиарда години галактиките ще се сближат и силата на гравитацията ще започне да деформира техните структури, образувайки дълги, привлекателни опашки от прах и газ, звезди и планети. След още 3 милиарда години галактиките ще влязат в пряк контакт, в резултат на което новата обединена галактика ще придобие елиптична форма (и двете галактики се считат за спирала днес). След още 3 милиарда години галактиките ще влязат в пряк контакт, в резултат на което новата обединена галактика ще придобие елиптична форма (и двете галактики се считат за спирала днес). След още 3 милиарда години галактиките ще влязат в пряк контакт, в резултат на което новата обединена галактика ще придобие елиптична форма (и двете галактики се считат за спирала днес).
Снимка: NASA, ESA и екипът за наследство на Хъбъл (STScI)
На това изображение две спирални галактики (голямата е NGC 2207, малката - IC 2163) преминават една в друга в областта на съзвездието Голямото куче, като величествени кораби. Силите на приливите и отливите на галактиката NGC 2207 са изкривили формата на IC 2163, хвърляйки звезди и газ в потоци, простиращи се в стотици хиляди светлинни години (в десния ъгъл на изображението).
Проф. Ави Льоб и неговият ученик Т. Дж. Кокс от Харвард Смитсониан предлагат, ако можем да наблюдаваме небето на нашата планета през прословутите 5 милиарда години, тогава вместо обичайния ни Млечен път - бледа ивица от мъгливи мигащи точки - щяхме да видим милиарди нови ярки звезди. В този случай нашата слънчева система би била разположена "в покрайнините" на нова галактика - на около сто хиляди светлинни години от центъра й, вместо на настоящите 25 хиляди светлинни години. Съществуват обаче и други изчисления: след пълното сливане на галактиките Слънчевата система може да се премести по-близо до центъра на галактиката (67 000 светлинни години), или може да се случи, че тя ще попадне в „опашката“- свързваща връзка между галактиките. И в последния случай, поради гравитационния ефект, планетите, разположени там, ще бъдат унищожени.
Като се има предвид бъдещето на Земята, Слънцето, Слънчевата система като цяло и Млечния път е също толкова вълнуващо, колкото и конвенционално научно. Огромните продължителности на прогнозите, липсата на факти и относителната слабост на технологиите, както и до голяма степен навикът на съвременните хора да мислят по отношение на киното и трилърите влияят върху факта, че предположенията за бъдещето приличат повече на научна фантастика, само със специален акцент върху първата дума.