Vârsta Soarelui este estimată de majoritatea astrofizicienilor la aproximativ 4,59 miliarde de ani. Este clasificată ca o stea medie sau chiar mică - astfel de stele au existat mai mult decât surorile lor mai mari și decolorate rapid. Până acum, Soarele a reușit să utilizeze mai puțin de jumătate din hidrogenul pe care îl conține: dintr-o pondere de 70,6 la sută din masa inițială de materie solară, 36,3 rămân. În cursul reacțiilor termonucleare, hidrogenul din interiorul Soarelui se transformă în heliu.
Pentru ca reacția de fuziune termonucleară să se desfășoare, este necesară o temperatură ridicată și o presiune ridicată. Nucleii de hidrogen sunt protoni - particule elementare cu sarcină pozitivă, o forță de repulsie electrostatică acționează între ele, împiedicându-le să se apropie. Dar în interior există și forțe semnificative de atracție universală, care împiedică împrăștierea protonilor. Dimpotrivă, ei împing protonii atât de strâns încât începe fuziunea nucleară. O parte din protoni se transformă în neutroni, iar forțele repulsiei electrostatice sunt slăbite; ca urmare, luminozitatea soarelui răsare. Oamenii de știință estimează că, în stadiul inițial al existenței Soarelui, luminozitatea sa a fost doar 70 la sută din ceea ce emite astăzi, iar în următorii 6,5 miliarde de ani, luminozitatea stelei va crește doar.
Cu toate acestea, ei continuă să argumenteze acest punct de vedere, cel mai răspândit și inclus în manualele. Și principalul subiect pentru speculații este tocmai compoziția chimică a miezului solar, care poate fi evaluat doar prin date foarte indirecte. Una dintre teoriile concurente sugerează că elementul principal din nucleul solar nu este deloc hidrogen, ci fier, nichel, oxigen, siliciu și sulf. Elementele ușoare - hidrogen și heliu - sunt prezente doar pe suprafața Soarelui, iar reacția de fuziune este facilitată de numărul mare de neutroni emiși din miez.
Oliver Manuel a dezvoltat această teorie în 1975 și încearcă să convingă comunitatea științifică de validitatea ei de atunci. El are o serie de susținători, dar majoritatea astrofizicienilor consideră că este o prostie completă.
Foto: NASA și Echipa Hubble Heritage (AURA / STScI)
Stea variabilă V838 Monocerotis este localizată la marginea galaxiei noastre. Această imagine arată o parte din plicul prăfuit al stelei. Această coajă are șase ani-lumină. Acest ecou ușor, care este vizibil acum, rămâne în urmă în raport cu blițul în sine doar de doi ani. Astronomii se așteaptă ca ecoul luminos să continue să lumineze împrejurimile prăfuite ale V838 lun, deoarece se extinde cel puțin pentru restul acestui deceniu.
Orice teorie este corectă, „combustibilul solar” mai devreme sau mai târziu va fi epuizat. Din cauza lipsei de hidrogen, reacțiile termonucleare vor începe să se oprească, iar echilibrul dintre ele și forțele de atracție va fi încălcat, determinând apăsarea straturilor exterioare împotriva miezului. Din contracție concentrația hidrogenului rămas va crește, reacțiile nucleare se vor intensifica, iar miezul va începe să se extindă. Teoria general acceptată prevede că la vârsta de 7,5-8 miliarde de ani (adică după 4-5 miliarde de ani), Soarele se va transforma într-un gigant roșu: diametrul său va crește de peste o sută de ori, astfel încât orbitele primelor trei planete ale sistemului solar vor fi în interiorul stelei … Miezul este foarte cald, iar temperatura cochiliei uriașilor este scăzută (aproximativ 3000 de grade) - și, prin urmare, de culoare roșie.
O caracteristică caracteristică a gigantului roșu este că hidrogenul nu mai poate servi drept „combustibil” pentru reacțiile nucleare din interiorul său. Acum heliul, acumulat acolo în cantități mari, începe să „ardă”. În acest caz, se formează izotopi instabili de beriliu, care, atunci când sunt bombardați cu particule alfa (adică aceiași nuclei de heliu), se transformă în carbon.
Video promotional:
De aceea, viața pe Pământ, și Pământul în sine, este cel mai probabil deja garantat să înceteze să existe. Chiar și temperatura scăzută pe care o va avea periferia solară la acel moment va fi suficientă pentru ca planeta noastră să se evapore complet.
Desigur, umanitatea în ansamblu, ca fiecare persoană în mod individual, speră la viața veșnică. Momentul în care Soarele se transformă într-un gigant roșu impune anumite restricții asupra acestui vis: dacă umanitatea reușește să supraviețuiască unei astfel de catastrofe, va fi doar în afara leagănului său. Dar este pertinent să reamintim aici că unul dintre cei mai mari fizicieni ai vremii noastre, Stephen Hawking, a susținut mult timp că momentul în care singura cale de a supraviețui umanității va fi colonizarea altor planete. Motivele intraterestre vor face ca acest leagăn să fie imposibil de locuit mult mai devreme decât se întâmplă ceva rău cu Soarele.
Să aruncăm o privire mai atentă la calendarul de aici:
Greutate = 1,99 * 1030 kg.
Diametru = 1.392.000 km.
Mărimea absolută = +4,8
Clasa spectrală = G2
Temperatura suprafeței = 5800 ° K
Perioada orbitala = 25 ore (pol) -35 ore (ecuator)
Perioada de revoluție în jurul centrului galaxiei = 200.000.000 de ani
Distanța până la centrul galaxiei = 25000 lumină. varsta
Viteza de mișcare în jurul centrului galaxiei = 230 km / sec.
Soarele. Steaua care a dat naștere tuturor viețuitoarelor din sistemul nostru este de aproximativ 750 de ori mai mare decât toate celelalte corpuri din sistemul solar, prin urmare, totul din sistemul nostru poate fi considerat rotit în jurul soarelui ca un centru comun de masă.
Soarele este o bilă plasmatică incandescentă simetrică în echilibru. Probabil a apărut împreună cu alte corpuri ale sistemului solar dintr-o nebuloasă de gaz și praf în urmă cu aproximativ 5 miliarde de ani. La începutul vieții sale, soarele era cam 3/4 hidrogen. Apoi, din cauza compresiunii gravitaționale, temperatura și presiunea în intestine au crescut atât de mult încât a început să se producă în mod spontan o reacție termonucleară, în timpul căreia hidrogenul a fost transformat în heliu. Drept urmare, temperatura din centrul Soarelui a crescut foarte puternic (aproximativ 15.000.000® K), iar presiunea din interiorul său a crescut atât de mult (1.5x105 kg / m3) încât a putut să echilibreze forța gravitației și să oprească compresia gravitațională. Așa a apărut structura modernă a Soarelui.
Notă: Steaua conține un rezervor uriaș de energie gravitațională. Dar nu poți scoate energia din ea cu impunitate. Este necesar ca Soarele să se micșoreze și ar trebui să scadă de 2 ori la fiecare 30 de milioane de ani. Furnizarea totală de energie termică într-o stea este aproximativ egală cu energia gravitațională cu semnul opus, adică de ordinul GM2 / R. Pentru Soare, energia termică este egală cu 4 * 1041 J. În fiecare secundă, Soarele pierde 4 * 1026 J. Rezerva de energie termică ar fi suficientă pentru 30 de milioane de ani. Fuziunea termonucleară economisește - combinația de elemente ușoare, însoțită de o eliberare de energie uriașă. Pentru prima dată, acest mecanism, încă din anii 20 ai secolului XX, a fost subliniat de astrofizicianul englez A. Edington, care a observat că patru nuclei ai unui atom de hidrogen (proton) au o masă de 6,69 * 10-27 kg și un nucleu de heliu - 6, 65 * 10-27 kg. Defectul de masă este explicat de teoria relativității. Conform formulei lui Einstein, energia totală a corpului este legată de masă prin raportul E = Ms2. Energia de legare în heliu este cu un nucleon mai mult, ceea ce înseamnă că puterea sa este mai profundă și energia totală este mai mică. Dacă heliul este sintetizat cumva din 1 kg de hidrogen, va fi eliberată o energie egală cu 6 * 1014 J. Aceasta este aproximativ 1% din energia totală a combustibilului uzat. Atât de mult pentru rezervorul dvs. de energie.
Contemporanele erau însă sceptice față de ipoteza lui Edington. Conform legilor mecanicii clasice, pentru a apropia protonii la o distanță de ordinea razei de acțiune a forțelor nucleare, este necesară depășirea forțelor de repulsie Coulomb. Pentru aceasta, energia lor trebuie să depășească valoarea barierei Coulomb. Calculul a arătat că pentru a începe procesul de fuziune termonucleară, este necesară o temperatură de aproximativ 5 miliarde de grade, dar temperatura din centrul Soarelui este de aproximativ 300 de ori mai mică. Astfel, Soarele nu părea suficient de cald pentru a face posibilă fuziunea cu heliu.
Ipoteza lui Edington a fost salvată de mecanica cuantică. În 1928, tânărul fizician sovietic G. A. Gamow a descoperit că, în conformitate cu legile sale, particulele pot pătrunde cu o oarecare probabilitate prin bariera potențială chiar și atunci când energia lor este sub înălțimea sa. Acest fenomen se numește sub-barieră sau joncțiune tunel. (Acesta din urmă indică la figurat posibilitatea de a se găsi pe partea cealaltă a muntelui, fără a se urca pe vârful său.) Cu ajutorul tranzițiilor tunelului, Gamow a explicat legile decăderii radioactive și, astfel, a demonstrat pentru prima dată aplicabilitatea mecanicii cuantice la procesele nucleare (aproape în același timp, tranzițiile tunelului au fost descoperit de R. Henry și E. Condon). Gamow a atras atenția și asupra faptului că, datorită tranzițiilor tunelului, nucleele care se ciocnesc se pot apropia unele de altele și pot intra într-o reacție nucleară la energiivalori mai mici ale barierei Coulomb. Acest lucru l-a determinat pe fizicianul austriac F. Houtermans (căruia Gamow i-a povestit despre lucrările sale chiar înainte de publicarea lor) și pe astronomul R. Atkinson să se întoarcă la ideea lui Edington despre originea nucleară a energiei solare. Și deși coliziunea simultană a patru protoni și doi electroni pentru a forma un nucleu de heliu este un proces extrem de puțin probabil. În 1939, G. Bethe a reușit să găsească un lanț (ciclu) de reacții nucleare care să conducă la sinteza heliului. Catalizatorul pentru sinteza heliului din ciclul Bethe este nucleele de carbon C12, numărul cărora rămâne neschimbatȘi deși coliziunea simultană a patru protoni și doi electroni pentru a forma un nucleu de heliu este un proces extrem de puțin probabil. În 1939, G. Bethe a reușit să găsească un lanț (ciclu) de reacții nucleare care să conducă la sinteza heliului. Catalizatorul pentru sinteza heliului din ciclul Bethe este nucleele de carbon C12, numărul cărora rămâne neschimbatȘi deși coliziunea simultană a patru protoni și doi electroni pentru a forma un nucleu de heliu este un proces extrem de puțin probabil. În 1939, G. Bethe a reușit să găsească un lanț (ciclu) de reacții nucleare care să conducă la sinteza heliului. Catalizatorul pentru sinteza heliului din ciclul Bethe este nucleele de carbon C12, numărul cărora rămâne neschimbat
Deci - în realitate, numai partea lor centrală cu o masă de 10% din masa totală poate servi drept combustibil pentru stele. Să calculăm cât timp va avea soarele suficient combustibil nuclear.
Energia totală a Soarelui este M * c2 = 1047 J, energia nucleară (Ead) este de aproximativ 1%, adică 1045 J și ținând cont că nu toată materia poate arde, obținem 1044 J. Împărțind această valoare în funcție de luminozitatea Soarelui 4 * 1026 J / s, obținem că energia sa nucleară va dura 10 miliarde de ani.
În general, masa unei stele își determină fără echivoc soarta ulterioară, deoarece energia nucleară a stelei este Ead ~ Mc2, iar luminozitatea se comportă aproximativ ca L ~ M3. Timpul de ardere se numește timp nuclear; este definit ca tad = ~ Ead / L = lO10 (M / M a Soarelui) -2 ani.
Cu cât steaua este mai mare, cu atât se arde mai repede!.. Raportul de trei ori caracteristice - dinamic, termic și nuclear - determină caracterul evoluției stelei. Faptul că timpul dinamic este mult mai scurt decât timpul termic și nuclear înseamnă că steaua reușește întotdeauna să ajungă la echilibrul hidrostatic. Și faptul că timpul termic este mai mic decât timpul nuclear înseamnă că steaua are timp să ajungă la echilibru termic, adică la echilibru între cantitatea de energie eliberată în centru pe unitatea de timp și cantitatea de energie emisă de suprafața stelei (luminozitatea stelei). La Soare la fiecare 30 de milioane de ani, aprovizionarea cu energie termică este reînnoită. Dar energia la soare este purtată de radiații. Asta înseamnă fotoni. Un foton, născut într-o reacție termonucleară la centru, apare la suprafață după un timp termic, ~ 30 milioane de ani). Fotonul se mișcă cu viteza luminii, dar,lucrul este că, în permanență absorbit și re-emis, își confundă foarte mult traiectoria, astfel încât lungimea sa devine egală cu 30 de milioane de ani-lumină. Pentru o perioadă atât de lungă de timp, radiațiile au timp să intre în echilibru termic cu substanța prin care se mișcă. Prin urmare, spectrul stelelor și este apropiat de spectrul unui corp negru. Dacă sursele de energie termonucleară ar fi „oprite” (ca un bec) astăzi, Soarele ar continua să strălucească milioane de ani.atunci soarele va continua să strălucească milioane de ani.atunci soarele va continua să strălucească milioane de ani.
Dar chiar dacă profeția lui Hawking și a numeroșilor săi predecesori și oameni similari din întreaga lume este destinată să devină realitate și umanitatea merge să construiască o „civilizație extraterestră”, soarta Pământului va îngrijora oamenii. Prin urmare, mulți astronomi au un interes special pentru stele similare cu Soarele în parametrii lor - mai ales atunci când aceste stele se transformă în giganți roșii.
Astfel, un grup de astronomi condus de Sam Ragland, folosind un complex infrarosu-optic de trei telescoape combinate Infrarosu-Optic Telescop Array Arizona, a studiat stele cu mase de la 0,75 până la 3 ori mai mare decât Soarele, apropiindu-se de sfârșitul evoluției lor. Capătul care se apropie este destul de ușor identificat de intensitatea scăzută a liniilor de hidrogen din spectrele lor și, dimpotrivă, de intensitatea ridicată a liniilor de heliu și carbon.
Echilibrul forțelor gravitaționale și electrostatice din astfel de stele este instabil, iar hidrogenul și heliul din interiorul lor alternează ca un tip de combustibil nuclear, ceea ce provoacă schimbări în luminozitatea stelei cu o perioadă de aproximativ 100 de mii de ani. Multe astfel de stele petrec ultimele 200 de mii de ani din viața lor ca variabile de tip Mondial. (Variabilele lumii sunt stele a căror luminozitate se schimbă regulat cu o perioadă de la 80 la 1 mii de zile. Ele sunt numite după „progenitorul” clasei, stelele Lumii din constelația Cetus).
Ilustrație: Wayne Peterson / LCSE / Universitatea din Minnesota
Un model redat al unui gigant pulsativ roșu creat la Laboratorul de Știință și Tehnologie Calculațională de la Universitatea din Minnesota. Vedere internă a miezului stelei: galben și roșu - zone de temperaturi ridicate, albastru și acvatic - zone de temperaturi scăzute.
În această clasă a avut loc o descoperire destul de neașteptată: în apropierea stelei V 391 din constelația Pegasus, a fost descoperită o exoplanetă, cufundată anterior în învelișul umflat al stelei. Mai exact, steaua V 391 pulsează, datorită căreia raza ei crește și scade. Planeta, descoperirea căreia un grup de astronomi din diferite țări a raportat în numărul din septembrie al jurnalului Nature, are o masă de peste trei ori mai mare decât Jupiter, iar raza orbitei sale este de o dată și jumătate distanța care separă Pământul de Soare.
Când V 391 a trecut de stadiul uriașului roșu, raza sa a ajuns la cel puțin trei sferturi din cea a orbitei sale. Cu toate acestea, până la începutul extinderii stelei, raza orbitei pe care era situată planeta era mai mică. Rezultatele acestei descoperiri lasă Pământului o șansă de a supraviețui după explozia Soarelui, deși parametrii orbitei și raza planetei în sine pot să se schimbe.
Analogia este oarecum stricată de faptul că această planetă, precum și steaua ei părinte, nu sunt foarte asemănătoare cu Pământul și Soarele. Și cel mai important, V 391, când s-a transformat într-un gigant roșu, a „aruncat” o parte semnificativă a masei sale, care a „salvat” planeta; dar asta se întâmplă doar la două la sută dintre giganți. Deși „aruncarea” cochiliei exterioare cu transformarea gigantului roșu într-o pitică albă care se răcește înconjurată de o nebuloasă de gaz în expansiune nu este atât de rară.
O întâlnire prea strânsă cu steaua ei este cea mai evidentă, dar nu singura problemă care așteaptă Pământul de la alte corpuri cosmice mari. Este probabil ca Soarele să se transforme într-un gigant roșu, părăsind deja galaxia noastră. Cert este că galaxia noastră Calea Lactee și galaxia uriașă vecină, Nebula Andromeda, sunt în interacțiune gravitațională de milioane de ani, ceea ce va duce în cele din urmă la Andromeda să tragă Calea Lactee spre sine și va deveni parte a acestei mari galaxii. În noile condiții, Pământul va deveni o planetă complet diferită, în plus, ca urmare a interacțiunii gravitaționale, Sistemul Solar, la fel ca sute de alte sisteme, poate fi literalmente desprins. Întrucât atracția gravitațională a Nebuloasei Andromedelor este mult mai puternică decât gravitația Căii Lactee,acesta din urmă se apropie de el cu o viteză de aproximativ 120 km / s. Folosind modele computerizate realizate cu o precizie de 2,6 milioane de obiecte, astronomii au stabilit că în aproximativ 2 miliarde de ani, galaxiile vor converge, iar forța gravitației va începe să-și deformeze structurile, formând cozi lungi și atractive de praf și gaz, stele și planete. În alți 3 miliarde de ani, galaxiile vor intra în contact direct, ca urmare a faptului că noua galaxie unită va lua o formă eliptică (ambele galaxii sunt considerate spirală astăzi). În încă 3 miliarde de ani, galaxiile vor intra în contact direct, ca urmare a faptului că noua galaxie unită va lua o formă eliptică (ambele galaxii sunt considerate spirală astăzi). În alți 3 miliarde de ani, galaxiile vor intra în contact direct, ca urmare a faptului că noua galaxie unită va lua o formă eliptică (ambele galaxii sunt considerate spirală astăzi).
Foto: NASA, ESA și Echipa Hubble Heritage (STScI)
În această imagine, două galaxii în spirală (cea mare este NGC 2207, cea mică - IC 2163) se trec reciproc în regiunea constelației Câinelui Mare, precum navele maiestuoase. Forțele de maree ale galaxiei NGC 2207 au denaturat forma IC 2163, aruncând stele și gaz în fluxuri care se întind de sute de mii de ani-lumină (în colțul drept al imaginii).
Centrul de astrofizică din Harvard Smithsonian pentru prof. Avi Loeb și elevul său TJ Cox au sugerat că, dacă am putea observa cerul planetei noastre, prin notorii de 5 miliarde de ani Apoi, în loc de calea noastră lactuală obișnuită - o linie palidă de puncte slabe și sclipitoare - am vedea miliarde de stele strălucitoare. În acest caz, sistemul nostru solar ar fi localizat „la periferia” unei noi galaxii - la aproximativ o sută de mii de ani lumină de centrul acesteia, în loc de 25 de mii de ani lumini. Cu toate acestea, există și alte calcule: după fuziunea completă a galaxiilor, sistemul solar se poate apropia mai mult de centrul galaxiei (67.000 de ani lumină), sau se poate întâmpla ca acesta să cadă în „coadă” - o legătură de legătură între galaxii. Și în ultimul caz, datorită efectului gravitațional, planetele amplasate acolo vor fi distruse.
Având în vedere viitorul Pământului, al Soarelui, al sistemului solar în ansamblul său, iar Calea Lactee este la fel de interesantă pe cât este convențional științifică. Perioadele uriașe de timp ale predicțiilor, lipsa faptelor și slăbiciunea relativă a tehnologiei, precum și în mare măsură obiceiul oamenilor moderni de a gândi în ceea ce privește cinematografia și thrillerele, influențează faptul că presupunerile despre viitor seamănă mai mult cu știința ficțiunii, doar cu accent special pe primul cuvânt.
