МОУ «Гимназия №7»

Реферат на тему:

«Сколько лет Солнцу и звездам»

Выполнила ученица 10 класса Екатерина Заборова

Руководитель: учитель физики Н.П. Добродумова

2010г.

г. Торжок

«Звезды светят; этот самый простой наблюдательный факт немедленно приводит к заключению, что они должны эволюционировать» .

Р. Л. Сире, Р. Р. Браунли

Цель: проанализировать информацию современных представлений о происхождении и эволюции Солнца и звезд.

Задачи: выяснить основные источники энергии Солнца.

Введение .

Если спросить любого человека , какое из небесных светил имеет наибольшее значение для нас на Земле, то, наверно, услышим, что Солнце . Что такое Солнце? Первое, что приходит на ум, солнце – это источник света, тепла и уюта, без которых не было бы возможно существование жизни на Земле. Наши предки понимали, как сильно их существование зависит от Солнца и поэтому относились к нему почтительно, поклоняясь ему и обожествляя его. Современные исследования ближайшей к нам звезды подтверждают ее бесконечное влияние на нашу жизнь.

Главная нераскрытая тайна, артефакт Солнечной системы - это, пожалуй, возраст ее обитателей. Никто с уверенностью не может сказать, например, сколько лет Солнцу, Земле, Луне и т.д., не говоря уж о том, сколько лет самой Солнечной системе. Поэтому цель, которую я поставила перед собой: проанализировать информацию современных представлений о происхождении и эволюции Солнца и звезд.

1.Как велика энергия Солнца и звезд

Можно ли определить возраст Солнца и других звезд? В состоянии ли мы узнать, старше Солнце, чем Земля, моложе ее или является ее сверстником? Всегда ли были Солнце и звезды такими же, как сейчас, всегда ли будут такими же? Были ли они горячее, станут ли холоднее? Меняются ли Солнце и звезды с течением времени? Развиваются ли они или всегда остаются неизменными?Сколь долго излучают Солнце и другие звезды? Сколь долго они еще будут излучать?Для ответа на все эти вопросы был использован энергетический подход. Очевидно, что если подсчитать запас энергии в Солнце и измерить скорость, с которой оно расходует энергию, то можно определить длительность его существования. Если определить, какую часть своего запаса энергии Солнце уже израсходовало, то можно сказать, как долго оно уже существует и сколько времени ему осталось существовать. Сформулированную проблему можно уподобить такой задаче: в начальный момент в печке имеется А кг угля, который сгорает со скоростью и кг/ч. Если в настоящий момент в печи осталось угля В кг, то сколько времени печь уже горит и сколько времени будет еще гореть? Легко видеть, что задача с печью не сложная. Увы, в отношении Солнца и звезд решение оказывается далеко не столь простым. Во-первых, нужно определить начальные и современные запасы энергии Солнца и звезд. Во-вторых, найти соответствующие скорости расхода энергии. Кроме того, нужно учесть, что в звездах есть несколько различных источников энергии. В зависимости от начальной массы и начального состава звезд в них протекают различные процессы и с разной скоростью. Наконец, масса, состав и состояние звезд по мере их старения все время меняются. При этом изменяются протекающие в них процессы и скорость, с которой они расходуют энергию. Таким образом, для того чтобы ответить на поставленные в начале вопросы, нужно не только измерить ряд параметров небесных тел, но и понять, как происходит эволюция звезд.

2. Какими средствами мы располагаем для исследования Солнца и звезд?

Солнце посылает нам тепло и свет или, выражаясь в научном отношении - излучение различных видов, в том числе гамма-лучи, рентгеновское излучение, видимый свет, радиоволны, а также нейтроны и нейтрино. Все заключения о строении Солнца, его возрасте, прошлом, настоящем и будущем нужно суметь сделать, исследуя это излучение. Еще труднее определить возраст других звезд. Невооруженный человеческий глаз видит на небе лишь несколько тысяч самых ярких из них. Мощный современный телескоп в соединении с чувствительной фотографической пластинкой увеличивает число доступных наблюдению звезд до миллионов. Ничтожное количество электромагнитного излучения - вот все, что доходит к нам от звезд. Достаточно ли этого для суждения об их свойствах, строении и возрасте? После того как были придуманы соответствующие методы исследования, оказалось возможным сказать: да, достаточно. Самая близкая к нам звезда - это наше Солнце.

Энергия Солнца проявляется во всем, что нас окружает. Жизнь и развитие растений тесно связаны с деятельностью Солнца. «Человек вправе величать себя сыном Солнца», - писал К. А. Тимирязев. Всякое движение на Земле происходит главным образом за счет энергии, которая поступает к нам в солнечных лучах. Солнце - источник жизни на Земле. Великий русский ученый К. А. Тимирязев в своей замечательной книге "Жизнь растения" писал: "Когда-то где-то на Землю упал луч Солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез... В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы... Пища служит источником силы в нашем организме потому только, что она - не что иное, как консерв солнечных лучей...»

В отдельных местах земного шара и поныне сохранились исполинские деревья... Ширина одного из них такова, что 30 человек должны взяться за руки, чтобы суметь охватить его у основания. Как известно, возраст дерева можно определить, подсчитав число колец на его срезе. Возраст одного из таких гигантов, недавно поваленного бурей, согласно подсчету числа колец на его срезе оказался равным нескольким тысячам лет. Каждое одиннадцатое кольцо этого дерева имеет несколько иную ширину, что соответствует одиннадцатилетней периодичности пятен на Солнце. Кроме того, и это особенно интересно, на этом срезе можно видеть, что в продолжении тысячелетий кольца получались примерно одинаковые. Значит, за это время Солнце не изменилось и посылает на Землю одинаковое количество тепла и света.Исследование развития жизни на Земле показывает, что уже несколько миллионов лет на ней живет человек, а органическая жизнь насчитывает более одного миллиарда лет. Между тем органическая жизнь, связанная с существованием сложных многоатомных молекулярных соединений, возможна только при определенных температурных условиях. Значит, уже, по крайней мере миллиард лет Солнце излучает тепла и света приблизительно столько же, как и сейчас. Что касается имевших место на Земле периодов оледенения, то, по мнению ряда ученых, они объясняются не изменением интенсивности солнечного излучения, а изменением наклона земной оси или прохождением Солнечной системы через холодную туманность.Земля перехватывает лишь около миллиардной части колоссального количества тепла и света, испускаемого солнечной поверхностью во все стороны, и эта часть обусловливает возможность жизни на Земле. Если расценить попадающую на Землю энергию Солнца всего по одной копейке за киловатт-час, то окажется, что Земля получает ее ежесекундно на полмиллиарда рублей. Есть звезды, излучающие в тысячи раз больше энергии, чем наше Солнце. К нам от них доходит так мало энергии лишь потому, что они расположены от нас очень далеко.

3. Откуда берется энергия Солнца и звезд

Откуда же берется эта колоссальная энергия Солнца, способного расходовать ее в течение огромного времени столь расточительно? Может быть, Солнце горит? Если бы Солнце состояло из самого лучшего донецкого угля и получало бы для горения в достаточном количестве кислород, то оно при таком расходовании энергии сгорело бы за несколько тысяч лет. Но достаточного для горения количества кислорода Солнцу взять неоткуда, да и к тому же Солнце слишком горячо для того, чтобы оно могло гореть. Горение есть химическая реакция соединения с кислородом, а при таких высоких температурах, которые имеют место на Солнце, не может быть химических соединений.Такое огромное расходование энергии Солнцем уже давно обратило на себя внимание ученых.

1. Первыми были предложены методы определения возраста Солнца, основанные на подсчете его энергетических ресурсов . По предположениям Кельвина, первоначальный запас тепловой энергии Солнца был в 10-100 миллионов раз больше, чем то количество тепла, которое оно расходует ежегодно в настоящее время. Отсюда наибольший возраст Солнца получается равным 100-500 миллионам лет. Нужно отметить, что весь этот расчет имеет довольно приблизительный характер, а полученная величина по сравнению с современными данными дает значительно заниженное значение возраста Солнца.
2. По метеоритной гипотезе энергия Солнца поддерживается за счет падения на его поверхность метеоритов, энергия движения которых при ударе переходит в тепло. По расчету достаточное для этого количество метеоритов оказывается таким большим, что вследствие их падения масса Солнца должна была бы заметно увеличиться. Между тем на самом деле этого не наблюдается. Кроме того, если бы энергия Солнца черпалась за счет ударов метеоритов, то поверхность Солнца была бы горячее внутренних его частей. Это привело бы к бурному испарению вещества Солнца в пространство, разрушению Солнца, что также не соответствует действительности. Таким образом, метеоритная гипотеза поддержания энергии Солнца оказывается несостоятельной.
3. Вследствие действия сил притяжения происходит постепенное сжатие Солнца, а при сжатии тела, как известно, нагреваются. В 1854 г. Г. Гельмгольцем была высказана так называемая контракционная гипотеза, согласно которой энергия Солнца обязана его сжатию. Однако расчеты показали, что если бы Солнце некогда было бесконечно большим, а затем сжалось до современных размеров, то и в этом случае энергии от его сжатия могло бы хватить для поддержания его энергетического расхода всего лишь на 50 миллионов лет. Этот возраст для Солнца ничтожно мал. Таким образом, очевидно, что одного сжатия для поддержания энергии Солнца недостаточно.
4. При естественном радиоактивном распаде различных веществ, например урана или радия, выделяется весьма значительная энергия. Один грамм радия за время его превращения в свинец излучает энергию, способную поднять 1 тонну на высоту 685 км. Некоторые ученые предлагали для объяснения источника энергии Солнца использовать естественный радиоактивный распад урана.

Однако по расчетам оказалось, что если бы источником энергии Солнца служил радиоактивный распад, то для поддержания современного своего расхода энергии Солнце должно было бы целиком состоять из урана. Между тем доказано, что Солнце на одну треть по массе состоит из водорода, гелия содержит еще больше, а тяжелых элементов на Солнце относительно немного. Другие звезды тоже содержат относительно небольшое количество тяжелых элементов.

Естественный радиоактивный распад урана происходит медленно и независимо от внешних условий, между тем как интенсивность излучения звезд весьма сильно зависит от температуры в их недрах. Существуют очень горячие звезды, излучающие в десятки тысяч раз больше нашего Солнца.

Следовательно, ни баланс энергии звезд, ни зависимость их излучения от температуры не соответствуют предположению о поддержании энергии за счет естественного радиоактивного распада. Поэтому предположение о том, что источником энергии Солнца и звезд является естественный радиоактивный распад урана или других радиоактивных веществ, также оказывается несостоятельным.

Итак, мы видим, что ни сжатие Солнца, ни падение на него метеоритов, ни одна из химических реакций (например, сгорание угля), ни естественный радиоактивный распад урана или других радиоактивных веществ не в состоянии объяснить происхождение энергетических ресурсов Солнца . Доказательство этого является определенным успехом, хотя и негативным. Ведь если мы что-нибудь ищем, знание того, где не нужно искать, облегчает поиски.

4. В чем же разгадка происхождения энергетических ресурсов Солнца и звезд?

В течение последних десятилетий ученые открыли и изучили сначала теоретически, а затем и практически, совершенно новый класс источников энергии - ядерные реакции. Оказалось, что два типа этих реакций обладают огромной теплотворной способностью и являются «цепными» , т.е. способными сами себя поддерживать. Одна из них основана на делении тяжелых элементов, например урана. Другая реакция, так называемая термоядерная, основана на синтезе легких элементов, например гелия из водорода. По своей теплотворной способности эти реакции могли бы служить для поддержания энергетических ресурсов звезд. Посмотрим, могут ли они иметь место в действительности.

Солнце и звезды в основном состоят из легких элементов- водорода, гелия и некоторых других, а тяжелых элементов в них очень мало. Таким образом, в отношении наличия «горючего» звездные условия соответствуют протеканию термоядерных реакций синтеза. Процесс развития звезды в настоящее время представляется следующим образом: вначале огромное темное газовое скопление медленно сжимается под действием сил тяготения. По мере сжатия скопления температура и давление в его недрах все более увеличиваются. Таким образом, создаются условия для интенсивного протекания ядерных реакций. Когда разгораются ядерные реакции синтеза вещества, то выделяется огромное количество энергии и температура скопления резко увеличивается. При этом скопление становится самосветящимся, т. е. рождается как звезда. В этом процессе первоначальное сжатие небесного тела играет роль «запуска» ядерного источника энергии звезды.

В различных звездах имеют место различные ядерные реакции, а в одной и той же звезде в процессе ее развития одни ядерные реакции сменяют другие. Сначала идет реакция «сгорания» дейтерия. При этом температура звезды увеличивается, давление внутри нее повышается, и сжатие звезды замедляется или приостанавливается вплоть до выгорания дейтерия. в ней ядерных реакций синтеза гелия из водорода.

Именно эти ядерные реакции имеют основное энергетическое значение для нашего Солнца и многих других звезд. При их протекании четыре ядра атомов водорода путем ряда последовательных превращений образуют ядро атома гелия. Таким образом, в огромных и мощных «печах», работающих в недрах Солнца и звезд, «топливом» служит водород, а в результате его «сгорания» получается гелий.

После того как значительная часть водорода будет израсходована и, таким образом, этот источник энергии исчерпан, звезда снова сжимается, а температура вещества в ее недрах и его плотность еще более увеличиваются. Это еще один кардинальный этап в жизни звезды. Теперь в ней начинает протекать реакция синтеза гелия, приводящая к образованию еще более тяжелых элементов. Средний молекулярный вес вещества звезды увеличивается. Она становится менее прозрачной. Температура ее недр еще более повышается, а ее оболочка разбухает. При этом звезда превращается в красный гигант. На этом эволюция звезд не заканчивается. Так как на всех предыдущих этапах своей жизни они щедро разбрасывали частицы и излучение, то с течением времени масса их уменьшается, а состав изменяется. Большинство из них превращается в небольшие, очень плотные и слабосветящиеся космические тела - так называемые «карлики».В нашем Солнце, как мы уже говорили, протекает реакция синтеза гелия из водорода, и оно находится где-то около середины этого этапа своего существования. Таким образом, для того чтобы определить его возраст, нужно измерить относительное содержание в нем водорода и гелия.

Как это сделать?

5. Определение состава и возраста Солнца и звезд

На первый взгляд может показаться, что для определения состава Солнца или звезды необходимо добыть хотя бы немного их вещества. Однако это не так. Состав того или иного небесного тела можно определить, наблюдая с помощью специальных приборов приходящий к нам от него свет. Этот метод называется спектральным анализом и имеет большое значение в астрономии. Суть этого метода можно уяснить следующим образом. Поставим перед электрической лампой непрозрачную преграду с узкой щелью, за щелью - стеклянную призму, а несколько поодаль - белый экран. В электрической лампе светится накаленная твердая металлическая нить. Вырезанный щелью узкий пучок белого света, пройдя сквозь призму, разлагается на составные цвета и дает на экране красивое цветное изображение, состоящее из участков различного цвета, непрерывно переходящих друг в друга, - это так называемый непрерывный световой спектр, похожий на радугу. Вид спектра накаленного твердого тела зависит не от его состава, а только от температуры тела. Иное положение имеет место при свечении веществ в газообразном состоянии. При свечении газов каждый из них светится особым, только ему одному свойственным светом. При разложении этого света с помощью призмы получается набор цветных линий, или линейчатый спектр, характерный для каждого данного газа. Таково, например, свечение неона, аргона и других веществ в газосветных трубках, или так называемых лампах холодного света.

Спектральный анализ основан на том, что каждое данное вещество можно отличить от всех остальных по спектру его излучения. При спектральном анализе смеси нескольких веществ по относительной яркости отдельных свойственных каждому веществу линий можно определить относительное содержание той или иной примеси. При этом точность измерений такова, что позволяет определить наличие малой примеси, даже если она составляет всего одну стотысячную долю от общего количества вещества. Таким образом, спектральный анализ является не только качественным, но и точным количественным методом исследования состава смеси. Направляя на небо телескопы, астрономы исследуют характер движения звезд и состав излучаемого ими света. По характеру движения небесных тел определяют размеры звезд, их массу и т. д. По составу света, излучаемого небесными телами, с помощью спектрального анализа определяется химический состав звезд. Относительное содержание водорода и гелия в исследуемой звезде определяется путем сравнения яркости спектров этих веществ.

Поскольку развитие звезды сопровождается непрерывным превращением внутри нее водорода в гелий, то чем старше звезда, тем меньше в ее составе водорода и больше гелия. Знание их относительного содержания позволяет вычислить возраст звезды. Однако этот расчет совсем не прост, потому что в процессе эволюции звезд их состав изменяется, а масса уменьшается. Между тем скорость, с которой в звезде идет превращение водорода в гелий, зависит от ее массы и состава. Более того, в зависимости от начальной массы и начального состава эти изменения протекают с разной скоростью и несколько различными путями. Таким образом, для того чтобы правильно определить возраст звезды по наблюдаемым величинам - светимости, массе и составу, нужно в некоторой мере восстановить историю звезды. Именно это делает все расчеты довольно сложными, а их результат не очень точным. Тем не менее для многих звезд соответствующие измерения и расчеты были произведены. По данным А. Б. Северного в Солнце содержится водорода 38%, гелия 59%, остальных элементов 3%, в том числе углерода и азота около 1%. В 1960 г. Д. Ламбер на основании данных о массе, светимости и составе Солнца, а также детальных расчетов предполагаемой его эволюции получил значение возраста Солнца, равное 12 -10 9 лет. При изучении истории развития небесных тел нет ни необходимости, ни возможности следить за какой - нибудь одной звездой от ее рождения до ее старости. Вместо этого можно изучить много звезд, находящихся на различных этапах своего развития. В результате таких исследований удалось выяснить не только настоящее, но также прошлое и будущее звезд, и в частности нашего Солнца.

Вначале Солнце очень расточительно тратило свою массу и энергию и сравнительно быстро перешло к своему современному состоянию, характеризующемуся более спокойным и ровным существованием, при котором происходят лишь крайне медленные изменения его светимости, температуры и массы. В этом уже «зрелом» возрасте Солнце просуществует еще много миллиардов лет.

Затем вследствие накопления большого количества гелия прозрачность Солнца уменьшится и соответственно уменьшится его теплоотдача. Это приведет к еще большему разогреванию Солнца. К этому времени запасы водородного «горючего» в Солнце почти иссякнут, поэтому после сравнительно непродолжительного разгорания Солнца начнется относительно быстрое его угасание. Впрочем, все это случится с нашим Солнцем не скоро, не меньше чем через десяток миллиардов лет.

Заключение.

Как бы то ни было, астрономы единодушно сходятся на том, что вся солнечная с истема - и Солнце и планеты - образовались в результате общего процесса. Другими словами, если Земля в её нынешней форме существует 4,7 миллиарда лет, то можно считать, что и вся солнечная система (включая Солнце) в её нынешней форме существует 4,7 миллиарда лет.

Список литературы

1. Левитан Е. П. Астрофизика - школьникам. Пособие для учащихся. М.: «Просвещение», 1997.

«Звезды светят; этот самый простой наблюдательный факт немедленно приводит к заключению, что они должны эволюционировать » . Р. Л. Сире, Р. Р. Браунли

Цель: проанализировать информацию современных представлений о происхождении и эволюции Солнца и звезд. Задачи: выяснить основные источники энергии Солнца

Что такое Солнце? Первое, что приходит на ум, солнце – это источник света, тепла и уюта, без которых не было бы возможно существование жизни на Земле.

Главная нераскрытая тайна, артефакт Солнечной системы - это, пожалуй, возраст ее обитателей. Никто с уверенностью не может сказать, например, сколько лет Солнцу, Земле, Луне и т.д., не говоря уж о том, сколько лет самой Солнечной системе.

1.Как велика энергия Солнца и звезд Для ответа на все эти вопросы был использован энергетический подход.

"Когда-то где-то на Землю упал луч Солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез... В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы... Пища служит источником силы в нашем организме потому только, что она - не что иное, как консерв солнечных лучей..." К. А. Тимирязев

1. Какими средствами мы располагаем для исследования Солнца и звезд? 2. Откуда берется энергия Солнца и звезд?

Первыми были предложены методы определения возраста Солнца, основанные на подсчете его энергетических ресурсов Метеоритная гипотеза Контракционная гипотеза Радиоактивный распад

Ядерные реакции имеют основное энергетическое значение для нашего Солнца и многих других звезд. В огромных и мощных «печах», работающих в недрах Солнца и звезд, «топливом» служит водород, а в результате его «сгорания» получается гелий.

В нашем Солнце, как мы уже говорили, протекает реакция синтеза гелия из водорода, и оно находится где-то около середины этого этапа своего существования. Таким образом, для того чтобы определить его возраст, нужно измерить относительное содержание в нем водорода и гелия.

5. Определение состава и возраста Солнца и звезд Спектральный анализ основан на том, что каждое данное вещество можно отличить от всех остальных по спектру его излучения

Астрономы единодушно сходятся на том, что вся солнечная система - и Солнце и планеты - образовались в результате общего процесса. Другими словами, если Земля в её нынешней форме существует 4,7 миллиарда лет, то можно считать, что и вся солнечная система (включая Солнце) в её нынешней форме существует 4,7 миллиарда лет.

Все мы привыкли ежедневно наблюдать яркое небесное светило, дарующее нам тепло и свет. Но все ли знают, что такое Солнце? Как оно устроено и что из себя представляет?

Солнце - ближайшая к Земле звезда, она занимает центральное место в Солнечной системе. Она представляет из себя огромных размеров горячий газовый шар (в основном из водорода). Размеры этой звезды настолько велики, что она легко вместила бы в себя миллион планет, подобных нашей.

Солнце сыграло решающую роль в развитии жизни на нашей планете и создало условия для образования других тел его системы. Наблюдение за Солнцем во все времена было важным занятием. Люди всегда осознавали его животворную мощь, использовали его также для исчисления времени. Интерес к солнечной энергии и ее возможностям растет с каждым днем. Отопление от солнца с помощью коллекторов становится все популярнее. Учитывая цены на природный газ, такая бесплатная альтернатива кажется еще более заманчивой.

Что такое Солнце? Всегда ли оно существовало?

Светит оно, как удалось выяснить ученым, уже много миллионов лет и возникло вместе с остальными планетами системы из громадного облака пыли и газа. Сферическое облако сжималось и вращение его усиливалось, затем оно превратилось в диск (под влиянием Все вещество облака сместилось в центр этого диска, образовав шар. Так, вероятно, и зародилось Солнце. Сначала оно было холодным, но постоянное сжатие делало его постепенно все горячее.

Представить, что такое Солнце на самом деле, очень трудно. В центре этого массивного самосветящегося тела температура достигает 15000000 градусов. Излучающая поверхность называется фотосферой. Она имеет гранулированную (зернистую) структуру. Каждое такое «зерно» представляет собой поднявшееся на поверхность раскаленное вещество размером с Германию. Часто на поверхности Солнца можно наблюдать темные области

Вначале была тьма… Вернее, было облако из пыли и газа в космическом пространстве, вдали от центра нашей Галактики, на окраине одного из ее спиральных рукавов. Туманность эта имела крутящий момент, то есть вращалась, а не висела неподвижно. Кроме того, она имела очень большую массу. В результате в центре ее вещество стало накапливаться, все уплотняясь и разогреваясь. И произошло это примерно 4.6 миллиардов лет назад.

На этом процесс эволюции газопылевого облака, конечно, не закончился. Ее более массивная центральная часть стала воздействовать своей гравитацией на остальные области туманности. В результате вращения это облако приобрело более плоскую форму – образовался протопланетный диск, диаметром в 200 астрономических единиц. Напомню, что одна астрономическая единица – это расстояние от Земли до Солнца, то есть 150 миллионов километров.

В центре протопланетного диска плотность вещества стала так велика, что образовалась протозвезда – очень плотный и горячий, но небольшой объект. Эта протозвезда продолжала собирать на себя все окружающее ее вещество, постоянно увеличивая свою массу и плотность. Это продолжалось примерно 50 миллионов лет. Наконец, плотность водорода в ее центре позволила запуститься термоядерной реакции. Так зажглось Солнце.

Из остатков газопылевого облака постепенно образовались планеты и прочие объекты Солнечной системы. Конечно, все тогда выглядело совсем не так, как сейчас. Например, только внутри орбиты Земли было около 50-100 объектов, по размерам сравнимым с планетой земного типа. Они имели самые различные орбиты и постепенно, сталкиваясь между собой, породили море обломков. По некоторым гипотезам, там родилась Луна – в результате столкновения двух таких протопланет.

Орбиты планет были далеко не круговыми, как сейчас. Они были вытянутыми – эллиптическими. В процессе эволюции, под действием гравитации соседей и торможения в газовом облаке орбиты планет несколько сгладились.

По данным исследований, вся Солнечная система образовалась примерно в одно время. Так, самые старые из найденных на Земле образцы – это кристаллы циркона. Их возраст определен в 4.4 миллиарда лет. В то же время, анализ метеоритов показал, что их элементы имеют возраст в 4.5 миллиардов лет, то есть примерно такой же. Это говорит о том, что образование всех объектов Солнечной системы произошло в одно и то же время. А жизнь на Земле зародилась всего 570 миллионов лет назад…

Прошлое изучать интересно, но не менее интересно узнать будущее нашего Солнца и планеты. Про Солнце все более – менее ясно – эволюция звезд изучена довольно хорошо, а вот судьба планет не столь ясна. Но, по порядку…

Солнце – звезда, которая относится к типу желтых карликов. Со временем оно будет становиться все горячее и через 1 миллиард лет жить на Земле станет невозможно. Далее начнется процесс горения водорода во внешних слоях Солнца, так как ниже он закончится. Солнце очень сильно увеличится в размерах и превратится в красного гиганта. Красный цвет – потому что поверхность звезды будет значительно холоднее нынешнего – всего 2600 градусов. Красный гигант будет в центре Солнечной системы примерно через 5 миллиардов лет. Венера окажется внутри раздавшегося вширь Солнца. Но земляне к тому времени должны будут перебраться в другую звездную систему – через те же 5 миллиардов лет должно произойти и столкновение нашей Галактики и Туманности Андромеды – еще большей галактики…

Затем красный гигант сбросит половину своей массы, породив хаос среди планет и образовав планетарную газовую туманность. А само Солнце станет белым карликом – сверхплотной очень яркой звездой, которая будет становиться все тусклее и тусклее, пока совсем не потухнет и не станет черным карликом…

А что с планетами? Их судьбу на такой промежуток времени трудно предсказать. Солнечная система устойчива в том плане, что планеты никуда не денутся, но вот их судьба… Орбиты планет сейчас невозможно рассчитать на период больший нескольких миллионов или миллиардов лет. Так, например, существует вероятность, что орбита Меркурия станет более вытянутой и в конце концов Венера выбросит его из Солнечной системы. А еще он может столкнуться с Венерой или изменить под ее влиянием свою орбиту так, что достанет и до Земли. Такая же ситуация с Марсом – его эллиптическая орбита со временем может пройти в опасной близости от Земли, а результаты могут быть самые разные – от взаимного изменения орбит до столкновения. И так может случиться с любой планетой – слишком разнообразно взаимное их влияние.

Линия УМК Б. А. Воронцова-Вельяминова. Астрономия (11)

Астрономия

Естествознание

Сколько Солнцу лет? Может ли остыть Солнце?

"Что будет, если погаснет Солнце?" – вопрос может быть задан и испуганным голосом, и любопытным. "Сколько лет Солнцу?" – тоже один из популярных детских и взрослых вопросов.
В нашей новой рубрике «Почемучки» мы будем регулярно отвечать на самые интересные!

Солнечный паспорт

Солнце - центральное тело Солнечной системы - является типичным представителем звёзд, наиболее распространённых во Вселенной тел. Масса Солнца составляет 2 * 10 в 30 степени кг. Как и многие другие звёзды, Солнце представляет собой огромный шар, который состоит из водородно-гелиевой плазмы и находится в равновесии (о чем ниже).

Сколько лет Солнцу?

Ему 4,6 млрд лет. Немало, да? Учитывая, что жизнь (членистоногие – предки современных насекомых) на нашей планете появилась около 570 млн лет назад. Простейшие организмы намного раньше – около 3,5 миллиардов лет назад

Может ли Солнце погаснуть?

Бояться того, что Солнце погаснет, не стоит, потому что сначала оно очень-очень сильно вспыхнет!
Внутри светила (и любой звезды, находящейся в состоянии равновесия между давлением изнутри и давлением снаружи), в определенный момент вспыхивает новая ступень термоядерного синтеза. Температуры становятся настолько высокими – давление вырастает так, что внешние оболочки звезды раздуваются. Звезда необратимо изменится, превращаясь в красного гиганта с огромными размерами. Наше Солнце превратиться в такого же гиганта.
Большое ли Солнце?

Диаметр Солнца составляет почти 1 400 000 км. Много? Сравните с картинкой ниже! Внутри Солнца могут поместиться миллионы планет, равных Земле. 99,8 % массы Солнечной системы сосредоточены в Солнце. А из 0,2 % всего остального сделаны планеты (причем 70 % планетарной массы пришлось на Юпитер). Кстати, Солнце постоянно худеет: теряет 4 миллиона тонн своей массы каждую секунду – они улетают в виде излучения, каждое мгновение около 700 миллионов тонн водорода превращаются в 696 тонн гелия.

Когда и как наше Солнце взорвется?

Правильнее сказать – превратится в красного гиганта. В данный момент Солнце находится в состоянии желтого карлика и просто сжигает водород. В течение всего времени своего существования – 5,7 млрд лет, как мы уже говорили, – Солнце находится в стабильном режиме выгорания водорода. И этого топлива ему хватит на 5 миллиардов лет (больше, чем существует от начала времен Земля!)

После того как включатся следующие ступени синтеза, Солнце покраснеет, увеличится в размерах – до земной орбиты (!) – и поглотит нашу планету. И, да, перед этим слопает Венеру и Меркурий. Но жизнь на Земле прекратится еще раньше, чем Солнце начнет свое превращение, ведь рост светимости и повышение температуры приведет к тому, что наши океаны испарятся за миллиард лет до этого.

Насколько Солнце горячее?

Температура на поверхности Солнца составляет примерно 6 тысяч градусов по Цельсию. Внутри Солнца, там, где идут, не прекращаясь, термоядерные реакции, температура НАМНОГО выше – она достигает 20 миллионов градусов по Цельсию.

Так происходит со всеми звездами? Как же тогда появляется жизнь?

Солнце еще очень небольшая звезда, а потому и работать может долгое время, стабильно сжигая свой водород. Большие же звезды из-за своей огромной массы и необходимости постоянно противостоять гравитационному сдавливанию (то, что снаружи) своим же мощным противодавлением очень быстро тратят свое топливо. В итоги их цикл завершается не за миллиарды, как у Солнца, а за миллионы лет. Из-за этого жизнь на близлежащих планетах не успевает зародиться.
Совет будущим космонавтам: если будете искать жизнь на планетах в других системах, не выбирайте массивные звезды, а лучше сразу ориентируйтесь на звезду класса Солнца (Класс G – температура на поверхности 5000–6000 градусов. Цвет желтый).

Учебник Б. А. Воронцова-Вельяминова, Е. К. Страута соответствует требованиям ФГОС и предназначен для изучения астрономии на базовом уровне. В нем сохранена классическая структура изложения учебного материала, большое внимание уделено современному состоянию науки. За последние десятилетия астрономия достигла огромных успехов. Сегодня она принадлежит к числу наиболее быстро развивающихся областей естествознания. Новые устоявшиеся данные по исследованию небесных тел с космических аппаратов и современных крупных наземных и космических телескопов нашли свое место в учебнике.

Солнце является единственной звездой в Солнечной системе, вокруг нее совершают свое движение все планеты системы, а также их спутники и другие объекты, вплоть до космической пыли. Если сравнить массу Солнца с массой всей Солнечной системы, то она составит порядка 99,866 процентов.

Солнце является одной из 100 000 000 000 звезд нашей Галактики и по величине стоит среди них на четвертом месте. Ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра располагается на расстоянии четырех световых лет от Земли. От Солнца до планеты Земля 149,6 млн км, свет от звезды доходит за восемь минут. От центра Млечного пути звезда находится на расстоянии 26 тысяч световых лет, при этом она производит вращение вокруг него со скоростью 1 оборот в 200 миллионов лет.

Презентация: Солнце

По спектральной классификации звезда относится к типу «желтый карлик», по приблизительным расчетам ее возраст составляет чуть более 4,5 миллиардов лет, она находится в середине своего жизненного цикла.

Солнце, состоящее на 92% из водорода и на 7% из гелия, имеет очень сложное строение. В его центре находится ядро с радиусом примерно 150 000-175 000 км, что составляет до 25% от общего радиуса звезды, в его центре температура приближается к 14 000 000 К.

Ядро с большой скоростью производит вращение вокруг оси, причем эта скорость существенно превышает показатели внешних оболочек звезды. Здесь происходит реакция образования гелия из четырех протонов, вследствие чего получается большой объем энергии, проходящий через все слои и излучающийся с фотосферы в виде кинетической энергии и света. Над ядром находится зона лучистого переноса, где температуры находятся в диапазоне 2-7 миллионов К. Затем следует конвективная зона толщиной примерно 200 000 км, где наблюдается уже не переизлучение для переноса энергии, а перемешивание плазмы. На поверхности слоя температура составляет примерно 5800 К.

Атмосфера Солнца состоит из фотосферы, образующей видимую поверхность звезды, хромосферы толщиной порядка 2000 км и короны, последней внешней солнечной оболочки, температура которой находится в диапазоне 1 000 000-20 000 000 К. Из внешней части короны происходит выход ионизированных частиц, называемых солнечным ветром.

Когда Солнце достигнет возраста примерно в 7,5 - 8 миллиардов лет (то есть через 4-5 млрд лет) звезда превратится в «красного гиганта», ее внешние оболочки расширятся и достигнут орбиты Земли, возможно, отодвинув планету на более дальнее расстояние.

Под воздействием высоких температур жизнь в сегодняшнем понимании станет просто невозможна. Заключительный цикл своей жизни Солнце проведет в состоянии «белого карлика».

Солнце - источник жизни на Земле

Солнце самый главный источник тепла и энергии, благодаря которому при содействии других благоприятных факторов на Земле есть жизнь. Наша планета Земля вращается вокруг своей оси, поэтому каждые сутки, находясь на солнечной стороне планеты мы можем наблюдать рассвет и удивительное по красоте явление закат, а ночью, когда часть планеты попадает в теневую сторону, можно наблюдать за звездами на ночном небе.

Солнце оказывает огромное влияние на жизнедеятельность Земли, оно участвует в фотосинтезе, помогает в образовании витамина D в организме человека. Солнечный ветер вызывает геомагнитные бури и именно его проникновение в слои земной атмосферы вызывает такое красивейшее природное явление, как северное сияние, называемое еще полярным. Солнечная активность меняется в сторону уменьшения или усиления примерно раз в 11 лет.

С начала космической эры исследователей интересовало Солнце. Для профессионального наблюдения используются специальные телескопы с двумя зеркалами, разработаны международные программы, но самые точные данные можно получить вне слоев атмосферы Земли, поэтому чаще всего исследования проводятся со спутников, космических кораблей. Первые такие исследования были проведены еще в 1957 году в нескольких спектральных диапазонах.

Сегодня на орбиты выводятся спутники, представляющие собой обсерватории в миниатюре, позволяющие получить очень интересные материалы для изучения звезды. Еще в годы первого освоения космоса человеком были разработаны и запущены несколько космических аппаратов, направленных на изучение Солнца. Первыми из них была серия американских спутников, запуск которых стартовал в 1962 году. В 1976 году запущен западногерманский аппарат Гелиос-2, который впервые в истории приблизился к светилу на минимальное расстояние в 0,29 а.е. При этом были зафиксированы появление ядер легкого гелия при вспышках солнца, а также магнитные ударные волны, охватывающие диапазон 100 Гц-2,2 кГц.

Еще один интересный аппарат - солнечный зонд Ulysses, запущенный в 1990 году. Он выведен на околосолнечную орбиту и движется перпендикулярно полосе эклиптики. Через 8 лет после запуска аппарат завершил первый виток вокруг Солнца. Он зарегистрировал спиральную форму магнитного поля светила, а также постоянное его увеличение.

На 2018 год НАСА планирует запуск аппарата Solar Probe+, который приблизится к Солнцу на максимально приближенное расстояние - 6 млн. км (это в 7 раз меньше дистанции, достигнутой Гелиусом-2) и займет круговую орбиту. Для защиты от высочайшей температуры он оснащен щитом из углеродистого волокна.