Тест по астрономии
Солнце – единственная звезда нашей солнечной системы, а также центр и основа всего мироздания. Ни для кого не секрет, что без тепла и света жизнь на Земле была бы невозможной. Именно поэтому , еще с древних времен люди пытались найти ответ на вопрос, сколько же еще будет светить Солнце и перестанет ли оно светить вообще? Сегодня мы расскажем Вам о свойствах нашего светила и попробуем разобраться, сколько же ему осталось.
Солнце в цифрах
Диаметр
: 1,390,000км
Объем
: 1.4 x 10 27 м 3
Температура
: 5500°C
Масса
: 1.989 х 10 27 тонн или почти 2 триллиона квадриллионов тонн (двойка с 27 нулями)
Объем и масса Солнца
Солнце – самый большой объект нашей солнечной системы . Причем настолько большой, что его масса в 333,000 раз больше массы Земли , в 1048 раз больше массы Юпитера, и в 3498 раз больше массы Сатурна. Более того, если сложить массу всех объектов в нашей солнечной системе, доля Солнца будет составлять 99.8%.
Объем Солнца составляет 1.4 x 10 27 м 3 . Это значит, что оно примерно в 1.3 млн раз больше чем Земля. Несмотря на это, по сравнению с другими звездами, Солнце отнюдь не впечатляет размерами. Например, Бетельгейзе, одна из крупнейших среди известных астрономам звёзд, в 700 раз больше Солнца и почти в 14,000 раз ярче.
Температура на поверхности Солнца
Температура на поверхности Солнца составляет 5500-6000°C . Несмотря на это, на Солнце также есть и темные области (Солнечные пятна), температура которых равна примерно 3500°C. По предположениям ученых, энергия и тепло Солнца образуются благодаря термоядерной реакции в его ядре, и температура там составляет примерно 15 000 000 °C.
Химический состав Солнца и источник его энергии
По химическому составу Солнце в основном состоит из водорода (≈73 % от массы) и гелия (≈25 %). Это соотношение постоянно меняется, так как каждую секунду Солнце превращает 600 млн тонн водорода в 596 млн тонн гелия. Оставшиеся 4 млн тонн вещества превращаются в лучистую энергию, в результате чего и генерируется солнечное излучение. Заметьте, что все это происходит за 1 секунду и за это время Солнце выделяет в 1 млн раз больше энергии, чем расходует все человечество за год.
Возраст Солнца
Считается, что Солнце сформировалось примерно 4,59 млрд лет назад и за это время сожгло примерно половину своих запасов водорода. Средняя продолжительность жизни такого типа звезд составляет примерно 10 млрд лет. Таким образом, сейчас Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла и будет светить еще как минимум 5 млрд лет . С другой стороны, это свечение будет значительно отличаться от сегодняшнего. По мере того, как Солнце будет постепенно расходовать запасы своего водородного горючего, оно будет становиться всё горячее, а его светимость будет медленно, но неуклонно увеличиваться.
Через примерно 1,1 млрд лет от настоящего времени, наше дневное светило будет ярче на 11 %, чем сейчас. Это приведет к существенным климатическим изменениям на Земле и вымиранию большинству живых существ. Несмотря на это, жизнь может остаться в океанах и полярных областях. Интересно, что в этот момент, самой благоприятной для жизни планетой станет Марс.
Еще через 3,5 млрд лет , когда светилу «стукнет» 8 млрд лет, его яркость возрастёт на 40 %. К тому времени условия на Земле будут подобны условиям на Венере сегодня: вода с поверхности планеты полностью исчезнет и улетучится в космос. Эта катастрофа приведёт к окончательному уничтожению всех форм жизни на Земле.
Все это время Солнце будет увеличиваться в размерах. Приблизительно через 7,6-7,8 миллиардов лет , к возрасту 12,2 млрд лет, радиус светила будет примерно в 256 раз больше современного. Такие звезды называют красными гигантами. К тому времени, Солнце расширится настолько, что поглотит Землю.
После того как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, его внешняя оболочка будет сорвана, и из неё образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется сформированный из ядра Солнца белый карлик, очень горячий и плотный объект, размером с Землю, который будет остывать и угасать в течение многих миллиардов лет.
10 cамых сильных землетрясений в истории
Куда падают звезды?
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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Сколько осталось жить Солнцу? На этот вопрос наука отвечает так: возраст нашей звезды составляет примерно 4,5 миллиарда лет. За это время она успела израсходовать половину имевшегося в ее ядре водорода. Иными словами, "топлива" Солнцу должно хватить еще примерно на 4-5 миллиардов лет. Срок это довольно большой, и беспокоиться человечеству вроде бы не о чем. Но вот недавно голландский астрофизик Пирс ван дер Меер, эксперт Европейского космического агентства (ESA), сопоставил данные о температуре солнечного ядра за последние 11 лет и пришел к совершенно сенсационным выводам. По мнению ван дер Меера, то, что происходит сейчас на Солнце, очень похоже на изменения, которые предшествуют взрыву сверхновой звезды. По данным голландского ученого, температура ядра Солнца, составляющая обычно 27 миллионов градусов по Фаренгейту, за несколько лет поднялась до 49 миллионов градусов. Если солнечные недра будут продолжать нагреваться теми же темпами, процесс станет необратимым, и Солнце неминуемо взорвется примерно через шесть лет!
А теперь представьте себе, что увидит наблюдатель на планете, находящейся в непосредственной близости от взрывающейся сверхновой. Сценарий апокалипсиса по просьбе "Итогов" подготовили специалисты Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН. Примерно через 8 минут после взрыва все небо зальет чудовищная вспышка, и это будет последнее, что увидит человек: вместе с ослепительным светом взрыва придет невидимый поток рентгеновского, ультрафиолетового и гамма-излучений такой мощности, что он преодолеет защитный слой атмосферы и в считанные секунды убьет все живое. Лучистая энергия взрыва нагреет атмосферу и поверхность планеты до температуры во многие тысячи градусов. Начнется интенсивное испарение океана, раскаленная планета окутается горячим паром. Сквозь плотный обжигающий туман будет просвечивать чудовищно яркий, увеличивающийся в размерах шар. Ночной небосвод станет красно-фиолетовым, в страшных разводах: светящееся, расширяющееся со скоростью несколько тысяч километров в секунду раскаленное облако ионизированного газа будет постепенно заслонять собой все небо. Очень быстро потоки раскаленной плазмы от взорвавшейся звезды достигнут планеты. Атмосфера будет уничтожена, и на этом история Земли как обитаемой планеты закончится. Пройдет очень много времени, прежде чем оплавленный радиоактивный "огарок" мертвой планеты начнет медленно остывать.
Впечатляет? Вычисления и выводы доктора ван дер Меера действительно шокируют. Утешает лишь одно: построения голландца - это лишь гипотеза, которую многие специалисты тут же подвергли сомнению. Так, например, старший научный сотрудник Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН Сергей Язев заявил в беседе с корреспондентом "Итогов": "Очень странными выглядят выводы доктора ван дер Меера по поводу роста температуры ядра Солнца. Все обстоит как раз наоборот. Спутники, непрерывно регистрирующие поток солнечного излучения на протяжении последних десятилетий, показывают, что темп энерговыделения главного источника энергии в нашей планетной системе, как и ранее, остается стабильным - каждую секунду Солнце излучает энергию равную примерно 3,84 х1026 джоулей. Эта величина не меняется по крайней мере на протяжении десятилетий. По косвенным признакам можно заключить, что в этом режиме Солнце светит уже очень давно. То есть на Землю все время падает одно и то же количество солнечной энергии". Ссылаясь на исторические и геологические данные, ученые утверждают, что Солнце излучало и излучает энергию достаточно стабильно на протяжении по крайней мере нескольких миллионов лет. Если бы это было не так, говорят они, Земля несла бы на себе следы былых вскипаний океанов или глобальных оледенений. К счастью, "топка" Солнца работала и работает стабильно.
Есть и другие аргументы против гипотезы ван дер Меера. В общих чертах механизм гибели звезды выглядит так. В результате термоядерных реакций имеющийся водород "выгорает", вместо него образуются ядра атомов гелия и тяжелых элементов - железа, кобальта и никеля. Когда же водородное топливо окончательно иссякает, наружные оболочки звезды начинают стремительно "обваливаться" и падать внутрь, притягиваемые массивным железным ядром. При нарастании плотности электроны захватываются протонами, в результате образуются нейтроны и выделяется огромное количество нейтрино. Нейтрино устремляются наружу. Мощный, восходящий из центра звезды поток нейтрино увлекает за собой падающую навстречу оболочку звезды, и она разлетается в пространстве с огромной скоростью - звезда взрывается. Однако ученые утверждают, что все это маленьким звездам класса Солнца совершенно не грозит. Для того чтобы звезда взорвалась и превратилась в сверхновую, она должна быть как минимум в три раза больше Солнца по массе.
"Кроме того, астрофизикам хорошо известны признаки так называемой предсверхновой звезды, - утверждает Сергей Язев. - Дело в том, что по спектру звезды можно определить ее химический состав. Если водорода там мало, а тяжелых элементов много, значит, запасы термоядерного топлива подошли к концу, и вскоре - впрочем, это "вскоре" может продолжаться еще многие тысяч лет! - должна начаться фаза нестабильности звезды. Но на Солнце 90 процентов атомов - это водород! И превращаться ему в более тяжелые элементы предстоит еще очень и очень долго. Так что ничего опасного в этом смысле на Солнце не наблюдается".
Альтернативные сценарии конца света, предложенные, в частности, американскими учеными, выглядят гораздо менее драматично. Так, например, профессор университета штата Пенсильвания Джеймс Кэстинг не отрицает, что Солнце, подобно любой другой звезде, не вечно: "Оно неумолимо становится ярче и жарче. Это приводит к постепенному "обезвоживанию" Земли. И процесс этот примет катастрофические размеры не через 5 миллиардов лет, как принято думать, а гораздо раньше. Работы по компьютерному моделированию показывают, что эти процессы могут начаться примерно через 500 миллионов лет". Фред Эдемс, физик из Мичиганского университета, называет более оптимистичные сроки: "До катаклизма осталось примерно 3,5 миллиарда лет, и едва ли кто-либо будет наблюдать взрыв Солнца. Оно намного раньше уничтожит все живое. И уже мертвая Земля будет затем сожжена в результате взрыва, который поглотит помимо нее Меркурий, Венеру и Марс".
Впрочем, выдвигаются и более экзотические гипотезы. Так, компьютерные расчеты, проведенные американскими специалистами, показывают, что существует вероятность того, что Юпитер - самая большая планета Солнечной системы - будет сорван со своей орбиты проходящей мимо звездой. В результате этого катаклизма Земля устремится в ледяные глубины Вселенной, где и замерзнет. Впрочем, и этот сценарий вряд ли реализуется в обозримом будущем.
Тем не менее в ближайшие годы Солнце может преподнести человечеству сюрпризы. Авторитетный специалист в области изучения Солнца заведующий гелиофизической лабораторией Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН Владимир Обридко обращает внимание, что на начало тысячелетия приходится совпадение нескольких циклов солнечной активности - сойдутся 11-летний, 22-летний, 100-, 400- и 900-летний. "Грядет какой-то солнечный кавардак, не поддающийся пока никакому прогнозированию. Мы просто не обладаем достаточными знаниями о том, как ведет себя звезда перед взрывом", - утверждает Владимир Обридко. Точному расчету поведения светила мешает то, что не хватает строгих данных, ведь по всем правилам Солнце исследуется чуть больше ста лет. Наука до сих пор владеет весьма скудной информацией как о строении, так и поведении Солнца. Только сейчас гелиофизики всего мира наконец завершают масштабную работу по созданию стандартной модели внутреннего строения нашего светила. Тем не менее едва ли речь идет о скорой гибели Солнечной системы. Сергей Язев, например, настолько в этом уверен, что даже готов рискнуть крупной суммой денег: "Пользуясь случаем, могу предложить доктору ван дер Мееру пари на 10 тысяч долларов. Если через три года астрофизики все-таки обнаружат явные признаки того, что он прав, я отдаю ему деньги. Но если окажется, что предположение ученого - неправда, тогда я жду от него перевода на свой счет".
Возраст самых древних пород, до сих пор обнаруженных на Земле и Луне, составляет около 4,5 млрд. лет.
Солнце и вся наша планетная система, включая Землю и Луну, образовались практически одновременно, и, значит, возраст Солнца тоже должен составлять около 4,5 млрд. лет.
Из этого следует, что Солнце еще не прошло и половину своего жизненного пути. Мы это знаем, потому что, исходя из массы и светимости Солнца, астрономы рассчитали, что имеющихся запасов энергии в его недрах должно хватить еще примерно на 11-12 млрд. лет. Это означает, что Солнцу осталось светить еще около 7 млрд. лет.
Как и когда погаснет Солнце?
Не бойтесь, что Солнце вдруг возьмет и погаснет. Оно всего на всего взорвется. Шутка. Солнце просто раздуется до огромных размеров и поглотит Землю. Всего-то. Но вы уже знаете, что произойдет это примерно через семь миллиардов лет, так что вы этого не увидите.
Произойдет это событие из-за того, что внутреннее давление Солнца поднимется до предела, температура также существенно вырастет, и произойдет термоядерный синтез. После этого Солнце вспыхнет и начнет раздуваться в красного гиганта. И вот уже потом, очень медленно звезда начнет медленно затухать и сгорать, и в самом конце погаснет.
Как Солнце превратится в красного гиганта?
Сейчас Солнце - это желтый карлик, который живет себе спокойно, потихоньку сжигая водород. И делает она это уже около пяти миллиардов лет, как вы знаете. И такого режима энергосбережения ему хватит еще минимум на столько же. А вот когда батарейка начнет садиться, произойдет та самая новая ступень термоядерного синтеза, когда желтый карлик вдруг начнет краснеть и расти. Вырастет он до таких размеров, что попросту поглотит Землю, перед этим закусив Меркурием и Венерой. Так наше Солнце и превратится в красного гиганта. Однако этого события не увидит вообще никто на Земле, так происходить оно будет крайне медленно, больше миллиарда лет. А жизнь на Земле вымрет уже в тот момент, когда на Солнце начнется следующий уровень термоядерного синтеза, что приведет к значительному увеличению температуры. От этого все океаны на Земле испарятся, а что будет с живыми существами, вы и сами понимаете. В общем, еще целый миллиард лет после этого Земля будет планетой-барбекю в прямом смысле этого слова.
Что будет с Солнцем после поглощения Земли?
После поглощения Земли, а также Меркурия и Венеры, Солнце будет очень большим и горячим. Но это вы и так уже знаете. Это приведет к трате огромного количества топлива, которого у нашей звезды к тому времени будет и так не много. Поэтому начнется процесс гравитационного сжатия. Сейчас ему мешает огромное излучение, а потом топлива не будет у Солнца не будет, излучения, логично, тоже.
Масса Солнца в космических масштабах небольшая, поэтому гравитационное сжатие не сможет запустить новую ступень термоядерного синтеза, поэтому внешняя оболочка красного гиганта сбросится, аки кожа ящерицы и растворится в космосе, превратившись в туманность. А ядро Солнца будет постепенно остывать, становясь холодным белым карликом. Это будет похоже на существующую ныне туманность «Маленькое приведение», посмотреть на которую вы можете в другой нашей статье. В ней вы найдете и другие жуткие места во Вселенной, но Маленькое приведение, пожалуй, самое жуткое, так как практически наглядно показывает, как будет выглядеть наша система после смерти. Смотреть на свой страх и риск .
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.
