Väčšina astrofyzikov odhaduje vek Slnka na približne 4,59 miliardy rokov. Je klasifikovaný ako stredná alebo dokonca malá hviezda - také hviezdy existovali dlhšie ako ich väčšie a rýchlo miznúce sestry. Slnku sa doteraz podarilo spotrebovať menej ako polovicu vodíka, ktorý obsahuje: z 70,6 percenta pôvodnej hmoty slnečnej hmoty zostáva 36,3. V priebehu termonukleárnych reakcií sa vodík vo vnútri Slnka mení na hélium.
Na uskutočnenie reakcie termonukleárnej fúzie je potrebná vysoká teplota a vysoký tlak. Vodíkové jadrá sú protóny - elementárne častice s kladným nábojom, medzi nimi pôsobí elektrostatická odporová sila, ktorá im zabraňuje v približovaní sa. Ale vo vnútri sú tiež významné sily univerzálnej príťažlivosti, ktoré bránia rozptylu protónov. Naopak, tlačia protóny tak blízko seba, že začína jadrová fúzia. Časť protónov sa zmení na neutróny a sily elektrostatického odporu sú oslabené; v dôsledku toho svieti slnko. Vedci odhadujú, že v počiatočnej fáze existencie Slnka bola jeho svietivosť iba 70 percent toho, čo dnes vyžaruje, av nasledujúcich 6,5 miliárd rokov sa jej jas len zvýši.
Naďalej však argumentujú týmto názorom, ktorý je najrozšírenejší a je zahrnutý v učebniciach. A hlavnou témou špekulácií je presne chemické zloženie slnečného jadra, ktoré možno posúdiť iba na základe veľmi nepriamych údajov. Jedna z konkurenčných teórií naznačuje, že hlavným prvkom v slnečnom jadre nie je vodík, ale železo, nikel, kyslík, kremík a síra. Svetelné prvky - vodík a hélium - sú prítomné iba na povrchu Slnka a fúznu reakciu uľahčuje veľké množstvo neutrónov emitovaných z jadra.
Oliver Manuel túto teóriu rozvinul v roku 1975 a odvtedy sa snaží presvedčiť vedeckú komunitu o jej platnosti. Má niekoľko priaznivcov, ale väčšina astrofyzikov to považuje za úplný nezmysel.
Foto: NASA a Hubble Heritage Team (AURA / STScI)
Premenlivá hviezda V838 Monocerotis sa nachádza na okraji našej galaxie. Tento obrázok zobrazuje časť prachovej obálky hviezdy. Tento plášť má šesť svetelných rokov. Táto svetelná echa, ktorá je teraz viditeľná, zaostáva vo vzťahu k samotnému blesku iba o dva roky. Astronómovia očakávajú, že svetelná echa bude aj naďalej blikať v prašnom prostredí V838 Mon, pretože sa rozširuje najmenej po zvyšok tejto dekády.
Akákoľvek teória je správna, „solárne palivo“skôr alebo neskôr dôjde. V dôsledku nedostatku vodíka sa termonukleárne reakcie začnú zastavovať a naruší sa rovnováha medzi nimi a príťažlivými silami, čo spôsobí, že vonkajšie vrstvy tlačia proti jadru. Od kontrakcie sa zvýši koncentrácia zvyšného vodíka, zintenzívnia sa jadrové reakcie a jadro sa začne rozširovať. Všeobecne akceptovaná teória predpovedá, že vo veku 7,5 - 8 miliárd rokov (tj po 4-5 miliárd rokoch) sa Slnko zmení na červený obr: jeho priemer sa zvýši viac ako stokrát, takže obežné dráhy prvých troch planét slnečnej sústavy budú vnútri hviezdy. … Jadro je veľmi horúce a teplota škrupiny obrov je nízka (asi 3000 stupňov) - a teda červenej farby.
Charakteristickým rysom červeného obra je, že vodík už nemôže slúžiť ako „palivo“pre jadrové reakcie vo vnútri. Teraz sa hélium, ktoré sa tam hromadí vo veľkých množstvách, začína "horieť". V tomto prípade sa tvoria nestabilné izotopy berýlia, ktoré sa pri bombardovaní alfa časticami (to znamená rovnaké jadrá hélia) premenia na uhlík.
Propagačné video:
V tejto súvislosti je pravdepodobné, že život na Zemi a na Zemi samotnej už pravdepodobne nebude existovať. Dokonca aj nízka teplota, ktorú bude mať solárny okraj v tom čase, bude stačiť na to, aby sa naša planéta úplne odparila.
Ľudstvo ako celok, rovnako ako každá osoba individuálne, dúfa v večný život. V okamihu, keď sa Slnko zmení na červeného obra, uloží tento sen určitým obmedzeniam: ak sa ľudstvu podarí prežiť takúto katastrofu, bude to iba mimo svojho kolísky. Je však vhodné si tu pripomenúť, že jeden z najväčších fyzikov našej doby, Stephen Hawking, už dlho tvrdil, že okamihom, keď bude možné prežiť len ľudstvo, je kolonizácia iných planét. Vnútrozemské dôvody znemožnia túto kolísku obývať oveľa skôr, ako sa na Slnku stane niečo zlé.
Pozrime sa bližšie na načasovanie tu:
Hmotnosť = 1,99 x 1030 kg.
Priemer = 1,392 000 km.
Absolútna veľkosť = +4,8
Spektrálna trieda = G2
Povrchová teplota = 5800 ° K
Okružná doba = 25 hodín (pól) - 35 hodín (rovník)
Obdobie revolúcie okolo stredu galaxie = 200 000 000 rokov
Vzdialenosť do stredu galaxie = 25 000 svetla. rokov starý
Rýchlosť pohybu okolo stredu galaxie = 230 km / s.
Slnko. Hviezda, ktorá dala vzniknúť všetkým živým veciam v našom systéme, je približne 750-krát väčšia ako hmotnosť všetkých ostatných telies v slnečnej sústave, takže všetko, čo je v našom systéme, sa dá považovať za to, že sa otáča okolo Slnka ako spoločné centrum hmoty.
Slnko je sféricky symetrická žiarovka v rovnovážnom stave. Pravdepodobne vznikol spolu s ostatnými telesami slnečnej sústavy z plynovej a prachovej hmloviny asi pred 5 miliardami rokov. Na začiatku svojho života bolo slnko asi 3/4 vodíka. Potom sa v dôsledku gravitačného stlačenia teplota a tlak v črevách zvýšili natoľko, že spontánne začala termonukleárna reakcia, počas ktorej sa vodík premieňal na hélium. V dôsledku toho teplota v strede Slnka veľmi silne vzrástla (asi 15 000 000 K) a tlak v jeho hĺbkach sa zvýšil natoľko (1,5 x 105 kg / m3), že bol schopný vyrovnať gravitačnú silu a zastaviť gravitačné stlačenie. Takto vznikla moderná štruktúra Slnka.
Poznámka: Hviezda obsahuje obrovskú nádrž gravitačnej energie. Ale nemôžete z nej beztrestne čerpať energiu. Je potrebné, aby sa Slnko zmenšilo a malo by sa znižovať dvakrát za každých 30 miliónov rokov. Celková dodávka tepelnej energie v hviezde sa približne rovná jej gravitačnej energii s opačným znamienkom, tj rádu GM2 / R. Pre Slnko sa tepelná energia rovná 4 * 1041 J. Každú sekundu Slnko stráca 4 * 1026 J. Rezervácia jeho tepelnej energie by stačila iba na 30 miliónov rokov. Úspora termonukleárnej fúzie - kombinácia svetelných prvkov sprevádzaná obrovským uvoľňovaním energie. Prvýkrát tento mechanizmus, už v 20. rokoch 20. storočia, zdôraznil anglický astrofyzik A. Edington, ktorý si všimol, že štyri jadrá atómu vodíka (protón) majú hmotnosť 6,69 x 10 - 27 kg a jadro hélia - 6, 65 * 10 - 27 kg. Hromadná vada sa vysvetľuje teóriou relativity. Podľa Einsteinovho vzorca je celková energia tela spojená s hmotnosťou pomerom E = Ms2. Väzbová energia v héliu je o jeden nukleón viac, čo znamená, že jeho potenciál je hlbší a jeho celková energia je menšia. Ak sa hélium nejako syntetizuje z 1 kg vodíka, uvoľní sa energia rovnajúca sa 6 * 1014 J. To je približne 1% z celkovej energie vyhoreného paliva. Toľko pre rezervoár energie.
Súčasníci však boli voči Edingtonovej hypotéze skeptickí. Podľa zákonov klasickej mechaniky je potrebné prekonať sily Coulombovho odpudenia, aby sa protóny priblížili k vzdialenosti rádu pôsobenia jadrových síl. Preto musí ich energia prekročiť hodnotu Coulombovej bariéry. Výpočet ukázal, že na začatie procesu termonukleárnej fúzie je potrebná teplota asi 5 miliárd stupňov, ale teplota v strede Slnka je asi 300 krát nižšia. Slnko teda nebolo dosť horúce na to, aby umožnilo fúziu hélia.
Edingtonova hypotéza bola uložená pomocou kvantovej mechaniky. V roku 1928 mladý sovietsky fyzik G. A. Gamow zistil, že podľa jeho zákonov môžu častice s istou pravdepodobnosťou presakovať cez potenciálnu bariéru, aj keď je ich energia pod jej výškou. Tento jav sa nazýva sub-bariéra alebo križovatka tunelov. (Posledne uvedený obrazne naznačuje možnosť, že sa ocitnete na druhej strane hory bez toho, aby ste šplhali na jej vrchol.) Gamow pomocou prechodov tunelom vysvetlil zákony rádioaktívneho rozpadu a tým prvýkrát preukázal uplatniteľnosť kvantovej mechaniky na jadrové procesy (takmer súčasne išlo o prechody tunelom). objavili R. Henry a E. Condon). Gamow tiež upozornil na skutočnosť, že vďaka prechodom tunelom sa zrážajúce sa jadrá môžu priblížiť k sebe a vstúpiť do jadrovej reakcie pri energiáchmenšie hodnoty Coulombovej bariéry. To viedlo rakúskeho fyzika F. Houtermana (ktorému Gamow rozprával o jeho práci ešte pred jeho uverejnením) a astronóma R. Atkinsona, aby sa vrátil k Edingtonovej myšlienke o jadrovom pôvode slnečnej energie. Aj keď súčasná zrážka štyroch protónov a dvoch elektrónov za vzniku jadra hélia je mimoriadne nepravdepodobná. V roku 1939 sa G. Betheovi podarilo nájsť reťaz (cyklus) jadrových reakcií vedúcich k syntéze hélia. Katalyzátorom pre syntézu hélia v Betheho cykle sú uhlíkové jadrá C12, ktorých počet zostáva nezmenenýAj keď súčasná zrážka štyroch protónov a dvoch elektrónov za vzniku jadra hélia je mimoriadne nepravdepodobná. V roku 1939 sa G. Betheovi podarilo nájsť reťaz (cyklus) jadrových reakcií vedúcich k syntéze hélia. Katalyzátorom pre syntézu hélia v Betheho cykle sú uhlíkové jadrá C12, ktorých počet zostáva nezmenenýAj keď súčasná zrážka štyroch protónov a dvoch elektrónov za vzniku jadra hélia je mimoriadne nepravdepodobná. V roku 1939 sa G. Betheovi podarilo nájsť reťaz (cyklus) jadrových reakcií vedúcich k syntéze hélia. Katalyzátorom pre syntézu hélia v Betheho cykle sú uhlíkové jadrá C12, ktorých počet zostáva nezmenený
Takže - v skutočnosti iba ich centrálna časť s hmotnosťou 10% z celkovej hmotnosti môže slúžiť ako palivo pre hviezdy. Vypočítajme, ako dlho bude mať slnko dostatok jadrového paliva.
Celková energia Slnka je M * c2 = 1047 J, jadrová energia (Ead) je približne 1%, t. * 1026 J / s, dostávame, že jej jadrová energia vydrží 10 miliárd rokov.
Všeobecne platí, že hmotnosť hviezdy jednoznačne určuje jej ďalší osud, pretože jadrová energia hviezdy je Ead ~ Mc2 a svietivosť sa chová približne ako L ~ M3. Čas vyhorenia sa nazýva jadrový čas; je definovaná ako tad = ~ Ead / L = 1010 (M / M Slnka) -2 roky.
Čím väčšia je hviezda, tým rýchlejšie sa spaľuje! Pomer troch charakteristických časov - dynamický, tepelný a jadrový - určuje charakter vývoja hviezdy. Skutočnosť, že dynamický čas je oveľa kratší ako tepelný a jadrový čas znamená, že hviezda vždy dokáže prísť do hydrostatickej rovnováhy. Skutočnosť, že tepelný čas je kratší ako jadrový čas, znamená, že hviezda má čas prísť do tepelnej rovnováhy, to znamená do rovnováhy medzi množstvom energie uvoľnenej v strede za jednotku času a množstvom energie emitovanej povrchom hviezdy (svietivosťou hviezdy). Na Slnku sa každých 30 miliónov rokov obnovuje dodávka tepelnej energie. Ale energia na slnku je prenášaná žiarením. To znamená fotóny. Fotón, narodený v termonukleárnej reakcii v strede, sa objaví na povrchu po tepelnom čase, približne 30 miliónov rokov). Fotón sa pohybuje rýchlosťou svetla, aleIde o to, že sa neustále absorbuje a znova emituje, značne zamieňa jeho trajektóriu, takže sa jeho dĺžka rovná 30 miliónom svetelných rokov. Po tak dlhú dobu má žiarenie čas, aby sa dostali do tepelnej rovnováhy s látkou, ktorou prechádza. Preto je spektrum hviezd a je blízko k spektru čierneho tela. Keby sa dnes zdroje termonukleárnej energie „vypli“(ako žiarovka), Slnko by aj naďalej svietilo milióny rokov.potom bude slnko svietiť milióny rokov.potom bude slnko svietiť milióny rokov.
Ale aj keď proroctvo Hawkinga a jeho mnohých predchodcov a podobne zmýšľajúcich ľudí na celom svete je predurčené na to, aby sa naplnilo a ľudstvo sa chystá vybudovať „mimozemskú civilizáciu“, osud Zeme bude ľudí stále znepokojovať. Preto má veľa astronómov osobitný záujem o hviezdy podobné Slnku vo svojich parametroch - najmä keď sa z týchto hviezd premenia červené obry.
Skupina astronómov vedená Samom Raglandom pomocou infračerveného optického komplexu troch kombinovaných ďalekohľadov Arizonského infračerveného optického ďalekohľadu teda skúmala hviezdy s hmotnosťou od 0,75 do 3-násobku hmotnosti Slnka a blížila sa ku koncu ich vývoja. Blížiaci sa koniec je celkom ľahko identifikovateľný nízkou intenzitou vodíkových línií v ich spektrách, a naopak, vysokou intenzitou heliových a uhlíkových línií.
Rovnováha gravitačných a elektrostatických síl v takýchto hviezdach je nestabilná a vodík a hélium sa v nich striedajú ako druh jadrového paliva, ktoré spôsobuje zmeny jasu hviezdy s obdobím asi 100 tisíc rokov. Mnoho takýchto hviezd trávi posledných 200 tisíc rokov svojho života ako premenné svetového typu. (Svetové premenné sú hviezdy, ktorých svietivosť sa pravidelne mení s dobou od 80 do 1 000 dní. Pomenujú sa podľa „predchodcu“triedy, hviezd sveta v súhvezdí Cetus).
Obrázok: Wayne Peterson / LCSE / University of Minnesota
Vykreslený model červeného pulzujúceho obra, ktorý bol vytvorený v Computational Science and Technology Laboratory na University of Minnesota. Vnútorný pohľad na jadro hviezdy: žltá a červená - oblasti s vysokou teplotou, modrá a aqua - oblasti s nízkou teplotou.
V tejto triede došlo k pomerne neočakávanému objavu: v blízkosti hviezdy V 391 v súhvezdí Pegasus bol objavený exoplanet, ktorý bol predtým ponorený do opuchnutej škrupiny hviezdy. Presnejšie povedané, hviezda V 391 pulzuje, vďaka čomu sa jej polomer zväčšuje a zmenšuje. Planéta, ktorej objav skupina astronómov z rôznych krajín uviedla v septembrovom čísle časopisu Nature, má hmotnosť viac ako trojnásobok hmotnosti Jupitera a polomer jej obežnej dráhy je jeden a pol násobok vzdialenosti oddeľujúcej Zem od Slnka.
Keď V 391 prešiel fázou červeného obra, jeho polomer dosiahol najmenej tri štvrtiny jeho dráhy. Avšak na začiatku expanzie hviezdy bol polomer obežnej dráhy, na ktorej bola planéta umiestnená, menší. Výsledky tohto objavu nechávajú Zeme šancu na prežitie po explózii Slnka, aj keď sa parametre orbity a polomer samotnej planéty pravdepodobne zmenia.
Analógia je trochu rozmaznaná skutočnosťou, že táto planéta, rovnako ako jej materská hviezda, nie sú veľmi podobné Zemi a Slnku. A čo je najdôležitejšie, V 391, keď sa zmenil na červeného obra, „spadol“významnú časť svojej hmoty, ktorá „zachránila“planétu; ale to sa stane iba dvom percentám obra. Aj keď „ukladanie“vonkajších škrupín s transformáciou červeného obra na postupne sa ochladzujúceho bieleho trpaslíka obklopeného rozširujúcou sa plynovou hmlovinou nie je také zriedkavé.
Príliš úzke stretnutie s hviezdou je najzreteľnejšie, ale nie je to jediný problém, ktorý čaká na Zem od iných veľkých vesmírnych telies. Je pravdepodobné, že Slnko sa zmení na červeného obra, ktorý už opustil našu galaxiu. Faktom je, že naša galaxia Mliečná dráha a susedná obrovská galaxia, hmlovina Andromeda, boli v gravitačnej interakcii už milióny rokov, čo nakoniec povedie k tomu, že Andromeda pritiahne Mliečnú cestu k sebe a stane sa súčasťou tejto veľkej galaxie. Za nových podmienok sa Zem stane úplne inou planétou, v dôsledku gravitačnej interakcie sa môže slnečná sústava rovnako ako stovky iných systémov doslova roztrhnúť. Pretože gravitačný ťah hmloviny Andromeda je oveľa silnejší ako gravitácia Mliečnej dráhy,posledne menovaný sa k nej približuje rýchlosťou približne 120 km / s. Použitím počítačových modelov vyrobených s presnosťou 2,6 milióna objektov astronómovia určili, že za približne 2 miliardy rokov sa galaxie zblížia a gravitačná sila začne deformovať svoje štruktúry, pričom vytvára dlhé, atraktívne chvosty prachu a plynu, hviezdy a planéty. Po ďalších 3 miliardách rokov sa galaxie dostanú do priameho kontaktu, výsledkom čoho bude mať nová zjednotená galaxia eliptický tvar (obe galaxie sa dnes považujú za špirálu). Za ďalšie 3 miliardy rokov sa galaxie dostanú do priameho kontaktu, výsledkom čoho bude mať nová zjednotená galaxia eliptický tvar (obe galaxie sa dnes považujú za špirály). Po ďalších 3 miliardách rokov sa galaxie dostanú do priameho kontaktu, výsledkom čoho bude mať nová zjednotená galaxia eliptický tvar (obe galaxie sa dnes považujú za špirálu).
Foto: NASA, ESA a Hubble Heritage Team (STScI)
Na tomto obrázku prechádzajú dve špirálové galaxie (veľká galaxia NGC 2207, malá galaxia IC 2163) v oblasti konštelácie Veľkého psa ako majestátne lode. Slapové sily galaxie NGC 2207 skreslili tvar IC 2163, hádzali hviezdy a plyn do prúdov tiahnucich sa stovky tisíc svetelných rokov (v pravom rohu obrázka).
Harvardské Smithsoniánske centrum pre astrofyziku Prof. Avi Loeb a jeho študent TJ Cox navrhli, že keby sme mohli pozorovať oblohu našej planéty cez notoricky známych 5 miliárd rokov, potom namiesto našej obvyklej Mliečnej dráhy - bledého pruhu matných blikajúcich bodiek - sme videli miliardy nových jasných hviezd. V tomto prípade by sa naša slnečná sústava nachádzala „na okraji“novej galaxie - asi sto tisíc svetelných rokov od jej stredu namiesto súčasných 25 tisíc svetelných rokov. Existujú však aj ďalšie výpočty: po úplnom zlúčení galaxií sa môže slnečná sústava posunúť bližšie k stredu galaxie (67 000 svetelných rokov), alebo sa môže stať, že spadne do „chvosta“- spojovacieho článku medzi galaxiami. A v poslednom prípade, kvôli gravitačným účinkom, budú planéty, ktoré sa tam nachádzajú, zničené.
Vzhľadom na budúcnosť Zeme je Slnko, slnečná sústava ako celok a Mliečna dráha rovnako vzrušujúce, ako je to tradične vedecké. Obrovské časové predpovede, nedostatok faktov a relatívna slabosť technológie, ako aj do značnej miery zvyk moderných ľudí myslieť v súvislosti s kinematografmi a thrillermi, ovplyvňujú skutočnosť, že predpoklady o budúcnosti sú skôr sci-fi, iba s osobitným dôrazom na prvé slovo.