Solens alder anslås af de fleste astrofysikere til ca. 4,59 milliarder år. Den er klassificeret som en mellemstor eller endda lille stjerne - sådanne stjerner har eksisteret længere end deres større og hurtigt falmende søstre. Solen har indtil videre formået at bruge mindre end halvdelen af det brint, den indeholder: ud af en andel på 70,6 procent af den oprindelige masse af solstof er 36,3 tilbage. I løbet af termonukleære reaktioner bliver brint inde i solen til helium.
For at reaktionen med termonuklear fusion kan fortsætte kræves en høj temperatur og højt tryk. Hydrogenkerner er protoner - elementære partikler med en positiv ladning, en elektrostatisk frastødelseskraft virker mellem dem og forhindrer dem i at nærme sig. Men indeni er der også betydelige kræfter af universel tiltrækning, der forhindrer protonerne i at sprede sig. Tværtimod skubber de protonerne så tæt sammen, at nuklear fusion begynder. En del af protonerne bliver til neutroner, og kræfterne ved elektrostatisk frastødning svækkes; som et resultat stiger solens lysstyrke. Forskere estimerer, at dens lysstyrke på det indledende trin i solens eksistens kun var 70 procent af det, den udsender i dag, og i de næste 6,5 milliarder år vil stjernens lysstyrke kun stige.
De argumenterer dog fortsat med dette synspunkt, det mest udbredte og inkluderet i lærebøger. Og det vigtigste emne for spekulation er netop den kemiske sammensætning af solkernen, som kun kan bedømmes ved meget indirekte data. En af de konkurrerende teorier antyder, at hovedelementet i solkernen overhovedet ikke er brint, men jern, nikkel, ilt, silicium og svovl. Lyselementerne - brint og helium - findes kun på solens overflade, og fusionsreaktionen letter det store antal neutroner, der udsendes fra kernen.
Oliver Manuel udviklede denne teori i 1975 og har siden da forsøgt at overbevise det videnskabelige samfund om dens gyldighed. Han har en række tilhængere, men de fleste astrofysikere betragter det som komplet vrøvl.
Foto: NASA og The Hubble Heritage Team (AURA / STScI)
Den variable stjerne V838 Monocerotis er placeret i udkanten af vores galakse. Dette billede viser en del af stjernens støvede konvolut. Denne skal er seks lysår på tværs. Dette lysekko, som er synligt nu, hænger bag i forhold til selve blitzen kun to år. Astronomer forventer, at lysekkoet fortsætter med at blinke de støvede omgivelser på V838 man, når det udvides i mindst resten af dette årti.
Uanset hvilken teori der er korrekt, vil "solbrændstof" før eller senere løbe ud. På grund af manglen på brint vil termonukleare reaktioner begynde at stoppe, og balancen mellem dem og tiltrækningskræfterne vil blive krænket, hvilket får de ydre lag til at presse mod kernen. Fra sammentrækningen vil koncentrationen af det resterende brint stige, nukleare reaktioner intensiveres, og kernen vil begynde at udvide sig. Den almindeligt accepterede teori forudsiger, at i en alder af 7,5-8 milliarder år (det vil sige efter 4-5 milliarder år), vil Solen blive en rød gigant: dens diameter vil stige mere end hundrede gange, så kredsløbene i de første tre planeter i solsystemet vil være inde i stjernen … Kernen er meget varm, og temperaturen på giganternes skal er lav (ca. 3000 grader) - og derfor rød i farve.
Et karakteristisk træk ved den røde kæmpe er, at brint ikke længere kan tjene som "brændstof" til nukleare reaktioner deri. Nu begynder helium, akkumuleret der i store mængder, at "brænde". I dette tilfælde dannes ustabile isotoper af beryllium, som, når de bombarderes med alfa-partikler (det vil sige de samme heliumkerner), omdannes til kulstof.
Salgsfremmende video:
Det er her, liv på Jorden og jorden selv mest sandsynligt allerede er garanteret at ophøre med at eksistere. Selv den lave temperatur, som periferien i solen har på det tidspunkt, vil være tilstrækkelig til, at vores planet fordamper fuldstændigt.
Naturligvis håber menneskeheden som helhed, som hver enkelt person, på evigt liv. I det øjeblik Solen bliver til en rød gigant pålægger denne drøm visse begrænsninger: hvis menneskeheden formår at overleve en sådan katastrofe, vil den kun være uden for sin vugge. Men det er relevant at huske her, at en af de største fysikere i vores tid, Stephen Hawking, længe har hævdet, at det øjeblik, hvor den eneste måde for menneskeheden at overleve er koloniseringen af andre planeter, næsten er kommet. Intraterrestrial årsager vil gøre denne vugge umulig at bo meget tidligere end noget dårligt sker med Solen.
Lad os se nærmere på timingen her:
Vægt = 1,99 * 1030 kg.
Diameter = 1.392.000 km.
Absolut størrelse = +4,8
Spektralklasse = G2
Overfladetemperatur = 5800 ° K
Orbital periode = 25 timer (pol) -35 timer (ækvator)
Revolutionens periode omkring galaksens centrum = 200.000.000 år
Afstand til midten af galaksen = 25000 lys. år gammel
Bevægelseshastigheden rundt galaksen centrum = 230 km / sek.
Solen. Stjernen, der gav anledning til alle levende ting i vores system, er cirka 750 gange massen af alle andre kroppe i solsystemet, derfor kan alt i vores system betragtes som at dreje rundt solen som et fælles massecenter.
Solen er en sfærisk symmetrisk glødende plasmakugle i ligevægt. Det opstod sandsynligvis sammen med andre organer i solsystemet fra en gas- og støvnebula for omkring 5 milliarder år siden. I begyndelsen af sit liv var solen omkring 3/4 brint. På grund af gravitationskomprimering steg temperaturen og trykket i tarmen så meget, at der spontant begyndte en termonuklear reaktion, hvorved brint blev omdannet til helium. Som et resultat heraf steg temperaturen i midten af Solen meget kraftigt (ca. 15.000.000 K), og trykket i dens dybder steg så meget (1,5x105 kg / m3), at det var i stand til at afbalancere tyngdekraften og stoppe gravitationskomprimering. Sådan opstod Solens moderne struktur.
Bemærk: Stjernen indeholder et kæmpe reservoir med gravitationsenergi. Men du kan ikke trække energi ud af det med straffrihed. Det er nødvendigt for solen at krympe, og den bør falde med 2 gange hvert 30. million år. Den samlede forsyning af termisk energi i en stjerne er omtrent lig med dens gravitationsenergi med det modsatte tegn, det vil sige i størrelsesordenen GM2 / R. For solen er den termiske energi lig med 4 * 1041 J. Hvert sekund mister solen 4 * 1026 J. Reserveret af sin termiske energi ville kun være nok i 30 millioner år. Termonuklear fusion sparer - kombinationen af lette elementer ledsaget af en kæmpe energiudslip. For første gang blev denne mekanisme, tilbage i 20'erne af det 20. århundrede, påpeget af den engelske astrofysiker A. Edington, der bemærkede, at fire kerner i et hydrogenatom (proton) har en masse på 6,69 * 10-27 kg og en heliumkerne - 6 65 * 10-27 kg. Massedefekten forklares med relativitetsteorien. I henhold til Einsteins formel er den samlede energi i kroppen relateret til massen ved forholdet E = Ms2. Den bindende energi i helium er en nukleon mere, hvilket betyder, at dens potentielle brønd er dybere og dens samlede energi er mindre. Hvis helium på en eller anden måde syntetiseres fra 1 kg brint, frigives en energi svarende til 6 * 1014 J. Dette er cirka 1% af den samlede energi til det brugte brændstof. Så meget for dit reservoir med energi.
Samtidige var imidlertid skeptiske overfor Edingtons hypotese. I henhold til lovgivningen i klassisk mekanik er det nødvendigt at overvinde kræfterne ved frastødelse af Coulomb for at bringe protoner tættere på en afstand af rækkefølgen af atomkraftens handlingsradius. Til dette skal deres energi overstige værdien af Coulomb-barrieren. Beregningen viste, at der kræves en temperatur på ca. 5 milliarder grader for at starte processen med termonuklear fusion, men temperaturen i midten af Solen er ca. 300 gange mindre. Solen virkede således ikke varm nok til at muliggøre heliumfusion.
Edingtons hypotese blev gemt af kvantemekanik. I 1928 kom den unge sovjetiske fysiker G. A. Gamow opdagede, at partikler ifølge deres love med en vis sandsynlighed kan sive gennem den potentielle barriere, selv når deres energi er under dens højde. Dette fænomen kaldes underbarriere eller tunnelkryds. (Sidstnævnte angiver figurativt muligheden for at finde sig selv på den anden side af bjerget uden at klatre op på toppen.) Ved hjælp af tunnelovergange forklarede Gamow lovgivningen om radioaktivt a-henfald og viste dermed for første gang anvendelsen af kvantemekanik til nukleare processer (næsten på samme tid var tunnelovergange opdaget af R. Henry og E. Condon). Gamow henledte også opmærksomheden på det faktum, at takket være tunnelovergange kan kolliderende kerner komme tæt på hinanden og indgå i en atomreaktion ved energiermindre værdier af Coulomb-barrieren. Dette fik den østrigske fysiker F. Houtermans (til hvem Gamow fortalte om sit arbejde allerede før deres offentliggørelse) og astronomen R. Atkinson til at vende tilbage til Edingtons idé om solenergiens nukleare oprindelse. Og selvom den samtidige kollision af fire protoner og to elektroner til dannelse af en heliumkerne er en yderst usandsynlig proces. I 1939 lykkedes det G. Bethe at finde en kæde (cyklus) af nukleare reaktioner, der førte til syntese af helium. Katalysatoren til syntese af helium i Bethe-cyklussen er kulstofkernerne C12, hvis antal forbliver uændretOg selvom den samtidige kollision af fire protoner og to elektroner til dannelse af en heliumkerne er en yderst usandsynlig proces. I 1939 lykkedes det G. Bethe at finde en kæde (cyklus) af nukleare reaktioner, der førte til syntese af helium. Katalysatoren til syntese af helium i Bethe-cyklussen er kulstofkernerne C12, hvis antal forbliver uændretOg selvom den samtidige kollision af fire protoner og to elektroner til dannelse af en heliumkerne er en yderst usandsynlig proces. I 1939 lykkedes det G. Bethe at finde en kæde (cyklus) af nukleare reaktioner, der førte til syntese af helium. Katalysatoren til syntese af helium i Bethe-cyklussen er kulstofkernerne C12, hvis antal forbliver uændret
Så - i virkeligheden er det kun deres centrale del med en masse på 10% af den samlede masse, der kan tjene som brændstof til stjerner. Lad os beregne, hvor længe solen har nok kernebrændstof.
Solens samlede energi er M * c2 = 1047 J, kernenergi (Ead) er ca. 1%, dvs. 1045 J, og under hensyntagen til at ikke alt stof kan forbrænde, får vi 1044 J. Ved at dividere denne værdi ved solens lysstyrke 4 * 1026 J / s, vi får ud af, at dens kernekraft vil vare i 10 milliarder år.
Generelt bestemmer massen af en stjerne utvetydigt dens yderligere skæbne, da stjernens kerneenergi er Ead ~ Mc2, og lysstyrken opfører sig omtrent som L ~ M3. Afbrændingstiden kaldes nukleare tid; det er defineret som tad = ~ Ead / L = lO10 (M / M of the Sun) -2 år.
Jo større stjerne, jo hurtigere brænder den sig op!.. Forholdet mellem tre karakteristiske gange - dynamisk, termisk og nuklear - bestemmer karakteren for stjernens udvikling. At den dynamiske tid er meget kortere end den termiske og nukleare tid betyder, at stjernen altid formår at komme til hydrostatisk ligevægt. Og det faktum, at den termiske tid er mindre end den nukleare tid, betyder, at stjernen har tid til at komme til termisk ligevægt, det vil sige til ligevægt mellem den mængde energi, der frigøres i midten pr. Enhedstid, og den mængde energi, der udsendes af stjernens overflade (stjernens lysstyrke). I solen hvert 30 millioner år fornyes forsyningen med termisk energi. Men energien i solen transporteres af stråling. Det betyder fotoner. En foton, født i en termonuklear reaktion i midten, vises på overfladen efter en termisk tid, ~ 30 millioner år). Fotonet bevæger sig med lysets hastighed, men,Sagen er, at den konstant bliver absorberet og genudgivet og forvirrer i høj grad dens bane, så dens længde bliver lig med 30 millioner lysår. I så lang tid har strålingen tid til at komme i termisk ligevægt med det stof, gennem hvilket det bevæger sig. Derfor er spektret af stjerner og er tæt på spektret af en sort krop. Hvis kilderne til termonuklear energi blev "slukket" (som en pære) i dag, ville solen fortsætte med at skinne i millioner af år.så ville solen fortsætte med at skinne i millioner af år.så ville solen fortsætte med at skinne i millioner af år.
Men selv hvis profetien fra Hawking og hans mange forgængere og ligesindede mennesker rundt om i verdenen er bestemt til at gå i opfyldelse, og menneskeheden vil opbygge en "udenjordisk civilisation", vil Jordens skæbne stadig bekymre folk. Derfor er mange astronomer især interesseret i stjerner, der ligner solen i deres parametre - især når disse stjerner bliver til røde giganter.
Således studerede en gruppe astronomer ledet af Sam Ragland ved hjælp af et infrarødt-optisk kompleks af tre kombinerede teleskoper Arisons Infrarøde-optiske teleskop Array, studerede stjerner med masser fra 0,75 til 3 gange solens masse, nærmer sig slutningen af deres udvikling. Den nærmerende ende identificeres ganske let ved den lave intensitet af brintlinierne i deres spektre, og tværtimod af den høje intensitet af helium- og carbonlinierne.
Balancen mellem tyngdekraft og elektrostatiske kræfter i sådanne stjerner er ustabil, og brint og helium inde i dem skifter som en type nukleart brændstof, hvilket medfører ændringer i stjernens lysstyrke med en periode på ca. 100 tusind år. Mange sådanne stjerner bruger de sidste 200 tusinde år af deres liv som variabler af verdensart. (Verdensvariabler er stjerner, hvis lysstyrke regelmæssigt ændres med en periode fra 80 til 1 tusind dage. De er opkaldt efter klassens "forfader", verdens stjerner i stjernebilledet Cetus).
Illustration: Wayne Peterson / LCSE / University of Minnesota
En gengivet model af en rød pulserende kæmpe oprettet på Computational Science and Technology Laboratory på University of Minnesota. Internt udsigt over stjernens kerne: gul og rød - områder med høje temperaturer, blå og akvatiske områder - lave temperaturer.
Det var i denne klasse, at en temmelig uventet opdagelse fandt sted: nær stjernen V 391 i stjernebilledet Pegasus blev der opdaget en exoplanet, der tidligere var nedsænket i stjernens hævede skal. Mere præcist pulserer stjernen V 391, på grund af hvilken dens radius øges og falder. Planeten, opdagelsen af hvilken en gruppe astronomer fra forskellige lande rapporterede i septemberudgaven af tidsskriftet Nature, har en masse mere end tre gange Jupiters masse, og radiusen for dens bane er halvanden gang afstanden, der adskiller Jorden fra Solen.
Da V 391 passerede den røde kæmpescen, nåede dens radius mindst tre fjerdedele af sin bane. Ved begyndelsen af udvidelsen af stjernen var radien for den bane, som planeten var placeret i, imidlertid mindre. Resultaterne af denne opdagelse efterlader Jorden en chance for at overleve efter eksplosionen af Solen, selvom parametrene på bane og selve planetens radius sandsynligvis vil ændre sig.
Analogien er noget forkælet af det faktum, at denne planet såvel som dens overordnede stjerne ikke ligner jord og sol. Og vigtigst af alt "faldt" V 391, når han blev til en rød gigant, en betydelig del af dens masse, der "reddede" planeten; men det sker kun med to procent af giganterne. Selvom "dumping" af de ydre skaller med omdannelsen af den røde kæmpe til en gradvis afkøling, hvid dværg omgivet af en ekspanderende gasnebula er ikke så sjælden.
Et for tæt møde med sin stjerne er det mest indlysende, men ikke det eneste problem, der venter på Jorden fra andre store kosmiske kroppe. Det er sandsynligt, at solen bliver til en rød kæmpe, der allerede har forladt vores galakse. Faktum er, at vores Mælkevej-galakse og den tilstødende gigantiske galakse, Andromeda-tågen, har været i gravitationsinteraktion i millioner af år, hvilket til sidst vil føre til, at Andromeda trækker Mælkevejen mod sig selv, og det vil blive en del af denne store galakse. Under de nye forhold vil Jorden blive en helt anden planet, og som et resultat af gravitationsinteraktion kan solsystemet ligesom hundreder af andre systemer bogstaveligt talt rives fra hinanden. Da tyngdekraften i Andromeda-tågen er meget stærkere end mælkevejens tyngde,sidstnævnte nærmer sig det med en hastighed på cirka 120 km / s. Ved hjælp af computermodeller, der er lavet med en nøjagtighed på 2,6 millioner genstande, har astronomer bestemt, at galaxer i omkring 2 milliarder år vil konvergere, og tyngdekraften vil begynde at deformere deres strukturer og danne lange, attraktive haler af støv og gas, stjerner og planeter. Om yderligere 3 milliarder år vil galakserne komme i direkte kontakt, hvilket resulterer i, at den nye forenede galakse får en elliptisk form (begge galakser betragtes som spiral i dag). Om yderligere 3 milliarder år vil galakserne komme i direkte kontakt, hvilket resulterer i, at den nye forenede galakse får en elliptisk form (begge galakser betragtes som spiral i dag). Om yderligere 3 milliarder år vil galakserne komme i direkte kontakt, hvilket resulterer i, at den nye forenede galakse får en elliptisk form (begge galakser betragtes som spiral i dag).
Foto: NASA, ESA og The Hubble Heritage Team (STScI)
På dette billede passerer to spiralgalakser (den store er NGC 2207, den lille - IC 2163) hinanden i regionen Big Dog-stjernebilledet, ligesom majestætiske skibe. Tidevandskræfterne i galaksen NGC 2207 har forvrænget formen af IC 2163 og kastet stjerner og gas i strømme, der strækker sig i hundreder af tusinder af lysår (i billedets højre hjørne).
Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, professor Avi Loeb og hans studerende TJ Cox har antydet, at hvis vi kunne observere vores himmel på vores planet gennem de berygtede 5 milliarder år, så i stedet for vores sædvanlige Mælkevej - en lys stribe af svage blinkende prikker - ville vi se milliarder af nye lyse stjerner. I dette tilfælde ville vores solsystem være placeret "i udkanten af en ny galakse - omkring hundrede tusinde lysår fra dens centrum i stedet for de nuværende 25 tusinde lysår. Der er dog andre beregninger: Efter den fulde fusion af galakser kan solsystemet bevæge sig tættere på centrum af galaksen (67.000 lysår), eller det kan ske, at det falder i "halen" - et forbindelsesforbindelse mellem galakser. Og i sidstnævnte tilfælde vil planeterne, der er placeret der, blive ødelagt på grund af tyngdekraften.
I betragtning af Jordens fremtid, Solen, solsystemet som helhed og Mælkevejen er lige så spændende som det er konventionelt videnskabeligt. Den enorme længde af forudsigelser, manglen på kendsgerninger og den relative svaghed ved teknologi samt i vid udstrækning de moderne menneskers vane til at tænke i form af biograf og thrillere påvirker det faktum, at antagelser om fremtiden mere ligner science fiction, kun med en særlig vægt på det første ord.