Эволюция звезд. Солнце

Реакции сжигания гелия очень чувствительны к температуре. Иногда это приводит к большой нестабильности. Возникают сильнейшие пульсации, которые, в конечном итоге, сообщают внешним слоям достаточное ускорение, чтобы быть сброшенными и превратиться в планетарную туманность. В центре туманности остаётся оголенное ядро звезды, в котором прекращаются термоядерные реакции, и оно, остывая, превращается в гелиевый белый карлик, как правило, имеющий массу до 0,5-0,6 солнечных и диаметр порядка диаметра Земли.

 

 

 

 

 

Белые карлики

 

Вскоре после гелиевой вспышки «загораются» углерод и кислород; каждое из этих событий вызывает серьезную перестройку звезды и её быстрое перемещение по диаграмме Герцшпрунга -- Рассела. Размер атмосферы звезды увеличивается ещё больше, и она начинает интенсивно терять газ в виде разлетающихся потоков звёздного ветра. Судьба центральной части звезды полностью зависит от её исходной массы: ядро звезды может закончить свою эволюцию как белый карлик (маломассивные звёзды); в случае, если её масса на поздних стадиях эволюции превышает предел Чандрасекара -- как нейтронная звезда (пульсар); если же масса превышает предел Оппенгеймера -- Волкова -- как чёрная дыра. В двух последних случаях завершение эволюции звёзд сопровождается катастрофическими событиями -- вспышками сверхновых.

Подавляющее большинство звёзд, и Солнце в том числе, заканчивают эволюцию, сжимаясь до тех пор, пока давление вырожденных электронов не уравновесит гравитацию. В этом состоянии, когда размер звезды уменьшается в сотню раз, а плотность становится в миллион раз выше плотности воды, звезду называют белым карликом. Она лишена источников энергии и, постепенно остывая, становится тёмной и невидимой.

У звезд более массивных, чем Солнце, давление вырожденных электронов не может остановить дальнейшее сжатие ядра, и электроны начинают «вдавливаться» в атомные ядра, что приводит к превращению протонов в нейтроны, между которыми не существует сил электростатического отталкивания. Такая нейтронизация вещества приводит к тому, что размер звезды, которая, фактически, представляет теперь одно огромное атомное ядро, измеряется несколькими километрами, а плотность в 100 млн. раз превышает плотность воды. Такой объект называют нейтронной звездой.

Сверхмассивные звёзды

После того, как звезда с массой большей, чем пять солнечных, входит в стадию красного сверхгиганта, ее ядро под действием сил гравитации начинает сжиматься. По мере сжатия увеличиваются температура и плотность, и начинается новая последовательность термоядерных реакций. В таких реакциях синтезируются все более тяжёлые элементы: гелий, углерод, кислород, кремний и железо, что временно сдерживает коллапс ядра.

В конечном итоге, по мере образования всё более тяжёлых элементов периодической системы, из кремния синтезируется железо-56. На этом этапе дальнейший термоядерный синтез становится невозможен, поскольку ядро железа-56 обладает максимальным дефектом массы и образование более тяжёлых ядер с выделением энергии невозможно. Поэтому когда железное ядро звезды достигает определённого размера, то давление в нём уже не в состоянии противостоять тяжести наружных слоев звезды, и происходит незамедлительный коллапс ядра с нейтронизацией его вещества.

То, что происходит в дальнейшем, пока неясно до конца, но, в любом случае, происходящие процессы в считанные секунды приводят к взрыву сверхновой звезды невероятной силы.

Сопутствующий этому всплеск нейтрино провоцирует ударную волну. Сильные струи нейтрино и вращающееся магнитное поле выталкивают большую часть накопленного звездой материала -- так называемые рассадочные элементы, включая железо и более лёгкие элементы. Разлетающаяся материя бомбардируется вырываемыми из ядра нейтронами, захватывая их и тем самым создавая набор элементов тяжелее железа, включая радиоактивные, вплоть до урана (а возможно, даже до калифорния). Таким образом, взрывы сверхновых объясняют наличие в межзвёздном веществе элементов тяжелее железа, что, однако, не является единственно возможным способом их образования, к примеру, это демонстрируют технециевые звёзды.

Взрывная волна и струи нейтрино уносят вещество прочь от умирающей звезды в межзвёздное пространство. В последующем, остывая и перемещаясь по космосу, этот материал сверхновой может столкнуться с другим космическим «мусором», и возможно, участвовать в образовании новых звёзд, планет или спутников.

Процессы, протекающие при образовании сверхновой, до сих пор изучаются, и пока в этом вопросе нет ясности. Также под вопросом остается момент, что же на самом деле остаётся от изначальной звезды. Тем не менее, рассматриваются два варианта: нейтронные звезды и чёрные дыры.

Нейтронные звёзды

Известно, что в некоторых сверхновых сильная гравитация в недрах сверхгиганта заставляет электроны поглотиться атомным ядром, где они, сливаясь с протонами, образуют нейтроны. Этот процесс называется нейтронизацией. Электромагнитные силы, разделяющие близлежащие ядра, исчезают. Ядро звезды теперь представляет собой плотный шар из атомных ядер и отдельных нейтронов.

Такие звёзды, известные, как нейтронные звёзды, чрезвычайно малы -- не более размера крупного города, и имеют невообразимо высокую плотность. Период их обращения становится чрезвычайно мал, по мере уменьшения размера звезды (благодаря сохранению момента импульса). Некоторые совершают 600 оборотов в секунду. У некоторых из них угол между вектором излучения и осью вращения может быть таким, что Земля попадает в конус, образуемый этим излучением; в этом случае можно зафиксировать импульс излучения, повторяющийся через промежутки времени, равные периоду обращения звезды. Такие нейтронные звёзды получили название «пульсары», и стали первыми открытыми нейтронными звёздами.

Чёрные дыры

Далеко не все сверхновые становятся нейтронными звёздами. Если звезда обладает достаточно большой массой, то коллапс звезды продолжится, и сами нейтроны начнут обрушиваться внутрь, пока её радиус не станет меньше Шварцшильдовского. После этого звезда становится чёрной дырой.

Существование чёрных дыр было предсказано общей теорией относительности. Согласно этой теории, материя и информация не может покидать чёрную дыру ни при каких условиях. Тем не менее, квантовая механика, вероятно, делает возможными исключения из этого правила.

Остаётся ряд открытых вопросов. Главный среди них: «А есть ли чёрные дыры вообще?». Ведь чтобы сказать точно, что данный объект -- это чёрная дыра, необходимо наблюдать его горизонт событий. Это невозможно сугубо по определению горизонта, но с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой можно определить метрику вблизи объекта, а также зафиксировать быструю, миллисекундную переменность. Эти свойства, наблюдаемые у одного объекта, должны окончательно доказать существование чёрных дыр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Солнце.

 

 

Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей

планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце - не только источник света

и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии (энергии

нефти, угля, воды, ветра).

Издавна у разных народов Солнце было объектом поклонения. Его считали самым

могущественным божеством. Культ непобедимого Солнца был одним из самых

распространённых (Гелиос – греческий бог Солнца, Аполлон – бог Солнца у

римлян, Митра – у персов, Ярило – у славян и т. д.). В честь Солнца

воздвигали храмы, слагали гимны, приносили жертвы. Ушло в прошлое религиозное

поклонение дневному светилу. Сейчас учёные исследуют природу Солнца, выясняют

его влияние на Землю, работают над проблемой применения практически

неиссякаемой солнечной энергии.

Солнце – это наша звезда. Изучая Солнце, мы узнаём о многих явлениях и

процессах, происходящих на других звёздах и недоступных непосредственному

наблюдению из-за огромных расстояний, которые отделяют нас от звёзд.

Солнечная активность –совокупность нестационарных явлений на Солнце. К этим явлениям относятся

солнечные пятна, солнечные вспышки, факелы, флоккулы, протуберанцы,

корональные лучи, конденсации, транзиенты, спорадическое радиоизлучение,

увеличение ультрафиолетового, рентгеновского и корпускулярного излучения и

др. Большинство этих явлений тесно связаны между собой и возникают в активных

областях. В их протекании отчётливо видна цикличность со средним периодом

11.2 года, а также с периодами 22, 80-90 лет и др.

В процессе развития активной области в атмосфере Солнца иногда возникают

ситуации, при которых возможна быстрая перестройка ("перезамыкание")

магнитных полей. Эта перестройка вызывает вспышки, сопровождаемые сложными

движениями ионизованного газа, его свечением, ускорением частиц и т.д.

Вспышки на Солнце представляют собой самые мощные из всех проявлений

Солнечной активности. Такие вспышки, как правило, наблюдаются вблизи пятен.

Обычно бывает несколько слабых вспышек за день.

Сильные вспышки - весьма редкое явление. Вспышке на Солнце представляет собой

внезапное выделение энергии в верхней хромосфере или нижней короне,

генерирующее кратковременное электромагнитное излучение в широком диапазоне

длин волн - от жёсткого рентгеновского излучения (и даже гамма-излучения) до

километровых радиоволн. Начало вспышки может быть очень резким, но иногда

"взрыву" предшествует  несколько минут медленного развития  или даже слабая

предвспышка. Далее идёт собственно взрывная (жёсткая, импульсная) фаза, во

время которой за 1-3 мин ускоряются частицы, формируется горячее облако. В

ряде вспышек (их называют тепловыми) жёсткая фаза отсутствует. После

достижения максимальной яркости (напр., в мягком рентгеновском излучении

через 1-15 мин после начала) процесс горения большой вспышки продолжается ещё

несколько часов. К концу жёсткой фазы постепенно формируется направленная

наружу ударная волна: основная часть энергии вспышки выделяется в виде

кинетической энергии выбросов вещества, движущихся в короне и межпланетном

пространстве со скоростями до 1000 км/с, энергии жёсткого электромагнитного

излучения и потоков, ускоренных до гигантских энергий (иногда - десятки ГэВ)

частиц. Эта ударная волна вызывает проявления радио всплеска. Рентгеновское

излучение и солнечные космические лучи, приходящие от вспышки, вызывают

дополнительную ионизацию земной ионосферы, что сказывается на условиях

распространения радиоволн (нарушения радиосвязи, работы навигационных

устройств и т.д.). Поток выброшенных при вспышке частиц примерно через сутки

достигает орбиты Земли и вызывает на Земле магнитную бури и полярные сияния.

Имеются свидетельства сильного влияния вспышечной активности на погоду и

состояние биосферы Земли.

Близ максимума активности наиболее эффективно воздействуют на атмосферу и

магнитосферу Земли потоки частиц, ускоренных при вспышках. На фазе спада

активности, к концу 11-летнего цикла активности, при уменьшении числа вспышек

и развитии межпланетного токового слоя, становятся более существенными

стационарные потоки усиленного солнечного ветра. Вращаясь вместе с Солнцем,

они вызывают повторяющиеся каждые 27 сут. геомагнитные возмущения. Это

рекуррентная (повторяющаяся) активность особенно высока для концов циклов с

чётным номером, когда направление магнитного поля солнечного "диполя"

антипараллельно земному.

С циклическими изменениями Солнечной активности связано проявление

многолетних биологических циклов. Изучением влияния изменений Солнечной

активности на живые организмы Земли занимается гелиобиология - наука, основы

которой были заложены в нач. 1920-х гг. А.Л.Чижевским. Чижевский считал, что

гелиобиология, показывающая несомненную связь земных событий с космическими

ритмами, является современной, научной формой древнего астрологического

учения. Как показали обширные исторические исследования, проведённые

Чижевским, имеется несомненная связь между циклами Солнечной активности и

динамикой войн и других социальных потрясений, вспышек эпидемий и эпизоотий и

массой других явлений на Земле. Интересно, что первым учёным, выступившим с

подобной мыслью, был У.Гершель - астроном, открывший первую невидимую

невооружённым глазом планету Уран. Ещё в 1804 г. он обнаружил прямую

зависимость между уровнем Солнечной активности  и ценами на хлеб. Среди

современных исследований на эту тему выделим работу российского историка

Валерия Храпова, открывшего "кривую одарённости". Выяснилось, что большинство

выдающихся людей (в самых разных областях политики, спорта, искусства)

рождается в периоды экстремального (максимального или минимального) уровня

Солнечной активности. Кривая смертности также соотносится с кривой Солнечной

активности.

Подобные закономерности, несомненно, можно рассматривать как астрологические.

Как показали исследования Теодора Ландшайдта, уровень Солнечной активности

зависит от взаиморасположения планет и от ряда других астрологических

факторов. Более того, Ландшайдт разработал методику, позволяющую сугубо

астрологическими методами прогнозировать изменения в Солнечной активности.

Долговременные предсказания вспышек Солнечной активности и геомагнитных бурь,

которые делает Ландшайдт, сбываются (по данным проверки астрономов) на 90%

(!).

Таким образом, если Солнечная активность зависит от астрологических факторов,

то и все явления на Земле, связанные с изменением Солнечной активности, также

зависят от астрологических показателей.