Starost Sunca većina astrofizičara procjenjuje na oko 4,59 milijardi godina. Klasificirana je kao srednja ili čak mala zvijezda - takve su zvijezde postojale duže od svojih većih i brzo bledih sestara. Sunce je do sada uspjelo iskoristiti manje od polovice vodika koji sadrži: od 70,6 posto udjela u izvornoj masi solarne materije, njih 36,3. Tijekom termonuklearnih reakcija vodik se unutar Sunca pretvara u helij.
Da bi se reakcija termonuklearne fuzije nastavila, potrebna je visoka temperatura i visoki tlak. Jezgre vodika su protoni - elementarne čestice s pozitivnim nabojem, elektrostatička sila odbijanja djeluje između njih, sprječavajući ih da se približe. Ali iznutra se nalaze i značajne sile univerzalne privlačnosti, koje sprečavaju protone da se rasprše. Naprotiv, guraju protone toliko blizu da započinje nuklearna fuzija. Dio protona pretvara se u neutrone, a sile elektrostatskog odbijanja su oslabljene; kao rezultat toga svjetlost sunca raste. Znanstvenici procjenjuju da je u početnoj fazi postojanja Sunca njegova osvjetljenost bila samo 70 posto onoga što danas emitira, a u narednih 6,5 milijardi godina, sjaj zvijezde samo će se povećavati.
Međutim, oni se i dalje svađaju s tim gledištem, koje je najrasprostranjenije i uključeno u udžbenike. A glavna tema za nagađanja je upravo kemijski sastav solarne jezgre, o kojem se može prosuditi samo po vrlo neizravnim podacima. Jedna od konkurentskih teorija sugerira da glavni element u solarnoj jezgri uopće nije vodik, već željezo, nikal, kisik, silicij i sumpor. Svjetlosni elementi - vodik i helij - prisutni su samo na površini Sunca, a fuzijska reakcija je olakšana velikim brojem neutrona koji se emitiraju iz jezgre.
Oliver Manuel razvio je ovu teoriju 1975. godine i od tada pokušava uvjeriti znanstvenu zajednicu u njezinu valjanost. Ima niz pristaša, ali većina astrofizičara to smatra potpunom glupošću.
Foto: NASA i Hubble Heritage tim (AURA / STScI)
Promjenjiva zvijezda V838 Monocerotis nalazi se na rubu naše galaksije. Ova slika prikazuje dio prašnjave omotnice zvijezde. Ova školjka je dugačka šest svjetlosnih godina. Taj svjetlosni odjek, koji je sada vidljiv, zaostaje u odnosu na sam bljesak za samo dvije godine. Astronomi očekuju da će svjetlosni odjek nastaviti s bljeskom prašnjave okolice V838 pon. Dok se širi najmanje ostatak ovog desetljeća.
Bez obzira na to koja je teorija točna, "solarno gorivo" će prije ili kasnije nestati. Zbog nedostatka vodika počet će zaustaviti termonuklearne reakcije, a ravnoteža između njih i sila privlačenja bit će narušena, uzrokujući da se vanjski slojevi pritisnu na jezgru. Od kontrakcije će se povećati koncentracija preostalog vodika, pojačati će se nuklearne reakcije, a jezgra će se početi širiti. Općenito prihvaćena teorija predviđa da će se u dobi od 7,5-8 milijardi godina (tj. Nakon 4-5 milijardi godina) Sunce pretvoriti u crveni gigant: njegov će se promjer povećati više od stotinu puta, tako da će se orbite prve tri planete Sunčevog sustava nalaziti unutar zvijezde … Jezgra je vrlo vruća, a temperatura ljuske divova niska (oko 3000 stupnjeva) - i zbog toga je crvene boje.
Karakteristična karakteristika crvenog giganta je da vodik više ne može služiti kao "gorivo" za nuklearne reakcije unutar njega. Sada se helij, nagomilan tamo u velikim količinama, počinje "sagorjeti". U ovom slučaju nastaju nestabilni izotopi berilija koji se, kada se bombardiraju alfa česticama (to jest istim jezgrama helija), pretvaraju u ugljik.
Promotivni video:
Upravo zbog toga život na Zemlji, kao i na samoj Zemlji, najvjerojatnije već prestaje postojati. Čak i niska temperatura koju će tada imati solarna periferija bit će dovoljna da naš planet u potpunosti ispari.
Naravno, čovječanstvo se u cjelini, kao i svaka osoba pojedinačno, nada vječnom životu. Onog trenutka kad se Sunce pretvori u crvenog diva, nameće određene snove ovom snu: ako čovječanstvo uspije preživjeti takvu katastrofu, to će biti samo izvan njegove kolijevke. Ali ovdje je prikladno podsjetiti se da je jedan od najvećih fizičara našeg vremena, Stephen Hawking, dugo tvrdio da je trenutak kad će čovječanstvo preživjeti biti kolonizacija drugih planeta. Unutarzemni razlozi onemogućit će da se ta kolijevka nastani mnogo ranije nego što se sa Suncem dogodi nešto loše.
Pogledajmo pobliže vrijeme ovdje:
Težina = 1,99 * 1030 kg.
Promjer = 1.392.000 km.
Apsolutna magnituda = +4,8
Spektralna klasa = G2
Površinska temperatura = 5800 ° K
Orbitalno razdoblje = 25 sati (pol) -35 sati (ekvator)
Razdoblje revolucije oko središta galaksije = 200.000.000 godina
Udaljenost do središta galaksije = 25000 svjetla. godina star
Brzina kretanja oko središta galaksije = 230 km / sec.
Sunce. Zvijezda koja je stvorila sva živa bića u našem sustavu je oko 750 puta veća od mase svih ostalih tijela u Sunčevom sustavu, pa se sve u našem sustavu može smatrati da se vrti oko Sunca kao zajedničko središte mase.
Sunce je sferno simetrična kugla plazme s užarenom ravnotežom. Vjerojatno je nastao zajedno s drugim tijelima Sunčevog sustava iz maglice plina i prašine prije oko 5 milijardi godina. Na početku svog života sunce je bilo oko 3/4 vodika. Tada su se zbog gravitacijskog kompresije temperatura i tlak u crijevima toliko povisili da se spontano počela pojavljivati termonuklearna reakcija tijekom koje je vodik pretvoren u helij. Kao rezultat toga, temperatura u središtu Sunca porasla je vrlo snažno (oko 15 000 000 ° K), a tlak u njegovoj unutrašnjosti toliko se povećao (1,5x105 kg / m3) da je mogao uravnotežiti silu gravitacije i zaustaviti gravitacijsko komprimiranje. Tako je nastala moderna struktura Sunca.
Napomena: Zvijezda sadrži ogromni rezervoar gravitacijske energije. Ali ne možete nekažnjeno crpiti energiju iz nje. Potrebno je da se Sunce skupi, a ono bi se trebalo smanjiti 2 puta svakih 30 milijuna godina. Ukupna opskrba toplinske energije u zvijezdi približno je jednaka njenoj gravitacijskoj energiji sa suprotnim znakom, tj., Redoslijedom GM2 / R. Za Sunce je toplinska energija jednaka 4 * 1041 J. Svake sekunde Sunce gubi 4 * 1026 J. Rezerva njegove toplinske energije bila bi dovoljna samo za 30 milijuna godina. Termonuklearna fuzija štedi - kombinacija svjetlosnih elemenata, praćena ogromnim oslobađanjem energije. Prvi put je na ovaj mehanizam, još u 20-ima 20. stoljeća, ukazao engleski astrofizičar A. Edington, koji je primijetio da četiri jezgre atoma vodika (protona) imaju masu 6,69 * 10-27 kg, a jezgra helija - 6, 65 * 10-27 kg. Defekcija mase objašnjava se teorijom relativnosti. Prema Einsteinovoj formuli, ukupna energija tijela povezana je s masom u omjeru E = Ms2. Energija vezanja u heliju je jedna nukleon više, što znači da je njegov potencijalni jaž dublji i da je njegova ukupna energija manja. Ako se helij nekako sintetizira iz 1 kg vodika, oslobađa se energija jednaka 6 * 1014 J. To je otprilike 1% ukupne energije potrošenog goriva. Toliko o vašem rezervoaru energije.
Suvremenici su, međutim, bili sumnjičavi prema Edingtonovoj hipotezi. Prema zakonima klasične mehanike, da bi se protoni približili rastojanju radijusa djelovanja nuklearnih sila, potrebno je savladati sile Kulomovog odbojnosti. Zbog toga njihova energija mora prijeći vrijednost Coulomb-ove barijere. Proračun je pokazao da je za pokretanje procesa termonuklearne fuzije potrebna temperatura od oko 5 milijardi stupnjeva, ali temperatura u središtu Sunca je oko 300 puta manja. Stoga se činilo da Sunce nije dovoljno vruće da bi omogućilo fuziju helija.
Edingtonovu hipotezu spasila je kvantna mehanika. 1928. godine mladi sovjetski fizičar G. A. Gamow je otkrio da, prema svojim zakonima, čestice mogu s izvjesnom vjerojatnošću proći kroz potencijalnu barijeru čak i kad im je energija ispod njegove visine. Taj se fenomen naziva spojnica ispod barijere ili tunela. (Ovo potonje figurativno ukazuje na mogućnost pronalaska sebe s druge strane planine, bez uspona na njen vrh.) Gamow je uz pomoć prijelaza tunela objasnio zakone radioaktivnog raspada i tako prvi put dokazao primjenjivost kvantne mehanike na nuklearne procese (gotovo u isto vrijeme prijelazi tunela bili su otkrili R. Henry i E. Condon). Gamow je također skrenuo pozornost na činjenicu da se zahvaljujući prijelazima u tunelima jezgre koje se sudaraju mogu približiti jedna drugoj i ući u nuklearnu reakciju na energijemanje vrijednosti Coulomb-ove barijere. To je potaknulo austrijskog fizičara F. Houtermansa (kojemu je Gamow ispričao o svom radu još prije njihove objave) i astronoma R. Atkinsona da se vrate Edingtontovoj ideji o nuklearnom podrijetlu solarne energije. I premda je istodoban sudar četiri protona i dva elektrona za stvaranje jezgre helija, proces je vrlo malo vjerojatan. G. Bethe je 1939. uspio pronaći lanac (ciklus) nuklearnih reakcija koje su dovele do sinteze helija. Katalizator sinteze helija u Bethe ciklusu su ugljikove jezgre C12, čiji broj ostaje nepromijenjenI premda je istodoban sudar četiri protona i dva elektrona za stvaranje jezgre helija, proces je vrlo malo vjerojatan. G. Bethe je 1939. uspio pronaći lanac (ciklus) nuklearnih reakcija koje su dovele do sinteze helija. Katalizator sinteze helija u Bethe ciklusu su ugljikove jezgre C12, čiji broj ostaje nepromijenjenI premda je istodoban sudar četiri protona i dva elektrona za stvaranje jezgre helija, proces je vrlo malo vjerojatan. G. Bethe je 1939. uspio pronaći lanac (ciklus) nuklearnih reakcija koje su dovele do sinteze helija. Katalizator sinteze helija u Bethe ciklusu su ugljikove jezgre C12, čiji broj ostaje nepromijenjen
Dakle - u stvarnosti samo njihov središnji dio s masom od 10% ukupne mase može poslužiti kao gorivo za zvijezde. Izračunajmo koliko će sunca imati dovoljno nuklearnog goriva.
Ukupna energija Sunca je M * c2 = 1047 J, nuklearna energija (Ead) je otprilike 1%, tj. 1045 J, a uzimajući u obzir da ne može sva materija izgorjeti, dobivamo 1044 J. Dijelimo ovu vrijednost sa svjetlošću Sunca 4 * 1026 J / s, zaključujemo da će njegova nuklearna energija trajati 10 milijardi godina.
Općenito, masa neke zvijezde nedvosmisleno određuje njezinu daljnju sudbinu, budući da je nuklearna energija zvijezde Ead ~ Mc2, a blistavost se ponaša približno kao L ~ M3. Vrijeme sagorijevanja naziva se nuklearno vrijeme; definira se kao tad = ~ Ead / L = lO10 (M / MSun) -2 godine.
Što je zvijezda veća, to se brže sagorijeva!.. Omjer tri karakteristična vremena - dinamičkog, termičkog i nuklearnog - određuje karakter evolucije zvijezde. Činjenica da je dinamičko vrijeme mnogo kraće od toplinskog i nuklearnog vremena znači da zvijezda uvijek uspije doći do hidrostatske ravnoteže. A činjenica da je toplinsko vrijeme manje od nuklearnog vremena znači da zvijezda ima vremena doći do toplinske ravnoteže, odnosno do ravnoteže između količine energije koja se oslobađa u središtu po jedinici vremena i količine energije koju emitira zvijezda površina (svjetlinu zvijezde). Na Suncu se svakih 30 milijuna godina toplinska energija obnavlja. Ali energija na suncu nosi zračenje. To znači da su fotoni. Foton, rođen u termonuklearnoj reakciji u središtu, pojavljuje se na površini nakon toplinskog vremena, ~ 30 milijuna godina). Foton se kreće brzinom svjetlosti, ali,stvar je u tome što ona, neprestano apsorbirana i ponovo emitirana, uvelike zbunjuje svoju putanju, tako da njegova duljina postaje jednaka 30 milijuna svjetlosnih godina. Tako dugo vremena zračenje ima vremena da dođe u toplinsku ravnotežu s tvarom kroz koju se kreće. Stoga je spektar zvijezda i blizak spektru crnog tijela. Kad bi se izvori termonuklearne energije danas "ugasili" (poput žarulje), Sunce bi i dalje sjajalo milijunima godina.tada bi sunce i dalje sjajalo milijunima godina.tada bi sunce i dalje sjajalo milijunima godina.
Ali čak i ako je proročanstvu Hawkinga i njegovih mnogih prethodnika i istomišljenika širom svijeta suđeno da se obistine i čovječanstvo krene u izgradnju „izvanzemaljske civilizacije“, sudbina Zemlje i dalje će zabrinjavati ljude. Stoga mnogi astronomi imaju poseban interes za zvijezde slične Suncu u njihovim parametrima - posebno kada se te zvijezde pretvore u crvene divove.
Tako je skupina astronoma na čelu sa Samom Raglandom, koristeći infracrveno-optički kompleks tri kombinirana teleskopa infracrveno-optički teleskopski niz Arizone, proučavala zvijezde s masama od 0,75 do 3 puta većim od mase Sunca, približavajući se kraju svoje evolucije. Približavajući se kraj vrlo lako prepoznaje po niskom intenzitetu vodikovih vodova u njihovim spektrima, i naprotiv, po visokom intenzitetu linija helija i ugljika.
Ravnoteža gravitacijskih i elektrostatičkih sila u takvim zvijezdama je nestabilna, a vodik i helij unutar njih izmjenjuju se kao vrsta nuklearnog goriva, što uzrokuje promjene u svjetlini zvijezde s razdobljem od oko 100 tisuća godina. Mnoge takve zvijezde provode posljednjih 200 tisuća godina svog života kao varijable svjetskog tipa. (Svjetske varijable su zvijezde čija se svjetlost redovito mijenja s vremenom od 80 do 1.000 dana. Nazvane su po "pretinaču" klase, zvijezdama Svijeta u zviježđu Cetus).
Ilustracija: Wayne Peterson / LCSE / University of Minnesota
Prikazani model crvenog pulsirajućeg giganta stvoren u Laboratoriju za računske znanosti i tehnologije na Sveučilištu u Minnesoti. Unutarnji pregled jezgre zvijezde: žuta i crvena - područja visokih temperatura, plava i akva - područja niskih temperatura.
Upravo se u toj klasi dogodilo prilično neočekivano otkriće: u blizini zvijezde V 391 u sazviježđu Pegasus otkrivena je egzoplanet, prethodno uronjena u natečenu školjku zvijezde. Preciznije, zvijezda V 391 pulsira, zbog čega se njen polumjer povećava i smanjuje. Planeta, čije je otkriće skupina astronoma iz različitih zemalja izvijestila u rujanskom broju časopisa Nature, ima masu veću od tri puta veću od mase Jupitera, a polumjer njegove orbite je jedan i pol puta veći od udaljenosti Zemlje od Sunca.
Kad je V 391 prošao pozornicu crvenog diva, njegov polumjer dosegao je najmanje tri četvrtine njegove orbite. Međutim, do početka širenja zvijezde, polumjer orbite u kojoj se nalazio planet bio je manji. Rezultati ovog otkrića ostavljaju Zemlji šansu da preživi nakon eksplozije Sunca, iako će se parametri orbite i sam polumjer planeta vjerojatno promijeniti.
Analogija je pomalo pokvarena činjenicom da ovaj planet, kao i njegova matična zvijezda, nisu baš slični Zemlji i Suncu. I što je najvažnije, V 391 je, transformirajući se u crvenog giganta, "bacio" značajan dio svoje mase, što je "spasilo" planet; ali to se događa samo s dva posto divova. Iako "bacanje" vanjskih školjki s transformacijom crvenog diva u bijelo patuljak koji se postupno hladi, okruženo rastućom plinskom maglom, nije tako rijetko.
Previše bliski susret sa njegovom zvijezdom najočitija je, ali nije jedina nevolja koja čeka Zemlju od drugih velikih kozmičkih tijela. Vjerojatno će se Sunce pretvoriti u crvenog diva, već napustio našu galaksiju. Činjenica je da su naša galaksija Mliječni put i susjedna divovska galaksija, maglica Andromeda, bile u gravitacijskoj interakciji već milijunima godina, što će na kraju dovesti do toga da Andromeda povuče Mliječni put prema sebi, i ona će postati dio ove velike galaksije. U novim uvjetima, Zemlja će postati potpuno drugačiji planet, štoviše, kao rezultat gravitacijskog djelovanja, Sunčev sustav, poput stotina drugih sustava, može se doslovno rastrgati. Budući da je gravitacijsko povlačenje maglice Andromeda mnogo jače od gravitacije Mliječnog puta,potonji mu se približava brzinom od oko 120 km / s. Koristeći računalne modele izrađene s točnošću od 2,6 milijuna objekata, astronomi su utvrdili da će se oko 2 milijarde godina galaksije konvergirati, a sila gravitacije počet će deformirati njihove strukture, tvoreći duge, atraktivne repove prašine i plina, zvijezda i planeta. U sljedeće 3 milijarde godina galaksije će doći u izravan kontakt, zbog čega će nova ujedinjena galaksija poprimiti eliptični oblik (danas se obje galaksije smatraju spiralnim). U sljedeće 3 milijarde godina galaksije će doći u izravan kontakt, zbog čega će nova ujedinjena galaksija poprimiti eliptični oblik (danas se obje galaksije smatraju spiralnim). U sljedeće 3 milijarde godina galaksije će doći u izravan kontakt, zbog čega će nova ujedinjena galaksija poprimiti eliptični oblik (danas se obje galaksije smatraju spiralnim).
Foto: NASA, ESA i Hubble Heritage tim (STScI)
Na ovoj slici dvije spiralne galaksije (velika je NGC 2207, mala - IC 2163) prolaze jedna drugu u području zviježđa Big Dog, poput veličanstvenih brodova. Sile plime galaksije NGC 2207 iskrivile su oblik IC 2163, bacajući zvijezde i plin u potoke koji su se protezali stotinama tisuća svjetlosnih godina (u desnom kutu slike).
Profesor Avi Loeb i njegov student TJ Cox s Harvard Smithsonian Harvard Smithsonian sugerirali su da ako možemo promatrati nebo našeg planeta kroz notornih 5 milijardi godina, tada bismo umjesto našeg uobičajenog Mliječnog puta - blijede pruge tmurnih točkica - vidjeli bi milijarde novih svijetlih zvijezda. U ovom slučaju, naš bi solarni sustav bio smješten "na periferiji" nove galaksije - oko stotinu tisuća svjetlosnih godina od njegovog središta, umjesto sadašnjih 25 tisuća svjetlosnih godina. Međutim, postoje i drugi proračuni: nakon potpunog spajanja galaksija, Sunčev sustav može se pomaknuti bliže središtu galaksije (67.000 svjetlosnih godina), ili se može dogoditi da padne u „rep“- poveznu vezu između galaksija. U potonjem slučaju, zbog gravitacijskog učinka, planete koje se nalaze tamo će biti uništene.
S obzirom na budućnost Zemlje, Sunca, Sunčevog sustava u cjelini i Mliječnog puta jednako je uzbudljivo kao i konvencionalno znanstveno. Ogromne duljine predviđanja, nedostatak činjenica i relativna slabost tehnologije, kao i uvelike navika suvremenih ljudi da razmišljaju o kinu i trilerima, utječu na činjenicu da su pretpostavke o budućnosti više poput znanstvene fantastike, samo s posebnim naglaskom na prvu riječ.