T.Redzhe "Etyudy o Vselennoi", Mir/NiT<< 2.1. Obrazovanie Solnechnoi sistemy | Oglavlenie | 2.3. Sverhnovye >>
2.2. Vvedenie v astrofiziku
Tot fakt, chto Solnce – eto obyknovennaya zvezda, edinstvennaya primechatel'naya cherta kotoroi sostoit v tom, chto, nahodyas' tak blizko ot Zemli, ona nam svetit, nas greet i voobshe sozdaet vozmozhnost' sushestvovaniya zhizni na nashei planete, sudya po vsemu, obsheizvesten. Odnako esli by my stali rassprashivat' "cheloveka s ulicy", pytayas' vyyasnit' kakie-libo podrobnosti o Solnce ili drugih zvezdah, to ego otvety na nashi voprosy okazalis' by znachitel'no menee uverennymi. Seichas my popytaemsya predostavit' emu nekotoruyu informaciyu, dlya chego beglo ochertim panoramu nashih znanii o zvezdah.
Sostav Solnca
Po sushestvu, zvezdy – eto gazovye shary, veshestvo kotoryh uderzhivaetsya vmeste gravitacionnymi silami prityazheniya. Zvezdnyi gaz v osnovnom sostoit iz vodoroda (70 - 75%) i geliya, a takzhe soderzhit sledy bolee tyazhelyh elementov (neon, uglerod, kislorod). Zvezdy posylayut nam svet i teplo, i, chtoby ne dat' im pogasnut' v ochen' korotkoe vremya, neobhodim istochnik, nepreryvno popolnyayushii zapasy zvezdnoi energii. V proshlom stoletii imela hozhdenie teoriya, soglasno kotoroi eto proishodit za schet energii, vysvobozhdayusheisya v processe nepreryvnogo szhatiya zvezdy, vyzvannogo ee sobstvennym gravitacionnym polem; shar, takim obrazom, szhimaetsya pod deistviem sobstvennogo vesa i nagrevaetsya, podobno vozduhu v velosipednom nasose.
Po etoi teorii energii Solnca hvatilo by primerno na 20 mln. let; etot kazhushiisya bol'shim otrezok vremeni – meloch' v sravnenii s vozrastom Solnechnoi sistemy (5 mlrd. let), izvestnym nam iz issledovaniya radioaktivnyh kamnei. Teoriyu ostavili. Tem ne menee ona soderzhit dolyu istiny. Kak my uzhe govorili, Solnce deistvitel'no obyazano svoim rozhdeniem szhatiyu gromadnogo gazovogo oblaka, sostoyavshego, veroyatno, iz tonchaishego peska iz ugleroda i kremniya; i uzh navernyaka opisannyi nami mehanizm deistvoval v techenie pervyh 10 - 15 mln. let, nagrevaya i szhimaya pervonachal'noe oblako, prevrashaya ego v shar s sovremennymi razmerami. V kakoi-to moment, odnako, temperatura vnutri oblaka dostigla 10 - 15 mln. gradusov i zazhglis' termoyadernye reakcii, kotorye nachali medlenno prevrashat' vodorod v gelii i drugie elementy; imenno eti reakcii i sluzhat fakticheskim istochnikom nablyudaemoi solnechnoi energii. V rezul'tate termoyadernyh reakcii okolo 0,7% polnoi massy Solnca ischezaet, chtoby prevratit'sya v energiyu soglasno znamenitoi formule E = mc2.
Na samom dele takie prevrasheniya proishodyat tol'ko v ogranichennoi central'noi oblasti Solnca. Nachavshiesya termoyadernye reakcii srazu zhe prekratili vsyakoe dal'neishee szhatie Solnca, i ono obrelo stabil'nye razmery i svetimost', kotorye prakticheski ne menyalis' v techenie neskol'kih milliardov let. Dal'neishee szhatie privelo by k uvelicheniyu plotnosti i temperatury v central'noi oblasti, chto uskorilo process szhiganiya vodoroda, a vydelivsheesya dopolnitel'no teplo privelo by snova k rasshireniyu Solnca do prezhnih razmerov.
Evolyuciya Solnca
Takomu polozheniyu vse zhe nastupit konec, kogda ves' vodorod budet prevrashen v gelii. Teoreticheski solnechnogo goryuchego pri sovremennyh tempah ego sgoraniya hvatit po krainei mere na 100 mlrd. let. No sushestvuyut obstoyatel'stva, kotorye zametno umen'shayut eto vremya; tak, vodorod, sgoraya fakticheski tol'ko v central'noi chasti Solnca, ischeznet v nei uzhe cherez 5 - 6 mlrd. let, gorazdo ran'she, chem vo vneshnei obolochke.
Kogda prekratitsya sgoranie goryuchego v central'noi chasti Solnca, ona snova nachnet szhimat'sya,. bystro nagrevayas' do vse vozrastayushih temperatur, a teplo, peredavaemoe pri etom vneshnei obolochke, privedet k ee rasshireniyu do razmerov, chudovishnyh po sravneniyu s sovremennymi: Solnce rasshiritsya nastol'ko, chto poglotit Merkurii i budet razbazarivat' goryuchee v sto raz bystree, chem v nastoyashee vremya. Ono vstupit v stadiyu "krasnogo giganta"; zhizn' na Zemle ischeznet ili naidet pristanishe na vneshnih planetah.
My, konechno, budem zaranee postavleny v izvestnost' o takom sobytii, poskol'ku perehod k novoi stadii zaimet primerno 100 - 200 mln. let. Netrudno predvidet', chto budet dal'she. Kogda temperatura central'noi chasti Solnca dostignet 100 mln. gradusov, nachnet sgorat' i gelii, prevrashayas' v tyazhelye elementy, i Solnce vstupit v stadiyu slozhnyh ciklov szhatiya i rasshireniya, ne poddayushihsya issledovaniyu dazhe s pomosh'yu sovremennyh vychislitel'nyh mashin. Pochti navernyaka Solnce na poslednei stadii poteryaet vneshnyuyu obolochku, kotoruyu unesut s soboi v prostranstvo raskalennye vetry, i ono ostanetsya v vide central'nogo yadra, imeyushego neveroyatno bol'shuyu plotnost' i razmery, kak u Zemli. Proidet eshe neskol'ko milliardov let, i Solnce ostynet, prevrativshis' v "belyi karlik".
Magnitnoe pole
Itak, Solnce predstavlyaet soboi vodorodnuyu bombu nepreryvnogo deistviya, pravda bombu dobrozhelatel'nuyu, skrytuyu pod gazovym pokryvalom tolshinoi svyshe polumilliona kilometrov. Na solnechnoi poverhnosti nepreryvno bushuyut moshnye raskalennye uragany. Ochen' interesno, chto magnitnoe pole Solnca igraet znachitel'nuyu rol' v proishodyashih tam yavleniyah. Na Zemle magnitnoe pole podchinyaetsya strogomu poryadku, ono ukazyvaet napravlenie s Yuga na Sever i sluzhit moreplavatelyam pri rabote s kompasom.
Na Solnce zhe silovye linii magnitnogo polya sil'no izognuty i postoyanno perepletayutsya pod deistviem solnechnyh bur'. Esli veshestvo nagret' nastol'ko, chto atomy budut teryat' svoi elektrony pri sil'nyh stolknoveniyah drug s drugom, to ono okazhetsya v sostoyanii, kotoroe fiziki nazyvayut "plazmoi". Magnitnoe pole v etom sluchae igraet rol' butylki, iz kotoroi plazma ne mozhet vyiti, razve chto v isklyuchitel'nyh sluchayah. Na Solnce magnitnoe pole uvlekaet za soboi plazmu i peremeshivaet ee, kak polovnikom v kastryule. Vremenami sluchaetsya, chto oblasti solnechnogo veshestva, v kotoryh magnitnoe pole sil'no, vyhodyat na poverhnost' Solnca, i plazma v nih ohlazhdaetsya, izluchaya naruzhu teplo, v to vremya kak goryachaya plazma iz sosednih oblastei proniknut' k nei ne mozhet. Takie bolee holodnye zony vyglyadyat temnymi pyatnami na poverhnosti Solnca; eto i est' znamenitye solnechnye pyatna, otkrytye Galileem (hotya pochti navernyaka eshe ran'she ih videl iezuit Sheiner iz Ingolshtadta).
Byvaet takzhe, chto magnitnye silovye linii tak zakruchivayutsya, chto mogut "slomat'sya", peredavaya vsyu svoyu energiyu plazme, kotoraya togda burno nagrevaetsya i uskoryaetsya do skorostei v neskol'ko soten kilometrov v sekundu; v takih sluchayah nablyudayutsya tak nazyvaemye "solnechnye vspyshki". O solnce nam izvestno uzhe ochen' mnogoe, no ne vse. Tak, kolichestvo solnechnyh pyaten menyaetsya, sleduya odinnadcatiletnemu ciklu, no vmeste s tem nablyudayutsya i vekovye izmeneniya, kotorye kakim-to tainstvennym obrazom vliyayut na klimat Zemli.
Klassifikaciya zvezd
Chto mozhno skazat' o drugih zvezdah? Astrofiziki davno uzhe ponyali, chto samym sushestvennym parametrom, harakterizuyushim dinamiku zvezdy, yavlyaetsya ee massa, t.e. obshee kolichestvo veshestva, iz kotorogo ona sostoit. Uvelichenie massy vdvoe vlechet za soboi uvelichenie svetimosti zvezdy primerno v tridcat' raz (kak v sluchae Siriusa); vo stol'ko zhe raz umen'shitsya svetimost', esli massu umen'shit' napolovinu. Sirius pozhiraet goryuchee sootvetstvenno v pyatnadcat' raz bystree, chem Solnce; my imeem zdes' delo so "zvezdoi-pustozvonom", kotoraya hot' i svetit yarko, no rasteryaet svoi pyl gorazdo ran'she Solnca.
Sushestvuyut, odnako, zvezdy (naprimer, zvezda Barnarda) s massoi, v desyat' raz men'shei massy Solnca, i svetimost'yu, men'shei v sto tysyach raz. Vstrechayutsya takzhe ob'ekty, kotorye svetyatsya stol' slabo, chto ih nevozmozhno otlichit' ot takoi planety, kak Yupiter. Kstati, mnogie astrofiziki schitayut Yupiter pogasshei zvezdoi (ego massa v tysyachu raz men'she solnechnoi i v trista raz bol'she massy Zemli). S drugoi storony, sushestvuyut i zvezdy s massoi, v desyatki raz prevyshayushei massu Solnca, kotorye mogut svetit', kak million Solnc. Rech' idet ob ob'ektah, chrezvychaino nestabil'nyh, zhizn' kotoryh (prodolzhitel'nost'yu v neskol'ko millionov let), kak pravilo, zakanchivaetsya seriei katastrof.
Eti sverhzvezdy razvivayutsya ochen' bystro, poetomu trebuetsya ne tak mnogo vremeni, chtoby v central'noi oblasti nachalos' prevrashenie vodoroda i geliya v bolee tyazhelye elementy. Kogda v etih prevrasheniyah nachinaetsya obrazovanie zheleza, stanovitsya nevozmozhnym dal'neishee vydelenie yadernoi energii, i snova nachinaetsya gravitacionnyi kollaps. Pri opredelennyh usloviyah takoi kollaps proishodit vnezapno, v techenie doli sekundy, s tochki zreniya soputstvuyushego nablyudatelya. Zvezda "shlopyvaetsya", szhimayas' do chrezvychaino malogo ob'ema. Teplo, vydelyaemoe pri szhatii, peredaetsya vneshnei obolochke, i ona, nagretaya do milliardov gradusov, vybrasyvaetsya v prostranstvo so skorost'yu v tysyachi kilometrov v sekundu. Opisannoe nami yavlenie izvestno pod nazvaniem "vspyshka sverhnovoi" i predstavlyaet soboi odno iz naibolee grandioznyh i strashnyh sobytii na kosmicheskoi scene (sushestvuyut takzhe zvezdy, imenuemye prosto "novymi"; oni takzhe svideteli vnushitel'nyh katastroficheskih yavlenii, no merknut pri sravnenii so sverhnovymi).
Samye blizkie k nam zvezdy
Itak, my znaem, chto sushestvuet ogromnoe raznoobrazie zvezd, i priyatno soznavat', chto nablyudeniya v obshih chertah dostatochno horosho podtverzhdayut teoreticheskie predskazaniya (za isklyucheniem nekotoryh "rodimyh pyaten", na kotoryh my ostanovimsya nizhe). Posmotrev vokrug sebya, my uvidim okolo sotni zvezd, blizkih k Solncu, rasstoyaniya do kotoryh mozhno opredelit' neposredstvenno metodom treugol'nika. Bolee togo, mozhno takzhe opredelit' ih massy (ispol'zuya zakon prityazheniya N'yutona), esli my imeem delo, kak chasto sluchaetsya, s sistemoi iz dvuh ili bolee ob'ektov. Rasstoyaniya do etih zvezd menyayutsya ot 4,3 svetovogo goda, kak v sluchae Al'fy Centavra, do sotni svetovyh let. Bol'shinstvo zvezd raspolozheno, estestvenno, na dalekih rasstoyaniyah, i imenno eto obstoyatel'stvo delaet ih trudno nablyudaemymi. Izuchaya sosedei Solnca, my nichego primechatel'nogo v nih (za isklyucheniem Siriusa i Al'fy) ne obnaruzhivaem; chasto (v 60% sluchaev) vstrechayutsya sistemy, sostoyashie iz neskol'kih ob'ektov. Etot fakt navodit na mysl', chto i nalichie planet u zvezdy, vozmozhno, ne isklyuchenie, a pravilo; vprochem, otlichit' moloduyu planetu ot malen'koi zvezdy ne vsegda udaetsya. Vo vsyakom sluchae, ne sushestvuet pryamyh nablyudenii kakoi-nibud' temnoi planety, vrashayusheisya vokrug blizkoi k nam zvezdy; po vsei veroyatnosti, sozdanie orbital'nyh teleskopov predostavit interesuyushuyu nas informaciyu, mozhno nadeyat'sya, polozhitel'nuyu.
Vernemsya teper' k trudnostyam sovremennyh teorii o zvezdah. Pomimo tepla, sgoranie termoyadernogo goryuchego dolzhno privesti k poyavleniyu bol'shogo kolichestva neitrino. Kak my uzhe govorili, neitrino – neulovimye chasticy, sposobnye prohodit', ne vzaimodeistvuya, cherez ogromnuyu tolshu veshestva. V eksperimente, provodimom v nastoyashee vremya v Yuzhnoi Dakote (SShA), dlya obnaruzheniya neitrino ispol'zuetsya bol'shoi bak, napolnennyi zhidkost'yu, v kotoroi neitrino vyzyvayut harakternye reakcii. Bak pomeshen v glubokuyu shahtu. V zhidkosti, odnako, bylo poglosheno gorazdo men'she neitrino, chem ozhidalos', i do sih por net udovletvoritel'nogo ob'yasneniya etogo fakta.
Soglasno Pontekorvo, mozhet okazat'sya, chto neitrino prevrashayutsya v drugie neregistriruemye apparaturoi chasticy vo vremya dlitel'nogo puteshestviya ot Solnca do Zemli. Nekotorye uchenye schitayut, chto central'noe yadro Solnca, gde szhigaetsya goryuchee, na samom dele imeet men'shie razmery, a ego temperatura nizhe, chem prinyato dumat'; sushestvuet takzhe teoriya, soglasno kotoroi aktivnost' Solnca periodicheski okazyvaetsya znachitel'no nizhe obychnoi, hotya pri etom vneshnii nablyudatel' ne zaregistriruet zametnyh izmenenii v ego svetimosti.
Pochti navernyaka eti problemy budut resheny uzhe v blizhaishie gody. Budushee Solnce predstavlyaet ne tol'ko chisto akademicheskii interes, hotya stadiya "krasnogo giganta" nastupit sovsem ne skoro i ne mozhet vyzvat' trevogu. Delo v tom, chto dazhe nebol'shie izmeneniya svetimosti Solnca i chastoty poyavleniya solnechnyh pyaten mogut privesti k opasnym narusheniyam ravnovesiya klimata na Zemle, i takie izmeneniya neobhodimo umet' predskazyvat', chtoby izbezhat' katastrof v budushem. Ob etih veshah izvestno poka nichtozhno malo, i uchenym potrebuetsya prilozhit' bol'shie usiliya v blizhaishie desyatiletiya dlya resheniya voznikayushih problem.
<< 2.1. Obrazovanie Solnechnoi sistemy | Oglavlenie | 2.3. Sverhnovye >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Galileo Galilei - solnechnaya sistema - kosmogoniya - astrofizika - Obshaya teoriya otnositel'nosti - elektroslaboe vzaimodeistvie - elementarnye chasticy
Publikacii so slovami: Galileo Galilei - solnechnaya sistema - kosmogoniya - astrofizika - Obshaya teoriya otnositel'nosti - elektroslaboe vzaimodeistvie - elementarnye chasticy | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
