Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Представления современной астрономии
В середине ХХ века в астрономии произошла научная революция, изменившая способы астрономического познания и астрономическую картину мира. В основе новой астрономии лежит открытие нестационарности Вселенной, приведшее к фундаментальному пересмотру представлений о мегамире. Произошел отказ от идеи единственности Вселенной, хотя эмпирического подтверждения представления о множественности вселенных пока нет. Создание квантовой механики и ОТО обеспечило переориентацию астрономии с изучения в основном механических движений космических объектов на изучение их физических характеристик (теории эволюции звезд, звездных систем и Вселенной в целом). Произошел отказ от классических представлений пространства и времени. Современная астрономия опирается на релятивистскую концепцию пространственно-временного континуума. Радикально изменились методы наблюдения. В классической астрономии существовал один узкий канал получения информации – видимый свет (оптические телескопы). Новая астрономия стала всеволновой. Обнаружены новые типы космических объектов, основное излучение которых сосредоточено в неоптических диапазонах электромагнитных волн (радио-, инфракрасный, ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма-диапазоны). Например, рентгеновские телескопы предоставляют информацию о черных дырах, гамма-телескопы – о нейтронных звездах. Появилась нейтринная астрономия, изучающая ранние (дореликтовые) этапы эволюции Вселенной; гравитационная астрономия, изучающая структуру Вселенной. С 1962 года планеты и их спутники исследуются космическими аппаратами. Даже в оптической астрономии проектируются мощные телескопы с системой зеркал равноценных телескопам со сплошным зеркалом 100 м. Но механика Ньютона не потеряла значения - расчеты движения планет и искусственных спутников осуществляются на ее базе. Эволюция звезд Наблюдаемая Вселенная – это мир галактик. Галактики – гигантские звездные системы, содержащие 107-1013 звезд. Они имеют размеры от нескольких десятков тысяч до 18 млн световых лет. Что они состоят не только из пыли, но и звезд стало ясно в 1920-е годы. Ближайшая галактика – Туманность Андромеды - находится от нас на расстоянии 1.5 млн световых лет. Расстояние до самой дальней наблюдаемой галактики – свыше 10 млрд световых лет.
Наша галактика – Млечный путь – диск с утолщением в центре диаметром 100 тысяч световых лет, толщиной – в 10-15 раз меньше. Состоит примерно из 200 млрд звезд. Ее возраст около 13 млрд лет. Центр галактики движется относительно реликтового фона со скоростью 500 км/сек. Солнце расположено на расстоянии примерно в 30 тысячах световых лет от центра галактики и вращается вокруг него со скоростью 200 км/сек. Млечный путь и Андромеда сближаются со скоростью 100 км/сек, что приведет к их слиянию. Основные характеристики звезд. В звездах сосредоточено около 98% видимого вещества Вселенной. Сосчитаны и занесены в каталоги все звезды ярче 11-й звездной величины. Их около миллиона. Всего наблюдению доступно около 2 млрд звезд. Общее количество звезд во Вселенной оценивается в 1022. Самая близкая звезда Проксима Центавра находится на расстоянии 4.24 световых года, не наблюдается с территории России и не видна невооруженным взглядом. Ее масса – 1/7 солнечной. Основные характеристикизвезд - радиус R, светимость L, поверхностная температура (цвет) T, масса, химический состав. Максимальная масса звезд, по некоторым оценкам, 100-150 солнечных, минимальная – 0.05 (масса планеты Юпитер – 0.0001). Самые маленькие звезды имеют размер около 10 км, самые большие могут превосходить Солнце в 1000 раз. Самые горячие звезды имеют поверхностную температуру порядка 50 тысяч градусов, самые холодные – около 3000 (Солнце – 6000). Светимость может достигать несколько миллионов солнечных. Для нормальной звезды (в которой протекают термоядерные реакции) справедлива формула: L ═4 πR ² σT 4, где σ – постоянная Стефана-Больцмана. Эмпирическая зависимость светимости (абсолютной звездной величины) от температуры (цвета или спектрального класса), установленная в начале ХХ века, получила название диаграммы Герцшпрунга-Рессела. В нормальном состоянии, когда происходит реакция горения водорода (на диаграмме Герцшпрунга-Рессела звезда находится на главной последовательности), звезда существует 90% своей жизни. Возникновение звезд происходит из газово-пылевых туманностей под действием двух сил – гравитации, стремящейся сжать звезду, и силы давления газа, стремящейся расширить звезду. Период стабильности звезды означает, что эти силы равны.
В протозвезде гравитация растет и разогревает газ. Например, энергии гравитационного сжатия для поддержания светимости Солнца хватило бы на 30 млн лет. Когда температура достигает 8 млн градусов – включаются термоядерные реакции синтеза из водорода гелия He3, а при 10-15 млн - He4. Сжатие прекращается под действием светового давления и звездообразование завершается. Юпитер излучает в 2.5 раза больше энергии, чем получает ее от Солнца. Это значит, что Юпитер разогревается за счет гравитационного сжатия, т.е. является протозвездой (он состоит из водорода и гелия в той же пропорции, что и Солнце). Но звездой не станет из-за недостаточной массы. Эволюция звезд зависит от их массы и химического состава. Чем больше масса – тем короче жизнь. Теоретически рассчитанное время жизни самых массивных звезд – 3.5 млн лет, Солнца – 10 млрд лет. Звезды 1-го поколения состоят из 75% водорода и 25% гелия. В ходе быстрой эволюции массивных звезд 1-го поколения образовались более тяжелые химические элементы (в основном до железа), которые были выброшены в межзвездное пространство. Звезды последующих поколений формировались из вещества, содержащего 3-4% тяжелых элементов. Считается, что в настоящее время межзвездный газ состоит примерно из 67% водорода, 28% гелия и 5% остальных элементов. 85% тяжелых элементов возникло примерно 9-10 млрд лет назад. Солнце – звезда, скорее всего, 3-го поколения. Звезды, по сути, термоядерные бомбы. Основателем теории термоядерных источников звездной энергии является немецкий физик Г.Бете (1939). Термоядерные реакции – ядерные реакции синтеза химических элементов при высоких температурах. Термоядерные реакции в звездах – это, прежде всего, реакции столкновения ядер легких элементов с протонами. Чем выше температура в недрах звезд, тем более тяжелые ядра могут участвовать в термоядерных реакциях, а значит, образовываться ядра более тяжелых химических элементов. Чтобы протон мог проникнуть в ядро (присоединиться к нему) ему нужно приблизиться на расстояние 10-13 см - тогда проявится сильное взаимодействие. Для этого положительно заряженный протон должен преодолеть силы электростатического отталкивания (кулоновский барьер). Он должен обладать энергией около 1000 кэВ. Таких протонов в звездах нет. Но благодаря туннельному эффекту вероятность преодолеть кулоновский барьер имеют даже протоны с энергией 20 кэВ. Эта вероятность очень мала (десятки миллиардов лет на протон), но протонов много, поэтому реакция идет с достаточной интенсивностью. Например, для поддержания светимости Солнца на настоящем уровне, водорода в нем хватило бы на 100 млрд лет. Первый этап. Основная термоядерная реакция, являющаяся источником энергии нормальных звезд (включая Солнце), находящихся на стадии стационарного горения – превращение четырех ядер водорода (протонов) в одно ядро гелия (α-частицы). Выделяемая при этом энергия составляет 26.2 МэВ. Водородный цикл включается при температуре около 14 млн градусов. Вероятность одновременного соединения четырех протонов в ядро гелия ничтожно мала, поэтому водородный цикл может включать несколько разновидностей протон-протонных последовательностей.
Второй этап. После выгорания водорода в центре образуется гелиевое ядро, которое начинает коллапсировать - катастрофически быстро сжиматься (гравитационный коллапс). Температура ядра резко повышается и оболочка звезды разбухает. При этом температура внешних слоев падает и звезда переходит в стадию красного гиганта, постепенно теряющего верхнюю оболочку. Радиус красного гиганта превышает в 10 раз радиус Солнца, а светимость - в 104 раз. При массе звезды больше 0.5 массы Солнца температуры в центре звезды хватит для того, чтобы началась реакция горения гелия - синтез углерода. Три ядра гелия образуют ядро углерода. Постепенно гелиевое ядро преобразуется в углеродное. Через 5 млрд лет на стадии красного гиганта радиус Солнца увеличится раз в 200 и сравнится с расстоянием от Земли до Солнца и тогда Земля вместе с Венерой и Меркурием испарятся. Каждые 1 млрд лет светимость Солнца увеличивается на 10%, поэтому уже через 1.1 млрд лет все океаны на Земле испарятся. На стадии горения гелия Солнце просуществует 100 млн лет и превратится из красного гиганта в белого карлика, состоящего из углерода. На третьем этапе (если температура в ядре достигнет 100 млн градусов после гравитационного сжатия) начинает гореть углерод – синтезируется кислород. Углерод, взаимодействуя с ядром гелия, дает кислород. С горением углерода происходит резкое повышение температуры на один-два порядка (до нескольких миллиардов градусов) и звезда превращается в красный сверхгигант. Сверхгиганты могут достигать 100 масс Солнца, радиуса – 1000 радиусов Солнца, светимости – 106 солнечных. Звезды с массой больше 10 солнечных масс сразу превращаются в сверхгиганты. Образование новых элементов зависит от массы звезды. Кислород синтезируется в кремний, кремний – в железо. При 3-5 млрд градусах идут реакции образования химических элементов железного пика – титана, ванадия, хрома, железа, кобальта и др. Внутренним строением звезда в этом случае напоминает луковицу, каждый слой которой наполнен каким-либо одним элементом. Наиболее представлено железо. Но все термоядерные реакции с выделением энергии кончаются на образовании ядер железа. Возникновение элементов железного пика означает смерть звезды. Термоядерные реакции прекращаются, звезда резко сжимается и взрывается (вспышка сверхновой). Во время взрыва сверхновой образуются самые тяжелые химические элементы. Разлетающаяся оболочка звезды бомбардируется вылетевшими из ядра звезды нейтронами, создавая набор элементов тяжелее железа. Включаются ядерные реакции с нейтронами (нейтронный захват), для которых электростатический барьер значения не имеет. Перегруженное нейтронами ядро оказывается нестабильным, нейтрон превращается в протон (бета-распад) и ядро превращается в изотоп следующего химического элемента. Образуются элементы с массовым числом больше 60. Нейтронный захват объясняет происхождение богатых нейтронами тяжелых элементов (урана, тория и др.) с массовым числом до 270. По приблизительным оценкам, звезды с массой более 100 масс Солнца нестабильны. В них давление излучения может превысить силу гравитационного сжатия, в результате чего должен произойти колоссальный взрыв звезды (гиперновая), во много раз превышающий энергию сверхновых звезд.
|
|||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-04-04; просмотров: 213; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.85.63.190 (0.016 с.) |