Звезда – огромный ком раскаленного газа, способный гореть миллионы-миллиарды лет. Что же так долго может поддерживать ее светимость, выделение энергии? Изучим вопрос.
1. Зоопарк звезд
Яркие точки на небосводе – сплошь звезды. Они могут объединяться в скопления, галактики. Но все-равно 90 % видимого вещества – это звезды. Есть еще газ, пыль, планеты – но их значительно меньше.
Изучать их стали еще в древности, но более-менее осмысленно понимать их сущность – в начале 20 века. Звезды можно классифицировать по температурам (от голубых раскаленных до красных и бурых «охлажденных»), светимости, размеру, плотности.
На 99% все они состоят из водорода и гелия, которые горят, испуская тепло и свет. Но так считали не всегда. Буквально 100-150 лет назад они представлялись иначе.
2. Химия
Исследователей интересовал вопрос: что и как долго способно поддерживать светило на плаву. Ученым 19 века было ясно, что Солнце горит. И они нашли своё пояснение процессу.
Так как химические реакции были уже хорошо изучены, то стали предполагать, что может хорошо и беспроблемно гореть. Выдвинули идею, что горит углерод (в виде угля или нефти) за счет взаимодействия с кислородом. Выделяемый при этом углекислый газ служит источником тепла и света. Буквально, как костер, который вы можете разжечь у себя в огороде. Следовательно, Солнце, как и другие звезды, состоят из С и О.
Стали подсчитывать. Масса светила была известна, оставалось найти время. Оценки были очень радостными, так как совпали с Библейскими описаниями. Оказывалось, Солнцу где-то 3-6 тыс. лет. Религиозные писания как раз об этом и говорили: наш мир был создан несколько тысяч лет назад.
Но счастье было не долгим.
3. Геология
Уже в середине того же 19 века геологи, сначала скромно, а потом всё громче, начали противиться такому малому возрасту родительской звезды. По их оценкам, осадочные породы в земле и водоемах не могут столь быстро образоваться. Для этого потребуется несколько миллионов лет.
Ученые стали в ступор. Но не отчаялись. Вспомнили о гравитации. Раз тела падают на землю, а удар этот вызывает нагревание, в результате которого выделяется тепло, следовательно, на Солнце все происходит аналогичным образом.
Начали искать, что же падает на наше светило. Уже в то время было известно о наличии больших пылевых облаков, которые имеются везде в Космосе. Может быть, эти частички и греют звезду? Оказалось, что их маловато.
Стали рассуждать дальше. Озарение пришло быстро. Ничто не падает на Солнце. Оно само на себя падает. Верхние слои опускаются вниз, подогревая центр.
Все посчитали и расписали. Оказалось, что с таким размером и массой оно будет выделять тепло около 30 млн. нет. Все красиво совпало, как и просили геологи.
Стоит отметить, что это открытие правдиво в определенные моменты эволюции звезды. При зарождении светила, и после его гибели, оно поддерживает свое состояние именно за счет гравитационной силы.
4. Распад
Выдвинутая теория, также, была опровергнута при изучении радиационного распада. Оказалось, период полураспада урана намного выше этого значения: Земле больше миллиарда лет.
Поначалу думали, что, по логике, Солнце тогда состоит из урана. Но если бы это было так, что оно вмиг бы взорвалось и разлетелось во все стороны.
Настало время кардинального переосмысления теории. Физики догадались посмотреть в самое начало таблицы Менделеева, где красовался водород. Термоядерный синтез, при создании новых элементов, выделяет огромное количество энергии. Посчитали, но оказалось, что имеющейся температуры в недрах звезды недостаточно. Для синтеза водорода необходимо сотни миллионов-миллиардов градусов. Внутри нашей звезды только 15 млн. градусов.
Нужно было как-то термоядерные реакции запустить без таких высоких температур. Вопрос решил ленинградский ученый Г. Гамов. Чтобы ядра водорода, например, слились воедино, необходимо их максимально сблизить. И тогда, за счет большой ядерной силы, они образуют другой элемент. Но как же их приблизить, они ведь отталкиваются?
Квантовая механика предполагала неопределенное положение микрочастицы в пространстве. Следовательно, при близком расположении друг от друга ядра водорода могут оказаться за порогом отталкивания и слиться. Этот процесс назвали туннелированием.
Сейчас это основная теория, поясняющая столь долгий срок существования светил. Исходя из расчетов, Солнце просуществует около 10 млрд. лет.
--
Как видим, звезды живут за счет термоядерных реакций. Водород сгорает, превращаясь в гелий. Это обеспечивает светило топливом на многие годы.
Спасибо за внимание. Подписывайтесь.
