В состав солнце не входят твердые породы, в нем практически нет металлов и привычных нам тяжелых элементов. Оно состоит почти исключительно из водорода и гелия — двух самых легких элементов во Вселенной. В привычных условиях они легко поднимаются вверх, стремясь вырваться в пространство. Однако внутри Солнца они подчиняются колоссальной гравитации, которая в 28 раз сильнее, чем на Земле. Почему звезда, состоящая из легких газов, обладает столь сокрушительным притяжением?
Гравитация — это фундаментальная сила природы, действующая между любыми объектами, обладающими массой. Ее определяет масса тела и расстояние до него. Чем больше масса, тем сильнее притяжение. Здесь не имеет значения химический состав — будь то металл, камень, газ или даже антиматерия. Важна только общая масса.
Земля удерживает нас своей гравитацией благодаря массе, но по сравнению с Солнцем наша планета ничтожно мала. Солнечная масса больше земной в 333 000 раз. Это значит, что его гравитация настолько сильна, что способна удерживать даже далекие планеты вроде Нептуна, находящегося в миллиардах километров.
На Земле воздух почти невесом. Гелий поднимает воздушные шары, а водород так легок, что его трудно удержать в атмосфере. Однако масса газа зависит не от его природы, а от количества вещества и плотности.
Если газ сильно сжать, он становится плотнее, а значит — тяжелее. В центре Солнца плотность достигает 150 раз плотности воды, что делает водород и гелий тяжелее, чем многие твердые вещества. Здесь сказывается фактор давления. Огромные слои газа сверху давят на внутренние слои, создавая колоссальное сжатие.
В результате водород, который в обычных условиях легче воздуха, внутри Солнца превращается в невероятно плотную плазму. И хотя по составу звезда — всего лишь газовый шар, по своей массе она в сотни тысяч раз превосходит Землю.
Термоядерные реакции и гравитационное равновесие
Гравитация Солнца так велика, что сжимает его до такой степени, что температура внутри поднимается до 15 миллионов градусов. Это порождает термоядерные реакции: атомы водорода сливаются, образуя гелий и выделяя огромную энергию. Именно эта энергия не дает Солнцу схлопнуться под действием собственной гравитации.
Получается баланс двух сил:
— гравитация пытается сжать звезду,
— термоядерные реакции создают давление, не давая ей сжаться до катастрофических масштабов.
Если бы масса Солнца была в несколько раз больше, гравитация могла бы победить давление термоядерных реакций, и звезда превратилась бы в черную дыру. Если бы масса была меньше, она не смогла бы запустить ядерный синтез, и перед нами был бы просто гигантский газовый шар, но не звезда.
Как масса определяет гравитацию
Поскольку гравитация зависит только от массы, вопрос о плотности и состоянии вещества становится второстепенным. Представим два объекта с одинаковой массой: один из железа, другой из водорода. Несмотря на разницу в материале, их гравитация будет одинаковой, если масса одинакова. Разница лишь в том, сколько места занимает вещество. Железо более плотное, значит, объект из него будет компактнее. Газ менее плотный, значит, чтобы достичь той же массы, потребуется гораздо больше объема.
Солнце имеет гигантские размеры не потому, что оно легкое, а потому, что его газовое вещество занимает большой объем. Если бы оно было твердым, его диаметр оказался бы меньше, но гравитация осталась бы такой же.
Почему гравитация Солнца не разрывает Землю?
Если Солнце так тяжело и его гравитация столь сильна, почему Земля не падает на него? Ответ кроется в скорости движения планет. Земля несется вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Эта скорость создает центробежную силу, которая компенсирует притяжение Солнца. Если бы Земля двигалась медленнее, она бы упала на Солнце. Если бы быстрее — улетела в космос.
Таким образом, орбитальное движение — это баланс между гравитацией и скоростью. Именно благодаря этому планеты остаются на своих орбитах, а не падают на Солнце или не улетают в пустоту.
Что произойдет с гравитацией Солнца в будущем?
Сейчас Солнце активно выжигает водород, превращая его в гелий. Но через несколько миллиардов лет этот процесс прекратится. Звезда сбросит внешние слои, превратившись в белого карлика — очень плотный, но компактный объект.
Гравитация на поверхности белого карлика будет в сотни раз сильнее, чем на поверхности нынешнего Солнца, но сама масса звезды уменьшится, а значит, планеты удалятся от нее. Солнечная система изменится, но гравитация по-прежнему будет зависеть только от массы, а не от состава Солнца.
Гравитация Солнца велика не потому, что в нем есть тяжелые элементы, а потому, что оно обладает огромной массой. Даже если звезда состоит только из легких газов, их огромное количество создает притяжение, удерживающее планеты на орбите. Масса определяет гравитацию, а не состав или плотность. Именно поэтому даже легкие элементы могут породить силы, способные удерживать целые миры.
-----
Смотрите нас на youtube. Еще больше интересных постов на научные темы в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости