Věk Slunce odhaduje většina astrofyziků na přibližně 4,59 miliardy let. Je klasifikován jako střední nebo dokonce malá hvězda - takové hvězdy existovaly déle, než jejich větší a rychle mizející sestry. Slunci se dosud podařilo spotřebovat méně než polovinu vodíku, který obsahuje: z 70,6% podílu původní hmoty sluneční hmoty zůstává 36,3. V průběhu termonukleárních reakcí se vodík uvnitř Slunce mění na helium.
Aby reakce termonukleární fúze probíhala, je nutná vysoká teplota a vysoký tlak. Jádra vodíku jsou protony - elementární částice s kladným nábojem, mezi nimi působí elektrostatická odpuzovací síla, která jim zabraňuje v přibližování. Ale uvnitř jsou také významné síly univerzální přitažlivosti, které zabraňují rozptylu protonů. Naopak, tlačí protony tak blízko sebe, že začíná jaderná fúze. Část protonů se změní na neutrony a síly elektrostatického odporu jsou oslabeny; v důsledku toho stoupá svítivost slunce. Vědci odhadují, že v počátečním stádiu existence Slunce byla jeho jasnost pouze 70 procent toho, co dnes vyzařuje, a v příštích 6,5 miliardách let se světelná jasnost hvězdy pouze zvýší.
Stále se však hádají s tímto názorem, nejrozšířenějším a zahrnutým do učebnic. A hlavním tématem spekulací je právě chemické složení solárního jádra, které lze posoudit pouze na základě nepřímých údajů. Jedna z konkurenčních teorií naznačuje, že hlavním prvkem ve slunečním jádru není vodík, ale železo, nikl, kyslík, křemík a síra. Světelné prvky - vodík a helium - jsou přítomny pouze na povrchu Slunce a fúzní reakce je usnadněna velkým počtem neutronů emitovaných z jádra.
Oliver Manuel tuto teorii rozvíjel v roce 1975 a od té doby se snaží přesvědčit vědeckou komunitu o její platnosti. Má řadu příznivců, ale většina astrofyziků to považuje za úplný nesmysl.
Fotografie: NASA a Hubble Heritage Team (AURA / STScI)
Proměnná hvězda V838 Monocerotis se nachází na okraji naší galaxie. Tento obrázek ukazuje část prachové obálky hvězdy. Tato skořápka je dlouhá šest světelných let. Tato světelná ozvěna, která je nyní viditelná, zaostává ve vztahu k samotnému blesku pouze o dva roky. Astronomové očekávají, že světelná ozvěna bude i nadále blikat v prašném prostředí V838 Mon, protože se rozšiřuje alespoň po zbytek této dekády.
Kterákoli teorie je správná, "solární palivo" dříve nebo později dojde. Kvůli nedostatku vodíku se termonukleární reakce začnou zastavovat a rovnováha mezi nimi a přitažlivými silami bude narušena, což způsobí, že vnější vrstvy budou tlačit proti jádru. Po kontrakci vzroste koncentrace zbývajícího vodíku, zintenzivní se jaderné reakce a jádro se začne rozšiřovat. Obecně přijímaná teorie předpovídá, že ve věku 7,5–8 miliard let (tj. Po 4–5 miliardách let) se Slunce změní v červeného obra: jeho průměr se zvýší více než stokrát, takže oběžné dráhy prvních tří planet sluneční soustavy budou uvnitř hvězdy … Jádro je velmi horké a teplota skořápky obrů je nízká (asi 3000 stupňů) - a proto červená barva.
Charakteristickým rysem červeného obra je, že vodík již nemůže sloužit jako „palivo“pro jaderné reakce uvnitř něj. Nyní hélium, které se zde hromadí ve velkém množství, začíná „hořet“. V tomto případě se vytvoří nestabilní izotopy berylia, které se při bombardování částicemi alfa (tj. Stejnými jádry helia) přemění na uhlík.
Propagační video:
Právě na tomto je život na Zemi a na samotné Zemi s největší pravděpodobností již zaručeno, že přestanou existovat. Dokonce i nízká teplota, kterou bude mít solární periferie v té době, bude stačit k tomu, aby se naše planeta úplně vypařila.
Lidstvo jako celek, stejně jako každá osoba jednotlivě, doufá ve věčný život. Ve chvíli, kdy se Slunce změní v červeného obra, uvalí na tento sen určitá omezení: pokud se lidstvu podaří přežít takovou katastrofu, bude to jen mimo její kolébku. Je však vhodné si zde připomenout, že jeden z největších fyziků naší doby, Stephen Hawking, již dlouho argumentoval, že okamžikem, kdy může lidstvo přežít, je kolonizace jiných planet téměř přišla. Intraterestrické důvody znemožní tuto kolébku obývat mnohem dříve, než se Slunci stane něco špatného.
Pojďme se blíže podívat na načasování zde:
Hmotnost = 1,99 x 1030 kg.
Průměr = 1,392 000 km.
Absolutní velikost = +4,8
Spektrální třída = G2
Povrchová teplota = 5800 ° K
Okružní doba = 25 hodin (pól) - 35 hodin (rovník)
Období revoluce kolem středu galaxie = 200 000 000 let
Vzdálenost do středu galaxie = 25 000 světla. let
Rychlost pohybu kolem středu galaxie = 230 km / s.
Slunce. Hvězda, která dala vzniknout všem živým věcem v našem systému, je přibližně 750krát větší než hmotnost všech ostatních těles ve sluneční soustavě, takže vše v našem systému lze považovat za točící se kolem Slunce jako společné centrum hmoty.
Slunce je sféricky symetrická žárovka v rovnováze. Pravděpodobně vzniklo spolu s dalšími těly sluneční soustavy z plynové a prachové mlhoviny asi před 5 miliardami let. Na začátku svého života bylo slunce asi 3/4 vodíku. Poté, kvůli gravitační kontrakci, se teplota a tlak ve střevech zvýšily natolik, že spontánně začala termonukleární reakce, během níž byl vodík přeměňován na helium. V důsledku toho teplota ve středu Slunce velmi silně vzrostla (asi 15 000 000 K) a tlak v jeho hloubkách se natolik zvýšil (1,5 x 105 kg / m3), že byl schopen vyrovnat gravitační sílu a zastavit gravitační kompresi. Takto vznikla moderní struktura Slunce.
Poznámka: Hvězda obsahuje obrovský rezervoár gravitační energie. Ale z toho nemůžete beztrestně čerpat energii. Je nutné, aby se Slunce zmenšilo a mělo by se snižovat dvakrát za každých 30 milionů let. Celková dodávka tepelné energie ve hvězdě se přibližně rovná její gravitační energii s opačným znaménkem, tj. Řádu GM2 / R. Pro Slunce je tepelná energie rovna 4 * 1041 J. Každou sekundu Slunce ztrácí 4 * 1026 J. Rezerva jeho tepelné energie by stačila pouze na 30 milionů let. Úspora termonukleární fúze - kombinace světelných prvků doprovázená obrovským uvolněním energie. Poprvé ve 20. letech 20. století na tento mechanismus poukázal anglický astrofyzik A. Edington, který si všiml, že čtyři jádra atomu vodíku (proton) mají hmotnost 6,69 * 10–27 kg a jádro helia - 6, 65 * 10 - 27 kg. Hromadná vada je vysvětlena teorií relativity. Podle Einsteinova vzorce je celková energie těla vztažena k hmotnosti poměrem E = Ms2. Vazebná energie v héliu je o jeden nukleon více, což znamená, že jeho potenciál je hlubší a jeho celková energie je menší. Pokud je hélium nějak syntetizováno z 1 kg vodíku, uvolní se energie rovnající se 6 * 1014 J. To je přibližně 1% celkové energie vyhořelého paliva. Tolik pro váš rezervoár energie.
Současníci však byli vůči Edingtonově hypotéze skeptičtí. Podle zákonů klasické mechaniky je třeba přiblížit síly Coulombova odpuzování, aby se protony přiblížily k vzdálenosti řádu rádiusu působení jaderných sil. Jejich energie proto musí překročit hodnotu Coulombovy bariéry. Výpočet ukázal, že k zahájení procesu termonukleární fúze je nutná teplota asi 5 miliard stupňů, ale teplota ve středu Slunce je asi 300krát nižší. Zdálo se tedy, že slunce není dost horké, aby umožnilo fúzi helia.
Edingtonovu hypotézu zachránila kvantová mechanika. V roce 1928 mladý sovětský fyzik G. A. Gamow zjistil, že podle svých zákonů mohou částice s určitou pravděpodobností prosakovat potenciální bariérou, i když je jejich energie pod její výškou. Tento jev se nazývá subbariéra nebo křižovatka tunelu. (Ten obrazně naznačuje možnost, že se ocitnete na druhé straně hory, aniž byste šplhali na její vrchol.) Gamow vysvětlil pomocí tunelových přechodů zákony radioaktivního rozpadu, a tak poprvé prokázal použitelnost kvantové mechaniky na jaderné procesy (téměř současně byly přechody tunelů téměř stejné) objevili R. Henry a E. Condon). Gamow také upozornil na skutečnost, že díky přechodům tunelů se mohou srážející se jádra přiblížit k sobě a vstoupit do jaderné reakce při energiimenší hodnoty Coulombovy bariéry. Toto přimělo rakouského fyzika F. Houtermans (ke kterému Gamow vyprávěl o jeho práci ještě před jejich publikací) a astronom R. Atkinson se vrátit k Edingtonově myšlence na jaderný původ sluneční energie. A i když současná kolize čtyř protonů a dvou elektronů za vzniku jádra helia je extrémně nepravděpodobný proces. V roce 1939 se G. Betheovi podařilo najít řetězec (cyklus) jaderných reakcí vedoucí k syntéze helia. Katalyzátorem pro syntézu helia v Betheho cyklu jsou uhlíková jádra C12, jejichž počet zůstává nezměněnA i když současná kolize čtyř protonů a dvou elektronů za vzniku jádra helia je extrémně nepravděpodobný proces. V roce 1939 se G. Betheovi podařilo najít řetězec (cyklus) jaderných reakcí vedoucí k syntéze helia. Katalyzátorem pro syntézu helia v Betheho cyklu jsou uhlíková jádra C12, jejichž počet zůstává nezměněnA i když současná kolize čtyř protonů a dvou elektronů za vzniku jádra helia je extrémně nepravděpodobný proces. V roce 1939 se G. Betheovi podařilo najít řetězec (cyklus) jaderných reakcí vedoucí k syntéze helia. Katalyzátorem pro syntézu helia v Betheho cyklu jsou uhlíková jádra C12, jejichž počet zůstává nezměněn
Takže - ve skutečnosti pouze jejich centrální část s hmotností 10% celkové hmotnosti může sloužit jako palivo pro hvězdy. Pojďme si spočítat, jak dlouho bude mít slunce dostatek jaderného paliva.
Celková energie Slunce je M * c2 = 1047 J, jaderná energie (Ead) je přibližně 1%, tj. 1045 J, a s ohledem na skutečnost, že ne všechny hmoty mohou hořet, dostaneme 1044 J. Rozdělením této hodnoty jasem Slunce 4 * 1026 J / s, dostaneme, že její jaderná energie vydrží 10 miliard let.
Obecně hmota hvězdy jednoznačně určuje její další osud, protože jaderná energie hvězdy je Ead ~ Mc2 a jas se chová přibližně jako L ~ M3. Čas vyhoření se nazývá jaderný čas; je definována jako tad = ~ Ead / L = 1010 (M / M Slunce) -2 roky.
Čím větší je hvězda, tím rychleji se spaluje!.. Poměr tří charakteristických časů - dynamický, tepelný a jaderný - určuje charakter vývoje hvězdy. Skutečnost, že dynamický čas je mnohem kratší než tepelný a jaderný čas, znamená, že hvězda vždy dokáže přijít do hydrostatické rovnováhy. A skutečnost, že tepelný čas je menší než jaderný čas, znamená, že hvězda má čas přijít k tepelné rovnováze, to znamená k rovnováze mezi množstvím energie uvolněné ve středu za jednotku času a množstvím energie emitované povrchem hvězdy (svítivostí hvězdy). Na slunci se každých 30 milionů let obnovuje dodávka tepelné energie. Energii na slunci však přenáší záření. To znamená fotony. Foton, narozený v termonukleární reakci ve středu, se objeví na povrchu po tepelné době, ~ 30 milionů let). Foton se pohybuje rychlostí světla, alevěc je, že je neustále absorbována a znovu emitována, značně zaměňuje její trajektorii, takže její délka se rovná 30 milionům světelných let. Po tak dlouhou dobu má záření čas, aby se dostal do tepelné rovnováhy s látkou, kterou prochází. Proto je spektrum hvězd blízké spektru černého těla. Pokud by dnes byly zdroje termonukleární energie „vypnuty“(jako žárovka), Slunce by svítilo miliony let.pak by slunce svítilo milióny let.pak by slunce svítilo milióny let.
Ale i když je proroctví o Hawkingovi a jeho mnoha předchůdcích a podobně smýšlejících lidech po celém světě předurčeno k tomu, aby se splnilo, a lidstvo jde vybudovat „mimozemskou civilizaci“, osud Země bude lidi stále znepokojovat. Proto mnoho astronomů má zvláštní zájem o hvězdy podobné Slunci svými parametry - zejména když se tyto hvězdy změní v červené obry.
Skupina astronomů vedená Samem Raglandem pomocí infračerveného optického komplexu tří kombinovaných dalekohledů Arizonského infračerveného optického dalekohledu tedy zkoumala hvězdy s hmotami od 0,75 do 3násobku hmotnosti Slunce a blížila se ke konci svého vývoje. Blížící se konec je docela snadno identifikovatelný nízkou intenzitou vodíkových linií v jejich spektrech a naopak vysokou intenzitou linií helia a uhlíku.
Rovnováha gravitačních a elektrostatických sil v takových hvězdách je nestabilní a vodík a hélium uvnitř nich se střídají jako druh jaderného paliva, což způsobuje změny jasnosti hvězdy v období asi 100 tisíc let. Mnoho takových hvězd tráví posledních 200 tisíc let svého života jako proměnné světového typu. (Světové proměnné jsou hvězdy, jejichž svítivost se pravidelně mění s dobou od 80 do 1 000 dní. Jmenují se podle „předchůdce“třídy, hvězd světa v souhvězdí Cetus).
Ilustrace: Wayne Peterson / LCSE / University of Minnesota
Vykreslený model červeného pulzujícího obra vytvořený ve Výpočtové vědecké a technologické laboratoři na University of Minnesota. Vnitřní pohled na jádro hvězdy: žlutá a červená - oblasti vysokých teplot, modrá a aqua - oblasti nízkých teplot.
Právě v této třídě došlo k poměrně neočekávanému objevu: poblíž hvězdy V 391 v souhvězdí Pegasus byl objeven exoplanet, který byl dříve ponořen do nabobtnalé skořápky hvězdy. Přesněji řečeno, hvězda V 391 pulzuje, díky čemuž se její poloměr zvyšuje a snižuje. Planeta, jejíž objev skupina astronomů z různých zemí uvedla v zářijovém čísle časopisu Nature, má hmotnost více než trojnásobek hmotnosti Jupiteru a poloměr její oběžné dráhy je jeden a půlnásobek vzdálenosti oddělující Zemi od Slunce.
Když V 391 prošel fází červeného obra, jeho poloměr dosáhl nejméně tří čtvrtin poloměru jeho oběžné dráhy. Avšak na začátku expanze hvězdy byl poloměr orbity, ve které byla planeta umístěna, menší. Výsledky tohoto objevu dávají Zemi šanci přežít po explozi Slunce, i když se parametry orbity a poloměr samotné planety pravděpodobně změní.
Analogie je poněkud pokazena skutečností, že tato planeta, stejně jako její mateřská hvězda, nejsou příliš podobné Zemi a Slunci. A co je nejdůležitější, V 391, když se proměnil v červeného obra, „upustil“významnou část své hmoty, která „zachránila“planetu; ale to se stane jen dvěma procentům obrů. Přestože „vyvržení“vnějších skořápek s přeměnou červeného obra na postupně chlazeného bílého trpaslíka obklopeného expandující plynovou mlhovinou není tak vzácné.
Příliš blízké setkání s hvězdou je nejzřetelnější, ale ne jediný problém čekající na Zemi od jiných velkých kosmických těl. Je pravděpodobné, že se Slunce změní v červeného obra, který již opustil naši galaxii. Faktem je, že naše galaxie Mléčná dráha a sousední obří galaxie, mlhovina Andromeda, byly v gravitační interakci po miliony let, což nakonec povede k tomu, že Andromeda přitáhne Mléčnou cestu k sobě a stane se součástí této velké galaxie. Za nových podmínek se Země stane úplně jinou planetou, navíc, díky gravitační interakci, může být sluneční soustava, stejně jako stovky dalších systémů, doslova roztržena. Protože gravitační tah mlhoviny Andromeda je mnohem silnější než gravitace Mléčné dráhy,ten se k ní přibližuje rychlostí asi 120 km / s. Použitím počítačových modelů vyrobených s přesností 2,6 milionu objektů astronomové určili, že za přibližně 2 miliardy let se galaxie sblíží a gravitační síla začne deformovat jejich struktury a vytvoří dlouhé, atraktivní zbytky prachu a plynu, hvězd a planet. Po dalších 3 miliardách let se galaxie dostanou do přímého kontaktu, v důsledku čehož nová sjednocená galaxie získá eliptický tvar (obě galaxie se dnes považují za spirálu). Po dalších 3 miliardách let se galaxie dostanou do přímého kontaktu, v důsledku čehož nová sjednocená galaxie získá eliptický tvar (obě galaxie se dnes považují za spirálu). Během dalších 3 miliard let se galaxie dostanou do přímého kontaktu, v důsledku čehož bude mít nová sjednocená galaxie eliptický tvar (obě galaxie se dnes považují za spirálu).
Foto: NASA, ESA a Hubble Heritage Team (STScI)
Na tomto obrázku dvě spirálové galaxie (velká galaxie NGC 2207, malá galaxie IC 2163) procházejí navzájem v oblasti souhvězdí Velkého psa, jako majestátní lodě. Přílivové síly galaxie NGC 2207 zdeformovaly tvar IC 2163, vrhaly hvězdy a plyn do proudů rozpínajících se po stovky tisíc světelných let (v pravém rohu obrázku).
Harvardské Smithsoniánské centrum pro astrofyziku Prof. Avi Loeb a jeho student TJ Cox navrhli, že kdybychom mohli pozorovat oblohu naší planety přes notoricky známých 5 miliard let, místo naší obvyklé Mléčné dráhy - bledého pruhu matně blikajících teček - jsme viděli miliardy nových jasných hvězd. V tomto případě by naše sluneční soustava byla umístěna „na okraji“nové galaxie - asi sto tisíc světelných let od jejího středu namísto současných 25 tisíc světelných let. Existují však i jiné výpočty: po úplném sloučení galaxií se sluneční soustava může přiblížit středu galaxie (67 000 světelných let), nebo se může stát, že spadne do „ocasu“- spojovacího článku mezi galaxiemi. A v druhém případě, kvůli gravitačnímu efektu, budou planety umístěné tam zničeny.
Pokud jde o budoucnost Země, Slunce, sluneční soustava jako celek a Mléčná dráha jsou stejně vzrušující, jak je tradičně vědecké. Obrovská časová období předpovědí, nedostatek faktů a relativní slabost technologie, jakož i do velké míry zvyk moderních lidí myslet na kinematografii a thrillery, ovlivňují skutečnost, že předpoklady o budoucnosti jsou spíše jako sci-fi, pouze se zvláštním důrazem na první slovo.