Starost Sonca večina astrofizikov ocenjuje na približno 4,59 milijarde let. Uvrščamo ga med srednje ali celo majhne zvezde - take zvezde obstajajo dlje kot njihove večje in hitro bledeče sestre. Sonce je doslej uspelo porabiti manj kot polovico vodika, ki ga vsebuje: od 70,6-odstotnega deleža prvotne mase sončne snovi ostane 36,3. Med termonuklearnimi reakcijami se vodik znotraj Sonca spremeni v helij.
Za reakcijo termonuklearne fuzije je potrebna visoka temperatura in visok tlak. Vodikova jedra so protoni - osnovni delci s pozitivnim nabojem, med njimi deluje elektrostatična potisna sila, ki jim preprečuje približevanje. Toda v notranjosti so tudi pomembne sile univerzalne privlačnosti, ki preprečujejo, da bi se protoni razkropili. Nasprotno, potisnejo protone tako blizu skupaj, da se začne jedrska fuzija. Del protonov se spremeni v nevtrone, sile elektrostatičnega odbijanja pa oslabijo; posledično se povečuje svetilnost sonca. Znanstveniki ocenjujejo, da je v začetni fazi obstoja Sonca njegova svetilnost znašala le 70 odstotkov tistega, kar oddaja danes, v naslednjih 6,5 milijarde let pa se bo svetilnost zvezde le še povečala.
Vendar se še naprej prepirajo s tem stališčem, ki je najbolj razširjeno in vključeno v učbenike. In glavna tema špekulacij je prav kemična sestava sončnega jedra, o kateri lahko sodimo le po zelo posrednih podatkih. Ena od konkurenčnih teorij kaže, da glavni element sončnega jedra sploh ni vodik, ampak železo, nikelj, kisik, silicij in žveplo. Svetlobni elementi - vodik in helij - so prisotni le na Sončevi površini, fuzijsko reakcijo pa olajša veliko število nevtronov, oddanih iz jedra.
Oliver Manuel je to teorijo razvil leta 1975 in že od takrat skuša prepričati znanstveno skupnost v njeno veljavnost. Ima številne podpornike, vendar večina astrofizikov meni, da je to popolna neumnost.
Foto: NASA in Hubble Heritage Team (AURA / STScI)
Spremenljiva zvezda V838 Monocerotis se nahaja na robu naše galaksije. Ta slika prikazuje del prašne zvezde zvezde. Ta lupina ima šest svetlobnih let. Tisti svetlobni odmev, ki je viden zdaj, zaostaja za samo dvema letoma. Astronomi pričakujejo, da bo svetlobni odmev še naprej utripal v prašni okolici V838 Mon, saj se širi vsaj do konca tega desetletja.
Ne glede na to, katera teorija je pravilna, "sončnega goriva" prej ali slej zmanjka. Zaradi pomanjkanja vodika se bodo termonuklearne reakcije začele zaustaviti, porušilo pa se bo ravnovesje med njimi in silami privlačenja, zaradi česar se zunanje plasti pritisnejo na jedro. Od krčenja se bo koncentracija preostalega vodika povečala, jedrske reakcije se bodo stopnjevale in jedro se bo začelo širiti. Splošno sprejeta teorija napoveduje, da se bo Sonce v starosti 7,5–8 milijard let (torej po 4–5 milijard let) spremenilo v rdečega velikana: njegov premer se bo povečal več kot stokrat, tako da bodo orbite prvih treh planetov osončja znotraj zvezde … Jedro je zelo vroče, temperatura lupine velikanov pa je nizka (približno 3000 stopinj) - in zato rdeče barve.
Značilna značilnost rdečega velikana je, da vodik ne more več služiti kot "gorivo" za jedrske reakcije v njem. Zdaj se helij, nabran tam v velikih količinah, začne "goreti". V tem primeru nastanejo nestabilni izotopi berilija, ki se ob bombardiranju z alfa delci (torej istimi helijevimi jedri) spremenijo v ogljik.
Promocijski video:
Na tem mestu najverjetneje že obstaja življenje na Zemlji in na Zemlji. Tudi nizka temperatura, ki jo bo takrat imel sončni obrob, bo dovolj, da naš planet popolnoma izhlapi.
Seveda se človeštvo v celoti, tako kot vsaka oseba posebej, upa na večno življenje. V trenutku, ko se Sonce spremeni v rdečega velikana, te sanje nalaga določene omejitve: če človeštvu uspe preživeti takšno katastrofo, bo le zunaj zibelke. Tu pa je primerno spomniti, da je eden največjih fizikov našega časa Stephen Hawking že dolgo trdil, da je trenutek, ko bo človeštvo preživelo, kolonizacija drugih planetov. Zunajzemeljski razlogi bodo onemogočili bivanje te zibelke veliko prej, kot se s Soncem zgodi nekaj slabega.
Oglejmo si podrobneje časovni okvir tukaj:
Teža = 1,99 * 1030 kg.
Premer = 1.392.000 km.
Absolutna velikost = +4,8
Spektralni razred = G2
Površinska temperatura = 5800 ° K
Orbitalno obdobje = 25 ur (pol) -35 ur (ekvator)
Obdobje revolucije okoli središča galaksije = 200.000.000 let
Razdalja do središča galaksije = 25000 svetlobe. let
Hitrost gibanja okoli središča galaksije = 230 km / sek.
Sonce. Zvezda, ki je ustvarila vse živo bitje v našem sistemu, je približno 750-krat večja od mase vseh drugih teles v osončju, zato se lahko v našem sistemu vse vrti okoli sonca kot skupno središče mase.
Sonce je v ravnotežju sferično simetrična napihljiva plazemska kroglica. Verjetno je nastala skupaj z drugimi telesi osončja iz megle plina in prahu pred približno 5 milijardami let. Na začetku svojega življenja je bilo sonce približno 3/4 vodika. Potem sta se zaradi gravitacijske stiskanja temperatura in pritisk v črevesju toliko povišala, da se je spontano začela pojavljati termonuklearna reakcija, med katero se je vodik pretvoril v helij. Posledično se je temperatura v središču Sonca zelo močno dvignila (približno 15.000.000 ° K), tlak v njegovi notranjosti pa se je toliko povečal (1.5x105 kg / m3), da je lahko uravnotežil silo gravitacije in ustavil gravitacijsko stiskanje. Tako je nastala sodobna zgradba Sonca.
Opomba: Zvezda vsebuje velikanski rezervoar gravitacijske energije. Toda energije ne morete črpati iz nje nekaznovano. Sonce se je moralo skrčiti in bi se moralo zmanjšati za dvakrat na vsakih 30 milijonov let. Skupna oskrba toplotne energije v zvezdi je približno enaka njeni gravitacijski energiji z nasprotnim znakom, to je vrstnega reda GM2 / R. Za Sonce je toplotna energija enaka 4 * 1041 J. Vsako sekundo Sonce izgubi 4 * 1026 J. Rezerva svoje toplotne energije bi bila dovolj le za 30 milijonov let. Termonuklearna fuzija prihrani - kombinacija svetlobnih elementov, ki jo spremlja velikanski izpust energije. Prvič je ta mehanizem že v 20-ih letih 20. stoletja opozoril angleški astrofizik A. Edington, ki je opazil, da imajo štiri jedra vodikovega atoma (protona) maso 6,69 * 10-27 kg in helijsko jedro - 6, 65 * 10-27 kg. Poraz mase je razložen s teorijo relativnosti. Po Einsteinovi formuli je celotna energija telesa povezana z maso z razmerjem E = Ms2. Vezna energija v heliju je za eno nukleon več, kar pomeni, da je njegov potencialni vodnjak globlji in njegova skupna energija je manjša. Če se helij nekako sintetizira iz 1 kg vodika, se sprosti energija, enaka 6 * 1014 J. To je približno 1% celotne energije izrabljenega goriva. Toliko o vašem rezervoarju energije.
Sodobniki pa so bili do Edingtonove hipoteze skeptični. Po zakonih klasične mehanike, da bi se protoni med seboj približali na razdalji vrstnega reda polmera delovanja jedrskih sil, je potrebno premagati sile Coulombovega odganjanja. Za to mora njihova energija preseči vrednost Coulomb pregrade. Izračun je pokazal, da je za začetek procesa termonuklearne fuzije potrebna temperatura približno 5 milijard stopinj, temperatura v središču Sonca pa je približno 300-krat manjša. Tako se zdi, da Sonce ni dovolj vroče, da bi omogočilo zlitje helija.
Edingtonovo hipotezo je rešila kvantna mehanika. Leta 1928 je mladi sovjetski fizik G. A. Gamow je odkril, da lahko po svojih zakonih delci z neko verjetnostjo brskajo skozi potencialno oviro, tudi če je njihova energija pod njegovo višino. Ta pojav imenujemo stik pod pregrado ali tunel. (Slednje figurativno nakazuje možnost, da se znajdemo na drugi strani gore, ne da bi se povzpel na njen vrh.) Gamow je s pomočjo tunelskih prehodov razložil zakone radioaktivnega razpada in s tem prvič dokazal uporabnost kvantne mehanike v jedrskih procesih (skoraj istočasno so bili prehodi tunelov odkrila R. Henry in E. Condon). Gamow je opozoril tudi na dejstvo, da se lahko zahvaljujoč prehodom tunelov trkajoča jedra med seboj približajo in začnejo jedrsko reakcijo z energijomanjše vrednosti Coulomb pregrade. To je spodbudilo avstrijskega fizika F. Houtermansa (ki mu je Gamow pripovedoval o svojem delu še pred njihovo objavo) in astronom R. Atkinson, da sta se vrnila k Edingtonovi ideji o jedrskem izvoru sončne energije. In čeprav je hkratno trčenje štirih protonov in dveh elektronov v tvorbo jedra helija izjemno malo verjetno proces. G. Bethe je leta 1939 uspel najti verigo (cikel) jedrskih reakcij, ki vodijo do sinteze helija. Katalizator za sintezo helija v Bethejevem ciklu so ogljikova jedra C12, katerih število ostane nespremenjenoIn čeprav je hkratno trčenje štirih protonov in dveh elektronov v tvorbo jedra helija izjemno malo verjetno proces. G. Bethe je leta 1939 uspel najti verigo (cikel) jedrskih reakcij, ki vodijo do sinteze helija. Katalizator za sintezo helija v Bethejevem ciklu so ogljikova jedra C12, katerih število ostane nespremenjenoIn čeprav je hkratno trčenje štirih protonov in dveh elektronov v tvorbo jedra helija izjemno malo verjetno proces. G. Bethe je leta 1939 uspel najti verigo (cikel) jedrskih reakcij, ki vodijo do sinteze helija. Katalizator za sintezo helija v Bethejevem ciklu so ogljikova jedra C12, katerih število ostane nespremenjeno
Torej - v resnici lahko samo njihov osrednji del z maso 10% celotne mase služi kot gorivo za zvezde. Izračunajmo, koliko časa bo sonce imelo dovolj jedrskega goriva.
Skupna energija Sonca je M * c2 = 1047 J, jedrska energija (Ead) je približno 1%, to je 1045 J, in ob upoštevanju, da ne more vsa materija zgoreti, dobimo 1044 J. Delimo to vrednost na svetilnost Sonca 4 * 1026 J / s, ugotovimo, da bo njegova jedrska energija trajala 10 milijard let.
Na splošno masa zvezde nedvoumno določa njeno nadaljnjo usodo, saj je jedrska energija zvezde Ead ~ Mc2, svetilnost pa se obnaša približno tako kot L ~ M3. Čas izgorevanja se imenuje jedrski čas; opredeljena je kot tad = ~ Ead / L = lO10 (M / M Sonca) -2 leti.
Večja kot je zvezda, hitreje se zgore!.. Razmerje treh značilnih časov - dinamičnega, termičnega in jedrskega - določa značaj evolucije zvezde. Dejstvo, da je dinamični čas veliko krajši od toplotnega in jedrskega časa, pomeni, da zvezdi vedno uspe priti do hidrostatičnega ravnovesja. In dejstvo, da je toplotni čas manjši od jedrskega časa, pomeni, da ima zvezda čas, da pride do toplotnega ravnovesja, torej do ravnovesja med količino energije, ki se sprosti v središču na enoto časa, in količino energije, ki jo oddaja zvezdina površina (svetilnost zvezde). Na Soncu se vsakih 30 milijonov let obnavlja oskrba s toplotno energijo. Toda energijo na soncu nosi sevanje. To pomeni fotone. Foton, rojen v termonuklearni reakciji v središču, se po toplotnem času pojavi na površini, približno 30 milijonov let). Foton se giblje s svetlobno hitrostjo, toda,Stvar je v tem, da nenehno absorbira in ponovno oddaja močno zmede svojo pot, tako da njegova dolžina postane enaka 30 milijonov svetlobnih let. Tako dolgo sevanje ima čas, da pride v toplotno ravnovesje s snovjo, skozi katero se giblje. Zato je spekter zvezd in je blizu spektra črnega telesa. Če bi se viri termonuklearne energije danes "izklopili" (kot žarnica), bi Sonce še vedno sijalo milijone let.potem bi sonce še vedno sijalo milijone let.potem bi sonce še vedno sijalo milijone let.
A četudi je prerokba o Hawkingu in njegovih številnih predhodnikih in podobno mislečih po vsem svetu usojena, se bo človeštvo uresničilo in zgradilo "nezemeljsko civilizacijo", bo usoda Zemlje še vedno skrbela ljudi. Zato ima veliko astronomov posebno zanimanje za zvezde, ki so po svojih parametrih podobne Soncu - še posebej, ko se te zvezde spremenijo v rdeče velikane.
Tako je skupina astronomov pod vodstvom Sama Raglanda z uporabo infrardečega optičnega kompleksa treh kombiniranih teleskopov v Arizoni Infrardeče-optični teleskop Array preiskovala zvezde z masami od 0,75 do 3-krat večje od Sončeve mase in se približala koncu njihove evolucije. Bližajoči se konec precej enostavno prepoznamo po nizki intenzivnosti vodikovih vodov v njihovih spektrih in nasprotno po visoki intenzivnosti linij helija in ogljika.
Ravnotežje gravitacijskih in elektrostatičnih sil v takih zvezdah je nestabilno, vodik in helij v njih pa se izmenjujeta kot vrsta jedrskega goriva, kar povzroča spremembe svetlosti zvezde z obdobjem približno 100 tisoč let. Veliko takih zvezd porabi zadnjih 200 tisoč let svojega življenja kot spremenljivke svetovnega tipa. (Svetovne spremenljivke so zvezde, katerih svetilnost se redno spreminja z obdobjem od 80 do tisoč dni. Poimenovani so po "potomcu" razreda, zvezde sveta v ozvezdju Cetus).
Ilustracija: Wayne Peterson / LCSE / University of Minnesota
Izdelani model rdečega pulzirajočega velikana, ki je nastal v laboratoriju za računalništvo in tehnologijo na Univerzi v Minnesoti. Notranji pogled na jedro zvezde: rumeno in rdeče - območja visokih temperatur, modra in akva - območja nizkih temperatur.
Prav v tem razredu se je zgodilo precej nepričakovano odkritje: blizu zvezde V 391 v ozvezdju Pegasus je bil odkrit eksoplanet, prej potopljen v nabreklo lupino zvezde. Natančneje, zvezda V 391 pulzira, zaradi česar se njen polmer povečuje in zmanjšuje. Planet, katerega odkritje je skupina astronomov iz različnih držav poročala v septembrski številki revije Nature, ima maso več kot trikrat večjo od mase Jupitra, polmer njegove orbite pa je pol in več kot razdalja, ki ločuje Zemljo od Sonca.
Ko je V 391 prešel stopnjo rdečega velikana, je njegov polmer dosegel vsaj tri četrtine njegove orbite. Toda do začetka širitve zvezde je bil polmer orbite, v kateri se nahaja planet, manjši. Rezultati tega odkritja puščajo Zemlji možnost preživetja po eksploziji Sonca, čeprav se bodo parametri orbite in polmer samega planeta verjetno spremenili.
Analognost nekoliko pokvari dejstvo, da ta planet, kot tudi njegova matična zvezda, nista zelo podobna Zemlji in Soncu. In kar je najpomembneje: V 391 je ob preobrazbi v rdečega velikana "spustil" pomemben del svoje mase, ki je "rešil" planet; vendar se to zgodi le za dva odstotka velikanov. Čeprav "odmetavanje" zunanjih školjk s preobrazbo rdečega velikana v postopno hlajenje belega pritlikavca, obkroženega z razširjajočo se meglico plina, ni tako redko.
Preveč tesno srečanje z njeno zvezdo je najbolj očitna, vendar ni edina težava, ki čaka na Zemljo od drugih velikih kozmičnih teles. Verjetno se bo Sonce spremenilo v rdečega velikana, ko je že zapustilo našo galaksijo. Dejstvo je, da sta naša galaksija Mlečna pot in sosednja orjaška galaksija, meglica Andromeda, že milijone let v gravitacijskem medsebojnem delovanju, kar bo sčasoma pripeljalo do tega, da bo Andromeda Mlečno pot potegnila k sebi in bo postala del te velike galaksije. V novih pogojih bo Zemlja postala popolnoma drugačen planet, poleg tega pa se lahko zaradi gravitacijske interakcije osončje, tako kot na stotine drugih sistemov, dobesedno raztrga. Ker je gravitacijski poteg meglice Andromeda veliko močnejši od gravitacije Mlečne poti,slednji se ji približa s hitrostjo približno 120 km / s. Z uporabo računalniških modelov, izdelanih z natančnostjo 2,6 milijona predmetov, so astronomi ugotovili, da se bodo galaksije v približno 2 milijardi let zbližale, sila gravitacije pa bo začela deformirati njihove strukture, ki bodo tvorile dolge privlačne repove prahu in plina, zvezde in planete. Po nadaljnjih 3 milijardah letih bodo galaksije prišle v neposreden stik, zaradi česar bo nova združena galaksija dobila eliptično obliko (obe galaksiji danes veljata za spiralni). Po nadaljnjih 3 milijardah letih bodo galaksije prišle v neposreden stik, zaradi česar bo nova združena galaksija dobila eliptično obliko (obe galaksiji danes veljata za spiralni). Po nadaljnjih 3 milijardah letih bodo galaksije prišle v neposreden stik, zaradi česar bo nova združena galaksija dobila eliptično obliko (obe galaksiji danes veljata za spiralni).
Foto: NASA, ESA in The Hubble Heritage Team (STScI)
Na tej sliki dve regiji spiralne galaksije (velika je NGC 2207, majhna - IC 2163) v regiji ozvezdja Big Dog, kot veličastne ladje. Sile plimovanja galaksije NGC 2207 so izkrivile obliko IC 2163 in metale zvezde in plin v tokove, ki so se raztezale na stotine tisoč svetlobnih let (v desnem kotu slike).
Profesor Avi Loeb in njegov študent TJ Cox s Harvarda Smithsonianovega centra za astrofiziko predlagata, da če bi lahko opazovali nebo našega planeta skozi zloglasnih 5 milijard let, potem bi namesto naše običajne Mlečne poti - bledo črto bleščečih utripajočih pik - videli milijarde novih svetlih zvezd. V tem primeru bi bil naš osončje nameščen "na obrobju" nove galaksije - približno sto tisoč svetlobnih let od njegovega središča, namesto sedanjih 25 tisoč svetlobnih let. Vendar obstajajo še drugi izračuni: po popolni združitvi galaksij se lahko sončni sistem približa središču galaksije (67.000 svetlobnih let) ali pa se lahko zgodi, da pade v "rep" - povezovalno vez med galaksijami. In v zadnjem primeru bodo zaradi gravitacijskega učinka planeti, ki se nahajajo tam, uničeni.
Glede na prihodnost Zemlje, Sonca, sončnega sistema kot celote in Mlečne poti je prav tako razburljivo, kot je konvencionalno znanstveno. Ogromne dolžine napovedi, pomanjkanje dejstev in relativna šibkost tehnologije, pa tudi v veliki meri navada sodobnih ljudi, da razmišljajo o kinu in trilerjih, vplivajo na to, da so predpostavke o prihodnosti bolj podobne znanstveni fantastiki, le s posebnim poudarkom na prvi besedi.