Биологический каталог




Лекции по экологии

Автор О.В.Богданкевич

оследовательности. Сейчас — в классе G2. Возможно, что 2 или 3 млрд лет назад оно было немного холоднее и находилось в спектральном классе G5 или G8.

Через несколько миллиардов лет весь водород в его недрах выгорит и превратится в гелий. Хотя есть теории, которые предсказывают, что такой конец наступит раз в 10 скорее.

Так, например, один из российских геофизиков, профессор В. В. Орленок, считает, что астрофизики неправильно оценивают запасы водорода на Солнце, считая, что оно почти целиком состоит из водорода. Аргументы В. В. Орленка мне кажутся достаточно интересными и, в общем-то, довольно убедительными. Давайте их рассмотрим поподробнее.

Предположим, что Солнце, как это написано в большинстве учебников, состоит в основном из водорода х).

Масса Солнца М известна и составляет 1,989 • 1033 г.

В результате термоядерных процессов 4 атома водорода в недрах Солнца превращаются в 1 атом гелия и при этом выделяется 28,6 МэВ энергии в виде у-квантов, нейтрино, быстрых тяжелых частиц и электронов. Подсчитаем, какое количество таких элементарных реакций N синтеза гелия может произойти на Солнце, пока не выгорит весь водород?

Очевидно, что N = М/4га, где т = 1,66 • Ю-24 г масса протона. Откуда N = 3 • 1056, при этом выделится энергия Е = N • 28,6 • 106 эВ = 8,6 • 1063 эВ = 3,7• 1052 эрг.

Поскольку Солнце излучает в 1 секунду L = 4-1033 эрг, то запаса энергии на Солнце хватит на E/L = 9,25 х х 1018 с = 3 • 1011 лет. Что на порядок превышает возраст всей вселенной и не может быть реальностью.

Если даже учесть, что 20 % энергии уносят нейтрино, то все равно это слишком много.

Кроме того, оценки скорости Р-Р реакций приводят к примерно на порядок большему значению мощности излучения ~ 3 • 1027 Вт, тогда как измеренная светимость Солнца L = 4 • 1026 Вт.

Если считать, что Солнце сформировалось из одного и того же газопылевого облака, что и планетная система, то в его составе должно быть достаточно большое количество тяжелых элементов и прежде всего — железа, никеля и силикатов, которые не могли никуда исчезнуть и образуют массивное металлическое ядро, не участвующее в процессе термоядерного синтеза и никак не проявляющее себя в спектрах солнечной поверхности.

Каков реальный состав внутренних областей Солнца, пока неясно. По различным оценкам, количество водорода на Солнце может меняться от 2 до 50%. Поэтому оценки времени спокойной жизни Солнца как центральной звезды нашей планетной системы так же сильно различаются.

г) Struve Otto Elementary Astronomy. — N. Y., 1961.

Если принять минимальную оценку, то это 5 6 млрд лет, из которых 4,8 уже прошли.

Тем не менее основной источник энергии Солнца ни у кого не вызывает сомнения.

Когда выгорит весь или почти весь водород, температура в недрах Солнца упадет, следовательно, упадет и давление, оно раздуется, станет красным гигантом диаметром больше орбиты Земли и будет остывать еще несколько миллионов лет. Наконец, силы гравитации пересилят остаточное давление, остывающее Солнце начнет быстро сжиматься и взорвется, увеличив свой блеск в несколько сот тысяч раз из-за разогрева в результате гравитационного сжатия, и превратится в так называемую новую звезду. Такие взрывы могут происходить несколько раз, пока не иссякнет запас водорода в оболочке, а затем оно станет остывающим белым карликом и найдет свою космическую могилу в виде черного карлика.

Рис. 3.4. Планетарная туманность

И никакая цивилизация с такой судьбой нашего светила ничего поделать уже не сможет. Одно утешает — это произойдет очень нескоро. На рис. 3.4 изображена ситуация, которая произойдет через несколько миллионов или миллиардов лет. Солнце превратится вот в такую систему. Астрономы называют ее планетарной туманностью. Она представляет собой разлетающееся во все стороны облако газов, нагретых до температуры 1000-1500 К, и центральное ядро с поверхностной температурой 70-100 тыс. градусов. Довольно быстро облако газов разлетится в разные стороны, а центральное ядро начнет быстро остывать, так как энергии на поддержание температуры уже не будет.

Таких звезд, как Солнце, находящихся на разных стадиях эволюции, в Галактике миллиарды. Их изучение позволяет астрономам набирать большую статистику и довольно точно предсказывать их дальнейшую судьбу.

Для нас сейчас важно понять одно: могут ли в Галактике быть условия, необходимые для возникновения жизни, подобной или близкой к нашей. Для этого надо выяснить по крайней мере несколько главных условий:

1. Есть ли у звезд планетные системы, или наша планетная система уникальна.

2. Есть ли в этих звездных системах тяжелые элементы, без которых жизнь невозможна, и откуда они берутся. Ведь в атмосферах звезд присутствуют в основном легкие элементы, такие, как водород и гелий.

3. Звездная система должна быть одинарной. В противном случае температурные условия на планетах будут в очень сильной степени зависеть от взаимного расположения составляющих систему светил относительно общего центра масс.

Современная астрофизика довольно четко объясняет все три пункта.

Планетная система в окрестностях звезды не является уникальным явлением, хотя пока астрономы не могут сказать, насколько это явление является типичным. На межзвездных расстояниях такие темные объекты, как планеты, пока недоступны для обнаружения имеющимися у нас прямыми астрофизическими методами. Однако при точных измерениях параллакса некоторых звезд были обнаружены заметные периодические отклонения от среднего значения, которые астрономы связывают с наличием у центра масс звездной системы смещения относительно центра звезды, обусловленного движением планет типа Юпитера. Если есть юпитеры, почему бы не быть и землям, марсам или венерам?

Что касается третьего пункта, хотя большинство звездных систем кратные (двойные или даже тройные), около 35-40 % всех звезд — одинарные и общее их число исчисляется десятками миллиардов только в нашей галактике. Так что выбор очень широкий.

Рассмотрим теперь вопрос о том, что происходит со звездами при выгорании в них запасов водорода.

Оказывается, что все зависит от их первоначальной массы. Если полная масса газопылевого облака, из которого конденсируется протозвезда, будет в 1,2-2,5 раза больше массы Солнца, то в конце своей эволюции, после выгорания водорода, силы гравитационного сжатия преодолевают кулоновское отталкивание оболочек атомов. Электронные оболочки вдавливаются внутрь атомов и протоны превращаются в нейтроны. Звезда сжимается до размеров в несколько километров диаметром и превращается в нейтронную звезду с плотностью вещества порядка ядерной — 1014-1015 г/см3.

При таком коллапсе звезды с массой, равной двум солнечным, выделяется гигантская гравитационная энергия порядка 1049 эрг, иногда всего за несколько десятков минут. Это означает, что мощность излучения такого объекта, получившего название взрыва сверхновой звезды, или его светимость, составляет 1047 эрг/с, т.е. больше светимости всех звезд в галактике вместе взятых, равной примерно 1045эрг/с. Поэтому астрономы могут наблюдать такие процессы и в других галактиках.

Выделившаяся при взрыве энергия приводит к сбросу оболочки звезды, которая разлетается в разные стороны со скоростями в несколько тысяч километров в секунду, а оставшееся ядро нагревается до температуры 109 К и даже больше. А так как, в соответствии с законом Стефана-Больцмана, мощность излучения пропорциональна четвертой степени температуры, такие звезды сильно излучают в рентгеновском диапазоне.

В нашей галактике такие события происходят очень редко, примерно 1 раз в 300-400 лет. Ядро взорвавшейся сверхновой звезды очень быстро остывает, так как в нем уже иссякли внутренние источники энергии, и превращается в нейтронную звезду или пульсар.

Пульсары получили свое название потому, что на их поверхностях за счет обжатия магнитных силовых линий при гравитационном коллапсе возникают огромные магнитные поля, достигающие значений 1012 Э. При таких полях плотность магнитной материи определяется по формулам электродинамики: Е = тс2 = Н2/8п, и достигает величины 50 г/см3. Здесь с — скорость света, а Н — напряженность магнитного поля.

Такая звезда вращается с огромной скоростью (так как при сжатии должен сохраняться первоначальный момент количества движения) и излучает радиоволны с довольно узкой диаграммой направленности, сканирующей в пространстве с частотой вращения звезды.

Впервые такое импульсное излучение в радиодиапазоне обнаружила летом 1967 г. аспирантка английского радиоастронома Хьюиша мисс Бэлл. В 1974 г. за работы по радиоастрономии Энтони Хьюишу и Мартину Райлу была присуждена Нобелевская премия по физике, а про мисс Бэлл забыли.

За свои 50 лет работы в науке я понял одну простую истину: «Науку двигают вперед аспиранты и младшие научные сотрудники, а старшие только не дают им двигаться вбок и назад. Но тут-то и возникает самый главный вопрос: где зад, а где — перед?»

Вращающееся магнитное поле нейтронной звезды возбуждает сильные вихревые электрические поля, которые ускоряют заряженные частицы до огромных энергий, генерируя космические лучи.

И, наконец, третий вариант финала эволюции звезды.

Еще в 30-х гг. американец Мартин Шварцшильд, сын известного немецкого астронома Карла Шварцшильда, показал, что если радиус звезды становится по каким

либо причинам меньше некоторой критической величины i?Shv — 2mG/c2, где т — масса звезды, G — постоянная тяготения, с — скорость света, то никакое излучение или частицы уже не смогут преодолеть поле тяготения и выйти из внутреннего пространства сферы Шварцшильда.

Вообще говоря, эта формула прямо следует из выражения для второй космической скорости. Для такого объекта вторая космическая скорость становится больше скорости света.

Эти объекты получили название черных дыр.

Казалось бы, такие объекты должны полностью ускользать из поля зрения наблюдательной астрономии, так как ничего не излучают. Однако это далеко не так.

Ионизованные частицы межзвездной пыли и газа, попадая в гравитационное поле такого объекта, получают громадные ускорения еще до в

страница 7
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Скачать книгу "Лекции по экологии" (1.97Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(25.07.2017)