A Nap kora a legtöbb asztrofizikus szerint kb. 4,59 milliárd év. Közepes vagy akár kis csillagnak minősítik - ezek a csillagok hosszabb ideig léteztek, mint a nagyobb és gyorsan halványuló nővéreik. A nap eddig a hidrogén kevesebb mint felének sikerült felhasználnia: a napenergia eredeti tömegének 70,6% -ából 36,3 marad. Termonukleáris reakciók során a Napon belüli hidrogén héliummá alakul.
A termikus nukleáris fúzió reakciójának folytatásához magas hőmérsékletre és magas nyomásra van szükség. A hidrogénmagok protonok - pozitív töltésű elemi részecskék, közöttük elektrosztatikus taszító erő hat, megakadályozva, hogy közeledjenek. De belül vannak az univerzális vonzerő jelentős erői is, amelyek megakadályozzák a protonok szétszóródását. Éppen ellenkezőleg, olyan szorosan nyomják a protonokat, hogy megkezdődik a magfúzió. A protonok egy része neutronokká alakul, és az elektrosztatikus taszító erők gyengülnek; ennek eredményeként nő a nap fényessége. A tudósok becslése szerint a Nap létezésének kezdeti szakaszában annak fényereje csak a jelenlegi kibocsátásának 70 százaléka volt, és a következő 6,5 milliárd év alatt a csillag fényereje csak növekszik.
Ennek ellenére továbbra is vitatkoznak a legelterjedtebb és a tankönyvekbe beépített ezzel a nézettel. És a spekuláció fő témája pontosan a napmag kémiai összetétele, amelyet csak nagyon közvetett adatok alapján lehet megítélni. Az egyik versengő elmélet azt sugallja, hogy a napmagban a fő elem egyáltalán nem hidrogén, hanem vas, nikkel, oxigén, szilícium és kén. A könnyű elemek - a hidrogén és a hélium - csak a Nap felszínén vannak jelen, és a fúziós reakciót elősegíti a magból kibocsátott nagyszámú neutron.
Oliver Manuel 1975-ben fejlesztette ki ezt az elméletet, és azóta igyekezett meggyőzni a tudományos közösséget annak érvényességéről. Számos támogatója van, de a legtöbb asztrofizikus teljes ostobaságnak tartja.
Fotó: NASA és a Hubble Heritage Team (AURA / STScI)
A változó csillag V838 Monocerotis galaxisunk szélén található. Ez a kép a csillag poros borítékának egy részét mutatja. Ennek a kagylónak hat fényév van. Ez a fényvisszaverődés, amely most látható, mindössze két évvel elmarad a magától a vakutól. A csillagászok azt várják, hogy a fény visszhangja továbbra is villogjon a V838 Mon poros környezetében, mivel az legalább ezen évtized fennmaradó részén kiterjed.
Bármelyik elmélet helyes, a "napenergia üzemanyag" előbb vagy utóbb elfogy. A hidrogén hiánya miatt a termonukleáris reakciók megállnak, és megsérülnek a közöttük levő egyensúly és a vonzerőerők, ami a külső rétegeket a maghoz nyomódja. Az összehúzódástól kezdve a fennmaradó hidrogén koncentrációja növekszik, a nukleáris reakciók intenzívebbé válnak, és a mag elkezdi bővülni. Az általánosan elfogadott elmélet azt jósolja, hogy 7,5-8 milliárd éves korban (vagyis 4-5 milliárd év után) a Nap vörös óriássá válik: átmérője több mint százszor növekszik, így a Naprendszer első három bolygójának keringési pályája a csillag belsejében lesz. … A mag nagyon meleg, az óriások héjának hőmérséklete alacsony (körülbelül 3000 fok) - és ezért vörös színű.
A vörös óriás egyik jellemzője, hogy a hidrogén már nem szolgálhat „üzemanyagként” a benne zajló nukleáris reakciókhoz. Most a nagy mennyiségben felhalmozódott hélium "égni" kezd. Ebben az esetben instabil berillium izotópok képződnek, amelyek az alfa-részecskékkel (azaz ugyanazon héliummagokkal) bombázva szénné alakulnak.
Promóciós videó:
Ezen a téren valószínűleg már garantált, hogy a Földön, és maga a Föld is megszűnik. Még az a alacsony hőmérséklet is, amely a nap perifériáján abban az időben fennáll, elegendő ahhoz, hogy bolygónk teljes mértékben elpárologjon.
Természetesen az egész emberiség, mint mindenki külön, örök életre számít. Abban a pillanatban, amikor a Nap vörös óriássá válik, bizonyos korlátozásokat vezet ez az álom: ha az emberiségnek sikerül túlélnie egy ilyen katasztrófát, akkor csak a bölcsőjén kívül lesz. Helyénvaló azonban emlékeztetni arra, hogy korunk egyik legnagyobb fizikusa, Stephen Hawking régóta azt állította, hogy majdnem eljött az a pillanat, amikor az emberiség egyetlen módja a túlélésnek más bolygók gyarmatosítása. A földön kívüli okok miatt ez a bölcső sokkal korábban lehetetlenné válik, ha valami rossz történik a Napval.
Vessen egy pillantást az időzítésre itt:
Súly = 1,99 * 1030 kg.
Átmérő = 1.392.000 km.
Abszolút nagyság = +4,8
Spektrális osztály = G2
Felszíni hőmérséklet = 5800 ° K
Orbitális időszak = 25 óra (pólus) -35 óra (egyenlítő)
A forradalom periódusa a galaxis közepén = 200 000 000 év
Távolság a galaxis központjától = 25000 fény. éves
A galaxis közepén a mozgás sebessége = 230 km / sec.
A nap. A csillag, amely a rendszerünkben minden élőlényt előidézett, megközelítőleg 750-szerese a Naprendszer többi testének tömegével, tehát rendszerünkben minden úgy tekinthető, hogy a Nap körül forog, mint közös tömegközpont.
A nap gömbszimmetrikus izzólámpagolyó egyensúlyban van. Valószínűleg a Naprendszer többi testével együtt körülbelül 5 milliárd évvel ezelőtt egy gáz- és portugálból származott. Élete elején a nap körülbelül háromnegyede hidrogén volt. Ezután a gravitációs kompresszió következtében a bél hőmérséklete és nyomása annyira megemelkedett, hogy spontán egy termikus nukleáris reakció kezdődött meg, amelynek során a hidrogén héliummá alakul. Ennek eredményeként a Nap közepén a hőmérséklet nagyon erősen emelkedett (kb. 15 000 000 K), és a mélységben a nyomás annyira nőtt (1,5x105 kg / m3), hogy képes volt kiegyensúlyozni a gravitációs erőt és megállítani a gravitációs kompressziót. Így alakult ki a Nap modern szerkezete.
Megjegyzés: A csillag hatalmas gravitációs energiát tartalmaz. De büntetlenül nem meríthet belőle energiát. Szükséges, hogy a Nap zsugorodjon, és 30 millió év alatt kétszer csökken. A csillagok teljes hőenergia-ellátása megközelítőleg megegyezik a gravitációs energiájával, ellentétes jellel, vagyis a GM2 / R nagyságrendjével. A Nap számára a hőenergia egyenlő 4 * 1041 J. Minden másodpercben a Nap elveszíti 4 * 1026 J. A hőenergia-tartalék csupán 30 millió évre elegendő. A hőmagfúzió megtakarítja - a fényelemek kombinációja, amelyet óriási energiakibocsátás kísér. Ez a mechanizmus először, a 20. század 20-as éveiben, az angol asztrofizikus A. Edington rámutatott, aki észrevette, hogy a hidrogénatom (proton) négy magjának tömege 6,69 * 10–27 kg, és héliuma - 6, 65 * 10-27 kg. A tömeges hibát a relativitáselmélet magyarázza. Einstein-képlet szerint a test teljes energiája az E = Ms2 hányadoshoz viszonyítva a tömeghez kapcsolódik. A héliumban lévő kötőenergia egy nukleonnal több, ami azt jelenti, hogy potenciálja jóval mélyebb és teljes energiája kevesebb. Ha a hélium valamilyen módon 1 kg hidrogénből szintetizálódik, akkor 6 * 1014 J egyenértékű energia szabadul fel, ez körülbelül a kiégett fűtőelemek teljes energiájának körülbelül 1% -a. Annyi az energiatartályához.
A kortársak azonban szkeptikusak voltak Edington hipotézisével kapcsolatban. A klasszikus mechanika törvényei szerint annak érdekében, hogy a protonokat közelebb lehessen hozni a nukleáris erők működési sugara szerinti távolsághoz, le kell küzdeni a Coulomb visszatükrözésének erőit. Ehhez energiájuknak meg kell haladnia a Coulomb-gát értékét. A számítás azt mutatta, hogy a termomukleáris fúziós folyamat elindításához körülbelül 5 milliárd fok hőmérsékletre van szükség, de a Nap közepén a hőmérséklet körülbelül 300-szor alacsonyabb. Így úgy tűnt, hogy a Nap nem volt elég meleg ahhoz, hogy a hélium megolvadjon.
Edington hipotézisét a kvantummechanika mentette meg. 1928-ban a fiatal szovjet fizikus, G. A. Gamow felfedezte, hogy törvényei szerint a részecskék bizonyos valószínűséggel szivároghatnak át a potenciális gáton még akkor is, ha energiájuk a magassága alatt van. Ezt a jelenséget al-akadálynak vagy alagút-csomópontnak nevezik. (Ez utóbbi ábrázolva azt jelzi, hogy a hegy másik oldalán találkozhatunk anélkül, hogy a hegy tetejére másznánk.) Az alagútátmenetek segítségével Gamow elmagyarázta a radioaktív a-bomlás törvényeit, és ezzel először bizonyította a kvantummechanika alkalmazhatóságát a nukleáris folyamatokban (szinte ugyanakkor az alagút átmenetei is voltak). felfedezte R. Henry és E. Condon). Gamow arra is felhívta a figyelmet, hogy az alagút átmenetek miatt az ütköző magok közel állhatnak egymáshoz és energiákon nukleáris reakcióba léphetneka Coulomb-gát kisebb értékei. Ez arra késztette az osztrák fizikus F. Houtermans (akinek Gamow mesélt munkájáról még a közzétételük előtt) és a csillagász R. Atkinson visszatérését Edington ötletéhez a napenergia nukleáris eredetéről. És bár négy proton és két elektron egyidejű ütközése héliummag kialakulása érdekében, rendkívül valószínűtlen folyamat. 1939-ben Bethe G.-nek sikerült megtalálnia a nukleáris reakciók láncát (ciklusát), amely a hélium szintéziséhez vezet. A hélium szintézisének katalizátora a Bethe-ciklusban a C12 szénmag, amelynek száma változatlan maradÉs bár négy proton és két elektron egyidejű ütközése héliummag kialakulása érdekében, rendkívül valószínűtlen folyamat. 1939-ben Bethe G.-nek sikerült megtalálnia a nukleáris reakciók láncát (ciklusát), amely a hélium szintéziséhez vezet. A hélium szintézisének katalizátora a Bethe-ciklusban a C12 szénmag, amelynek száma változatlan maradÉs bár négy proton és két elektron egyidejű ütközése héliummag kialakulása érdekében, rendkívül valószínűtlen folyamat. 1939-ben Bethe G.-nek sikerült megtalálnia a nukleáris reakciók láncát (ciklusát), amely a hélium szintéziséhez vezet. A hélium szintézisének katalizátora a Bethe-ciklusban a C12 szénmag, amelynek száma változatlan marad
Tehát - a valóságban csak a teljes tömeg 10% -ának megfelelő központi részük szolgálhat tüzelőanyagként a csillagok számára. Számítsuk ki, mennyi ideig lesz a napnak elegendő nukleáris üzemanyaga.
A Nap teljes energiája M * c2 = 1047 J, a nukleáris energia (Ead) megközelítőleg 1%, azaz 1045 J, és figyelembe véve, hogy nem minden anyag képes égni, 1044 J értéket kapunk. Ezt az értéket elosztva a Nap fényerejével 4 * 1026 J / s, azt kapjuk, hogy nukleáris energiája 10 milliárd évig tart.
Általánosságban elmondható, hogy egy csillag tömege egyértelműen meghatározza további sorsát, mivel a csillag nukleáris energiája Ead ~ Mc2, és a fényerő nagyjából L ~ M3 viselkedik. Az égési időt nukleáris időnek nevezzük; azt úgy definiálják, hogy tad = ~ Ead / L = lO10 (a Nap M / M) -2 év.
Minél nagyobb a csillag, annál gyorsabban éget el önmagát!.. A három jellemzõ idõ - dinamikus, termikus és nukleáris - aránya határozza meg a csillag evolúciójának karakterét. Az a tény, hogy a dinamikus idő sokkal rövidebb, mint a termikus és a nukleáris idő, azt jelenti, hogy a csillagnak mindig sikerül hidrosztatikus egyensúlyba kerülnie. És az a tény, hogy a termikus idő rövidebb, mint a nukleáris idő, azt jelenti, hogy a csillagnak ideje van elérni a termikus egyensúlyt, azaz egyensúlyban van a központban egy egységnyi idő alatt felszabaduló energiamennyiség és a csillag felülete által kibocsátott energia mennyisége (a csillag fényessége) között. A Nap 30 millió évenként megújítja a hőenergia-ellátást. A nap energiáját azonban sugárzás hordozza. Ez fotonokat jelent. A foton, amely a középpontban egy termikus nukleáris reakcióban született, termikus idő után, ~ 30 millió évvel jelenik meg a felületen). A foton a fény sebességével mozog, de,az a helyzet, hogy folyamatosan felszívódva és újra kibocsátva nagymértékben megzavarja a pályát, úgy, hogy hossza 30 millió fényévvel egyenlő. Ilyen hosszú ideig a sugárzásnak ideje van egyensúlyba kerülni azzal az anyaggal, amelyen keresztül halad. Ezért a csillagok spektruma és közel áll a fekete test spektrumához. Ha a termonukleáris energia forrásait „kikapcsolnák” (mint egy villanykörtét), akkor a Nap több millió évig süt.akkor több millió évig süt a nap.akkor több millió évig süt a nap.
De még ha Hawking és sok elődje és hasonló gondolkodású emberének próféciája is világszerte valóra válik, és az emberiség egy "földön kívüli civilizációt" épít, a Föld sorsa továbbra is aggasztja az embereket. Ezért sok csillagász érdekli paramétereiben a Naphoz hasonló csillagokat, különösen, ha ezek a csillagok vörös óriásokká válnak.
Így egy csillagászok egy csoportja, Sam Ragland vezetésével, három kombinált távcső infravörös-optikai komplexének felhasználásával, az Arizonai infravörös-optikai távcső sorozatával, a Nap tömegének 0,75-3-szorosával rendelkező csillagokat vizsgálta meg, evolúciójának végére közeledve. A közeledő vég meglehetősen könnyen azonosítható a hidrogénvonalak alacsony intenzitásával spektrumukban, és éppen ellenkezőleg, a hélium- és szénvonalak nagy intenzitásával.
Az ilyen csillagokban a gravitációs és az elektrosztatikus erők egyensúlya instabil, és a benne lévő hidrogén és hélium nukleáris üzemanyagként váltakozik, ami körülbelül 100 ezer éves időtartamra megváltoztatja a csillag fényerejét. Sok ilyen csillag életének utolsó 200 ezer évét világtípusú változóként tölti. (A világváltozók olyan csillagok, amelyek fényessége rendszeresen megváltozik 80 és 1 000 nap közötti időtartammal. Ezeket az osztály "elődeit", a Cetus csillagképben szereplő világ csillagokat nevezték el).
Illusztráció: Wayne Peterson / LCSE / Minnesota Egyetem
A vörös pulzáló óriás megjelenített modellje, amelyet a Minnesotai Egyetem Számítástechnikai és Technológiai Laboratóriumában készítettek. A csillag magjának belső képe: sárga és piros - magas hőmérsékleti területek, kék és vízi - alacsony hőmérsékleti területek.
Ebben az osztályban történt meglehetősen váratlan felfedezés: a Pegasus csillagképben a V 391 csillag közelében exoplanetot fedeztek fel, amelyet korábban a csillag duzzadt héjában merítették. Pontosabban: a V 391 csillag pulzál, amelynek következtében a sugara növekszik és csökken. A bolygó, amelynek felfedezését egy különféle országból származó csillagászok egy csoportja a Nature folyóirat szeptemberi számában számolt be, tömege több, mint háromszorosa a Jupiter tömegének, és pályájának sugara másfélszeres a Föld és a Nap közötti távolságnak.
Amikor a V 391 áthaladt a piros óriási szakaszon, sugárirányú pályája sugárának legalább háromnegyedét elérte. A csillag kibővülésének kezdetén azonban az a pálya sugara, amelyben a bolygó található, kisebb volt. A felfedezés eredményei esélyt adnak a Földnek a Nap robbanása után a túlélésre, bár a pálya paraméterei és maga a bolygó sugara valószínűleg megváltozik.
Az analógiát kissé elrontja az a tény, hogy ez a bolygó, valamint annak szülő csillaga nem nagyon hasonlít a Földre és a Napra. És ami a legfontosabb: a V 391, amikor vörös óriássá alakult, tömegének jelentős részét "leengedte", ami "megmentette" a bolygót; de ez csak az óriások két százalékával történik. Bár a külső héjak "lerakása" a vörös óriás átalakulásával fokozatosan lehűlõ fehér törpévé, amelyet egy táguló gáz köd veszi körül, nem olyan ritka.
A csillaggal való túl szoros találkozás a legnyilvánvalóbb, de nem az egyetlen baj, amely más nagy kozmikus testekkel várja a Földet. Valószínű, hogy a Nap vörös óriássá válik, miután elhagyta a galaxisunkat. A tény az, hogy a Tejút-galaxisunk és a szomszédos óriás galaxis, az Andromeda-köd több millió évig gravitációs kölcsönhatásban vannak, ami végül vezet ahhoz, hogy Andromeda a Tejút maga felé húzza, és ez a nagy galaxis része lesz. Az új körülmények között a Föld teljesen más bolygóvá válik, ráadásul a gravitációs kölcsönhatás eredményeként a Naprendszer, akárcsak több más rendszer, szó szerint elválasztható. Mivel az Andromeda köd gravitációs vonzása sokkal erősebb, mint a Tejút gravitációja,ez utóbbi körülbelül 120 km / s sebességgel közelíti meg. A 2,6 millió objektum pontossággal elkészített számítógépes modellek segítségével az csillagászok megállapították, hogy körülbelül 2 milliárd év alatt a galaxisok konvergálnak, és a gravitációs erő elkezdi deformálni szerkezetüket, hosszú, vonzó por- és gázrészeket képezve, csillagokból és bolygókból. További 3 milliárd év alatt a galaxisok közvetlen kapcsolatba kerülnek, amelynek eredményeként az új egyesített galaxis ellipszis alakúvá válik (ma mindkét galaxist spirálnak tekintik). További 3 milliárd év alatt a galaxisok közvetlen kapcsolatba kerülnek, amelynek eredményeként az új egyesített galaxis ellipszis alakúvá válik (ma mindkét galaxist spirálnak tekintik). További 3 milliárd év alatt a galaxisok közvetlen kapcsolatba kerülnek, amelynek eredményeként az új egyesített galaxis ellipszis alakúvá válik (ma mindkét galaxist spirálnak tekintik).
Fotó: NASA, ESA és a Hubble Heritage Team (STScI)
Ebben a képen két spirális galaxis (a nagy NGC 2207, a kicsi - IC 2163) áthaladnak a Nagy Kutya csillagkép régiójában, mint a fenséges hajók. Az NGC 2207 galaxis árapályereje torzította az IC 2163 alakját, csillagokat és gázt dobva több százezer fényév hosszú folyamokba (a kép jobb sarkában).
A Harvard Smithsonian Asztrofizikai Központ prof. Avi Loeb és hallgatója, TJ Cox azt sugallta, hogy ha megfigyelhetnénk a bolygónk égét a hírhedt 5 milliárd év alatt, akkor a szokásos Tejútunk helyett - halvány csípő pontok halvány csíkjaként - milliárd új fényes csillagot láttunk. Ebben az esetben a naprendszerünk egy új galaxis "szélén" helyezkedne el - körülbelül százezer fényévre a központjától a jelenlegi 25 ezer fényév helyett. Vannak más számítások is: a galaxisok teljes egyesülése után a Naprendszer közelebb kerülhet a galaxis központjához (67 000 fényév), vagy előfordulhat, hogy a farokba esik - a galaxisok összekötő összeköttetése. És utóbbi esetben a gravitációs hatás miatt az ott található bolygók megsemmisülnek.
A Föld, a Nap, a Naprendszer egésze és a Tejút jövőjét tekintve ugyanolyan izgalmas, mint hagyományosan tudományos. Az óriási előrejelzések időszaka, a tények hiánya és a technológia viszonylagos gyengesége, valamint nagymértékben a modern emberek szokása gondolkodni mozi és thrillerek vonatkozásában befolyásolja azt a tényt, hogy a jövőre vonatkozó feltételezések inkább a tudományos fantasztikusokhoz hasonlítanak, csak az első szó kiemelésével.