|
09.09.2002
18:31 |
Если выключить Солнце 
Предыдущее
Ядерная эволюция
Перегорание водорода в гелий - необратимый процесс.
Запасы водорода в звезде ограничены.
Термоядерные реакции могут идти только при достаточно высокой температуре и
плотности. В центре Солнца
плотность вещества достигает 100 г/см3. Реально в
качестве топлива для звезд может служить только центральная их часть с
массой, составляющей 10 % полной массы.
Подсчитаем, на сколько времени хватит Солнцу ядерного топлива.
Полная энергия Солнца Мдс2 =
1047 Дж, ядерная
энергия (Еяд) составляет примерно 1%, т. е.
1045 Дж, и
с учетом того, что не все вещество может сгореть, получится
1044 Дж. Разделив эту величину на светимость Солнца
L=4 1026 Дж/c,
получим, что его ядерной энергии
хватит на 10 миллиардов лет. Этого вполне достаточно,
чтобы не вступать в противоречие с геологическими
данными о возрасте Земли. Но, с другой стороны, это означает, что звезды не
вечны: они эволюционируют. Постепенное выгорание легких элементов в звездах
определяет их ядерную эволюцию. А время выгорания называют ядерным временем;
оно определяется как
tяд =~ Еяд/L = lO10
(M/MСолнца)-2 лет. (10)
Зависимость
ядерного времени от массы звезды может быть получена, если учесть, что ядерная
энергия звезды
Еяд ~ Мс2, а светимость ведет себя примерно как
L ~ М3.
Подчеркнем, что правая часть формулы (10) - это лишь
грубое приближение. Чем больше звезда, тем быстрее
она себя сжигает!
Вспомним теперь диаграмму Герцшпрунга -
Рессела.
Большинство звезд группируется вдоль главной последовательности. Это звезды,
в центре которых происходит
ядерное горение водорода. Именно водорода. Загорание
более тяжелых элементов происходит при более высокой
температуре (для них больше потенциальный барьер)
и сопровождается уходом звезды с главной последовательности.
Сравним ядерное время звезды с ее тепловым временем (см.
формулу (8)). Приближенно тепловое время зависит от массы звезды так:
Соотношение
трех характерных времен - динамического, теплового и ядерного - определяет
характер эволюции звезды. То, что динамическое время много меньше теплового
и ядерного, означает, что звезда всегда
успевает прийти в гидростатическое равновесие. А то, что
тепловое время меньше ядерного,- что звезда успевает
прийти и в тепловое равновесие, т. е. в равновесие между
количеством энергии, выделяемым в центре в единицу
времени, и количеством энергии, излучаемым поверхностью звезды (светимостью
звезды). В Солнце каждые
30 миллионов лет обновляется запас тепловой энергии.
Но энергия в Солнце переносится излучением. Значит,
фотонами. Фотон, рожденный в термоядерной реакции
в центре, на поверхности появляется через тепловое время, ~ 30 миллионов лет
*). Если бы источники термоядерной энергии "выключились" (подобно лампочке) сегодня, то Солнце
продолжало бы светить еще миллионы лет.
При горении водорода рождаются не только фотоны,
но и нейтрино. Нейтрино беспрепятственно выходят из
Солнца со скоростью света за время, равное 700 000 км : 300 00 км/с = 2,3 с
(радиус Солнца в световых секундах). Но ведь
фотон тоже движется со скоростью света,
а затрачивает 30 миллионов лет?! Конечно, все дело
в том, что фотон, постоянно
поглощаясь и переизлучаясь, сильно запутывает свою траекторию, так что
ее
длина становится равной 30 миллионам световых лет
(расстояние до далеких галактик) (см. рис. 31). За такое
большое время излучение успевает прийти в тепловое
равновесие с веществом, по которому оно движется. Поэтому спектр звезд и
близок к спектру черного тела.
Теория внутреннего строения звезд главной
последовательности, построенная к началу 30-х годов Эддингтоном, полностью
объяснила их наблюдаемые свойства.
Но на
диаграмме Герцшпрунга - Рессела строятся величины "светимость - спектр",
которые являются функцией
масс звезд. Значит, для окончательного подтверждения
теории необходимо было взвесить звезды. Здесь на помощь пришли двойные
системы. Используя результаты
фотометрических и спектральных наблюдений двойных,
удалось определить массы многих сотен звезд и связь их
со светимостью (см. рис. 32). Эта связь оказалась в прекрасном согласии с
теорией. Но почему некоторые
звезды на диаграмме Герцшпрунга - Рессела не подчиняются главной
последовательности?
*) Конечно,
это будет уже совсем другой фотон (см. дальше).
Продолжение
Обозрение "Физические явления на небесах" профессора В.М.Липунова.
Выскажите свое мнение на:
|
