Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Как зарождаются звезды

Как зарождаются звезды
Представим себе гигантское облако атомов водорода, плавающее в космосе. Оно огромно и по размерам, и по массе.


Если соединить все эти атомы водорода в одно целое, получится чрезвычайно массивный объект. Собственная гравитация этого облака вынуждает составляющие его атомы взаимно притягиваться. Обычно мы не учитываем притяжение на уровне атомов, однако гравитация слегка влияет и на них, заставляя медленно сближаться.

Со временем облако конденсируется, поскольку атомы постепенно смещаются к общему центру масс, собираясь в единый объект. Облако становится все плотнее и плотнее. Атомы водорода в нем начинают сталкиваться друг с другом и взаимодействовать между собой, теряя при этом энергию. Это приводит к еще большему уплотнению облака. Общая масса водородных атомов в облаке очень велика.

Плотность и давление повышаются, что приводит к росту температуры, и водород в облаке продолжает конденсироваться до тех пор, пока не произойдет нечто занимательное. В центре облака вещество достигнет большой плотности, а вокруг этого участка разместятся остальные атомы водорода. Гравитация создает очень большое давление, направленное внутрь облака, поэтому все частицы в нем стремятся к общему центру масс. Температура там достигает 10 млн. градусов.

И в этот момент происходит нечто своеобразное. Чтобы определить суть происходящего, давайте вспомним, как выглядит атом водорода, и, более того, сосредоточимся на строении его ядра. Ядро атома водорода представляет собой протон. Вокруг него по электронной орбитали движется единственный электрон.



Из закона Кулона и сведений об электромагнитных силах нам известно, что два положительно заряженных ядра не могут располагаться рядом друг с другом. Однако нам также известно, что существуют четыре различных взаимодействия, и если ядра атомов достаточно сблизятся, например, под действием огромных температур или давлений, то эти два протона, из которых состоят ядра, внезапно захватит очень большая сила. Она гораздо сильнее кулоновского взаимодействия, и под ее влиянием оба водородных атома действительно могут слиться вместе и стать единым целым. Именно это и происходит при достаточно высоких значениях температуры и плотности газа.

Допустим, давление и температура повысились достаточно для преодоления кулоновского взаимодействия. В результате протоны сблизятся настолько, что «вспыхнет» реакция их синтеза. Произойдет «зажигание» синтеза. Однако здесь надо быть осторожнее в выражениях. Это не вспышка и не «зажигание» в буквальном смысле. Этот процесс не похож на химическое горение углерода в присутствии кислорода - происходит не воспламенение протонов, а их слияние, синтез. Мы говорим «вспыхивает ядерная реакция», потому что новое ядро, образованное слиянием двух протонов, то есть двух ядер атомов водорода, имеет чуть меньшую массу, чем исходные ядра вместе.

Таким образом, на первой стадии процесса есть два протона под большим давлением (иначе слиянию помешают кулоновские силы), достаточным для сближения на расстояние, где они будут захвачены сильным взаимодействием. Один из протонов превращается в нейтрон, и результирующая масса соединившихся частиц будет меньше, чем масса первоначальных протонов. Совсем на чуть-чуть, однако этот малый дефект массы переходит в большое количество дополнительной энергии, выделяемой в реакции «горения» водорода. Выделяющаяся энергия также обеспечивает направленное наружу небольшое давление, которое компенсирует сжатие вещества.

Итак, при достаточно большом давлении происходит слияние атомов водорода. При этом выделяется энергия, которая обеспечивает направленное наружу давление, противодействующее сжатию. Теперь это звезда, в центре которой «горит» термоядерная реакция. Весь остальной водород в облаке под действием тяготения продолжает стремиться к центру, создавая давление для поддержания реакции.

Во что же превращаются атомы водорода после слияния? Рассмотрим наиболее типичную разновидность звездного нуклеосинтеза. На первом этапе реакции (речь идет о самом простом типе нуклеосинтеза) водород превращается в дейтерий, иначе называемый тяжелым водородом. Это по-прежнему водород, однако его ядро состоит из 1 протона и 1 нейтрона. Но это еще не гелий, поскольку в гелии должно быть два протона. Затем дейтерий снова вступает в реакцию синтеза, в итоге которой получается гелий.



Все эти вещества можно увидеть в таблице Менделеева. Как вы знаете, водород в атомарном состоянии имеет атомный номер 1 и массу, равную 1. В его ядре только один нуклон. Но после синтеза водород превращается в водород-2, или дейтерий.

В конечном счете, если не вдаваться в детали описания реакции, дейтерий превращается в гелий-4. В процессе синтеза гелия выделяется очень много энергии, поскольку его атомная масса немного меньше, нежели масса четырех исходных атомов водорода, вступивших в синтез.

Энергия, выделяющаяся при слиянии атомов (условием которого являются высокие давление и температура), предохраняет звезды от сжатия. Пока звезда находится в этом состоянии, и в ее центральных областях, где давление и температура максимальны, идет самоподдерживающаяся термоядерная реакция превращения водорода в гелий, - говорят, что эта звезда принадлежит главной последовательности. На ней сейчас находится и наше Солнце.

Что произойдет, если у будущей звезды недостаточно массы для попадания на эту последовательность? Действительно, есть объекты, которым никогда не преодолеть энергетический барьер для прохождения всех стадий синтеза гелия из водорода. Некоторые из них за счет синтеза выделяют энергии меньше, чем нужно для остановки гравитационного сжатия, поэтому они излучают тепла больше, чем производят, и постепенно остывают.

В объектах еще меньшей массы давление и температура высоки, но недостаточны для зажигания термоядерных реакций, и в их центральных областях даже не начинается слияние атомов водорода. Примером этого типа объектов может служить Юпитер, который состоит из водорода и мог бы стать звездой, будь его масса в несколько раз больше.

Таким образом, масса объекта должна превысить некоторую величину, вследствие чего давление и температура внутри него станут достаточно велики для начала слияния атомов водорода. И чем меньше масса объекта превышает пороговую величину, тем медленнее в нем будет идти термоядерный синтез. Но в массивной звезде слияние атомов будет происходить очень быстро.

Комментарии:

Еще нет комментариев, станьте первым коментатором!
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
0
Хаббл обнаружил первые свидетельства наличия водяного пара на Ганимеде

Хаббл обнаружил первые свидетельства наличия водяного пара на Ганимеде

Впервые астрономы обнаружили свидетельства водяного пара в атмосфере спутника Юпитера Ганимеда. Водяной пар образуется, когда лед с поверхности луны сублимируется, то есть превращается из твердого вещества в газ.

Предыдущие исследования предоставили косвенные доказательства того, что Ганимед, самая большая луна в Солнечной системе, содержит больше воды, чем все океаны Земли. При этом температура там настолько низкая, что вода на поверхности замерзает. Океан Ганимеда будет располагаться примерно на 100 миль ниже земной коры; следовательно, водяной пар – это не испарение океана. Астрономы пересмотрели наблю...
27.07.21 10:28
0
1
НАСА выбрало SpaceX для миссии к Европе

НАСА выбрало SpaceX для миссии к Европе

В пятницу НАСА заявило, что выбрало SpaceX для запуска запланированного рейса к ледяному спутнику Юпитера Европе, что стало огромной победой компании Илона Маска, которая нацелена глубже в Солнечную систему.

Миссия Europa Clipper будет запущена в октябре 2024 года на ракете Falcon Heavy из Космического центра Кеннеди во Флориде, общая стоимость контракта составляет 178 миллионов долларов. Ранее предполагалось, что миссия будет запущена на собственной ракете НАСА Space Launch System (SLS), страдающей от задержек и перерасхода средств. И хотя SLS еще не работает, Falcon Heavy уж использовался как в ком...
26.07.21 10:59
0
0
Искусственный интеллект помогает НАСА точнее рассматривать Солнце

Искусственный интеллект помогает НАСА точнее рассматривать Солнце

Группа исследователей использует методы искусственного интеллекта для калибровки некоторых изображений Солнца, помогая улучшить данные, которые ученые используют для исследований Солнца.

У солнечного телескопа тяжелая работа. Рассмотрение Солнца наносит тяжелый урон, с постоянной атакой нескончаемым потоком солнечных частиц и интенсивным солнечным светом. Со временем чувствительные линзы и сенсоры солнечных телескопов начинают разрушаться. Чтобы гарантировать точность данных, отправляемых такими инструментами, ученые периодически проводят повторную калибровку, чтобы понять, как ме...
25.07.21 13:32
0
1
Астрономы впервые четко обнаружили диск формирующейся луны вокруг экзопланеты

Астрономы впервые четко обнаружили диск формирующейся луны вокруг экзопланеты

Используя Атакамскую большую [антенну] решётку миллиметрового диапазона (ALMA), астрономы впервые однозначно обнаружили присутствие диска вокруг планеты за пределами Солнечной системы. Наблюдения прольют новый свет на образование лун и планет в молодых звездных системах.

«Наша работа представляет собой четкое обнаружение диска, в котором могут формироваться спутники», - говорит Мириам Бенисти, исследователь из Университета Гренобля, Франция, и Университета Чили, возглавлявшая новое исследование. «Наши наблюдения ALMA были получены с таким прекрасным разрешением, что мы смогли четко определить, что диск связан с планетой, и впервые смогли вычислить его размер». Ра...
23.07.21 11:21
0
0
Хаббл обнаружил первые свидетельства наличия водяного пара на Ганимеде

Хаббл обнаружил первые свидетельства наличия водяного пара на Ганимеде

Впервые астрономы обнаружили свидетельства водяного пара в атмосфере спутника Юпитера Ганимеда. Водяной пар образуется, когда лед с поверхности луны сублимируется, то есть превращается из твердого вещества в газ.

Предыдущие исследования предоставили косвенные доказательства того, что Ганимед, самая большая луна в Солнечной системе, содержит больше воды, чем все океаны Земли. При этом температура там настолько низкая, что вода на поверхности замерзает. Океан Ганимеда будет располагаться примерно на 100 миль ниже земной коры; следовательно, водяной пар – это не испарение океана. Астрономы пересмотрели наблю...
27.07.21 10:28
0
1
НАСА выбрало SpaceX для миссии к Европе

НАСА выбрало SpaceX для миссии к Европе

В пятницу НАСА заявило, что выбрало SpaceX для запуска запланированного рейса к ледяному спутнику Юпитера Европе, что стало огромной победой компании Илона Маска, которая нацелена глубже в Солнечную систему.

Миссия Europa Clipper будет запущена в октябре 2024 года на ракете Falcon Heavy из Космического центра Кеннеди во Флориде, общая стоимость контракта составляет 178 миллионов долларов. Ранее предполагалось, что миссия будет запущена на собственной ракете НАСА Space Launch System (SLS), страдающей от задержек и перерасхода средств. И хотя SLS еще не работает, Falcon Heavy уж использовался как в ком...
26.07.21 10:59
0
0
Искусственный интеллект помогает НАСА точнее рассматривать Солнце

Искусственный интеллект помогает НАСА точнее рассматривать Солнце

Группа исследователей использует методы искусственного интеллекта для калибровки некоторых изображений Солнца, помогая улучшить данные, которые ученые используют для исследований Солнца.

У солнечного телескопа тяжелая работа. Рассмотрение Солнца наносит тяжелый урон, с постоянной атакой нескончаемым потоком солнечных частиц и интенсивным солнечным светом. Со временем чувствительные линзы и сенсоры солнечных телескопов начинают разрушаться. Чтобы гарантировать точность данных, отправляемых такими инструментами, ученые периодически проводят повторную калибровку, чтобы понять, как ме...
25.07.21 13:32
0
1
Астрономы впервые четко обнаружили диск формирующейся луны вокруг экзопланеты

Астрономы впервые четко обнаружили диск формирующейся луны вокруг экзопланеты

Используя Атакамскую большую [антенну] решётку миллиметрового диапазона (ALMA), астрономы впервые однозначно обнаружили присутствие диска вокруг планеты за пределами Солнечной системы. Наблюдения прольют новый свет на образование лун и планет в молодых звездных системах.

«Наша работа представляет собой четкое обнаружение диска, в котором могут формироваться спутники», - говорит Мириам Бенисти, исследователь из Университета Гренобля, Франция, и Университета Чили, возглавлявшая новое исследование. «Наши наблюдения ALMA были получены с таким прекрасным разрешением, что мы смогли четко определить, что диск связан с планетой, и впервые смогли вычислить его размер». Ра...
23.07.21 11:21
0