Useimmat astrofysiikit arvioivat auringon ikäksi noin 4,59 miljardia vuotta. Se luokitellaan keskikokoiseksi tai jopa pieneksi tähdeksi - tällaiset tähdet ovat olleet olemassa kauemmin kuin niiden suuret ja nopeasti haalistuvat sisaret. Auringon on toistaiseksi onnistunut käyttämään alle puolet sen sisältämästä vedystä: 70,6 prosentin osuudesta alkuperäisestä aurinkoaineen massasta 36,3 on jäljellä. Lämpöydinreaktioiden aikana auringon sisällä oleva vety muuttuu heliumiksi.
Lämpöydinfuusion reaktion etenemiseksi vaaditaan korkea lämpötila ja korkea paine. Vetytuumat ovat protoneja - alkuainehiukkasia, joilla on positiivinen varaus, niiden välillä toimii sähköstaattinen heijastusvoima, estäen niitä lähestymästä. Mutta sisällä on myös merkittäviä yleismaailmallisen vetovoiman voimia, jotka estävät protoneja sironnasta. Päinvastoin, ne työntävät protoneja niin lähelle toisiaan, että ydinfuusio alkaa. Osa protoneista muuttuu neutroneiksi ja sähköstaattisen heijastusvoimat heikentyvät; seurauksena auringon kirkkaus nousee. Tutkijoiden arvioiden mukaan auringon olemassaolon alkuvaiheessa sen kirkkaus oli vain 70 prosenttia siitä, mitä se tänään säteilee, ja seuraavan 6,5 miljardin vuoden aikana tähden kirkkaus vain kasvaa.
He kiistävät kuitenkin edelleen tämän näkökulman, joka on yleisin ja sisältyy oppikirjoihin. Ja spekuloinnin pääaihe on juuri aurinkoydin kemiallinen koostumus, jota voidaan arvioida vain hyvin epäsuorasti tiedolla. Yksi kilpailevista teorioista ehdottaa, että aurinkoydimen pääelementti ei ole lainkaan vety, vaan rauta, nikkeli, happi, pii ja rikki. Vaaleita elementtejä - vetyä ja heliumia - on läsnä vain Auringon pinnalla, ja fuusioreaktiota helpottaa ytimestä vapautuva suuri määrä neutroneita.
Oliver Manuel kehitti tämän teorian vuonna 1975 ja on siitä lähtien yrittänyt vakuuttaa tiedeyhteisön sen paikkansapitävyydestä. Hänellä on useita kannattajia, mutta useimmat astrofysiikot pitävät sitä täydellisenä hölynpölynä.
Kuva: NASA ja Hubble Heritage Team (AURA / STScI)
Muuttuva tähti V838 Monocerotis sijaitsee galaksiamme reunalla. Tämä kuva osoittaa osan tähden pölyisestä kirjekuoresta. Tämä kuori on kuusi valovuotta poikki. Tämä nyt näkyvä kaiku jäljessä itse salamaan nähden vain kahdella vuodella. Tähtitieteilijät odottavat, että valokaiku vilkkuu edelleen V838 Monin pölyisessä ympäristössä, kun se laajenee ainakin loppuvuodeksi.
Kumpi teoria on oikea, "aurinkoenergia" loppuu ennemmin tai myöhemmin. Vedyn puutteen vuoksi lämpöydinreaktiot alkavat pysähtyä ja tasapaino niiden ja vetovoimien välillä rikkoutuu aiheuttaen ulkokerrosten puristumisen ytimeen. Supistumisesta lähtien jäljelle jäävän vedyn pitoisuus kasvaa, ydinreaktiot voimistuvat ja ydin alkaa laajentua. Yleisesti hyväksytty teoria ennustaa, että 7,5-8 miljardin vuoden ikäisenä (ts. 4-5 miljardin vuoden kuluttua) aurinko muuttuu punaiseksi jättiläiseksi: sen halkaisija kasvaa yli sata kertaa, joten aurinkojärjestelmän kolmen ensimmäisen planeetan kiertoradat ovat tähden sisällä … Ydin on erittäin kuuma ja jättiläiskotelon lämpötila on matala (noin 3000 astetta) - ja siksi väriltään punainen.
Punaiselle jättilälle on tunnusomaista, että vety ei voi enää toimia "polttoaineena" ydinreaktioihin sen sisällä. Nyt siihen suuriin määriin kertynyt helium alkaa "palaa". Tällöin muodostuu epävakaita berylliumin isotooppeja, jotka pommitettaessa alfahiukkasilla (eli samoilla heliuminytimillä) muuttuvat hiileksi.
Mainosvideo:
Juuri tällä elämällä maan päällä, ja itse maapallolla, todennäköisesti jo lakkaa olemasta. Jopa matala lämpötila, joka auringon reuna-alueella on tuolloin, on tarpeeksi planeettamme höyrystymiseen kokonaan.
Tietenkin koko ihmiskunta, kuten kukin henkilö erikseen, toivoo iankaikkista elämää. Hetki, jolloin aurinko muuttuu punaiseksi jättiläiseksi, asettaa tiettyjä rajoituksia tälle unelmalle: jos ihmiskunnalla onnistuu selviytymään sellaisesta katastrofista, se on vain kehän ulkopuolella. Mutta tässä yhteydessä on syytä muistaa, että aikamme yksi suurimmista fyysikoista, Stephen Hawking, on jo kauan väittänyt, että hetki, jolloin ihmiskunnan ainoa tapa selviytyä on muiden planeettojen kolonisaatio, on melkein tullut. Maan sisäiset syyt tekevät tästä kehosta mahdotonta asua paljon aikaisemmin kuin jotain pahaa tapahtuu Auringolle.
Katsotaanpa tarkemmin ajoitusta täällä:
Paino = 1,99 * 1030 kg.
Halkaisija = 1.392.000 km.
Absoluuttinen suuruus = +4,8
Spektriluokka = G2
Pinnan lämpötila = 5800 ° K
Kiertorata-aika = 25 tuntia (napa) -35 tuntia (päiväntasaaja)
Vallankumouksen ajanjakso galaksin keskustan ympärillä = 200 000 000 vuotta
Etäisyys galaksin keskustaan = 25000 valoa. vuotta vanha
Liikkeen nopeus ympäri galaksin keskustaa = 230 km / s.
Aurinko. Tähti, joka aiheutti kaikille eläville olemuksille järjestelmässämme, on noin 750-kertainen kaikkien muiden aurinkokunnan elinten massaan, joten kaiken järjestelmässämme voidaan pitää pyörivänä auringon ympärillä yhteisenä massakeskuksena.
Aurinko on pallomaisesti symmetrinen hehkuva plasmapallo tasapainossa. Se syntyi todennäköisesti yhdessä muiden aurinkokunnan elinten kanssa noin 5 miljardia vuotta sitten kaasun ja pölyn sumusta. Elämänsä alussa aurinko oli noin 3/4 vetyä. Sitten painovoiman supistumisen vuoksi suoliston lämpötila ja paine nousivat niin paljon, että lämpöydinreaktio alkoi spontaanisti, jonka aikana vety muuttui heliumiksi. Tämän seurauksena lämpötila auringon keskustassa nousi erittäin voimakkaasti (noin 15 000 000 ° K), ja paine sen syvyyksissä nousi niin paljon (1,5x105 kg / m3), että se pystyi tasapainottamaan painovoiman ja pysäyttämään painovoiman puristuksen. Näin syntyi auringon moderni rakenne.
Huomaa: Tähti sisältää jättiläisen painovoimaenergian säiliön. Mutta et voi vedä siitä energiaa rankaisematta. On tarpeen, että aurinko kutistuu, ja sen pitäisi laskea 2 kertaa 30 miljoonan vuoden välein. Tähden lämpöenergian kokonaismäärä on suunnilleen yhtä suuri kuin sen painovoiman energia vastakkaisella merkillä, toisin sanoen luokkaa GM2 / R. Auringolle lämpöenergia on yhtä suuri kuin 4 * 1041 J. Joka toinen sekunti aurinko menettää 4 * 1026 J. Sen lämpöenergian varanto riittäisi vain 30 miljoonaan vuoteen. Lämpöydinfuusio säästää - valoelementtien yhdistelmä, johon liittyy jättiläinen energianvapautus. Englantilainen astrofysiikka A. Edington huomautti tämän mekanismin ensimmäistä kertaa 1900-luvun 20-luvulla, ja hän huomasi, että vetyatomin (protonin) neljän ytimen massa on 6,69 * 10-27 kg ja heliumin ydin - 6, 65 * 10 - 27 kg. Massavirhe selitetään suhteellisuusteorialla. Einsteinin kaavan mukaan kehon kokonaisenergia on suhteutettu massaan suhteella E = Ms2. Sitova energia heliumissa on yksi nukleoni enemmän, mikä tarkoittaa, että sen potentiaalikuoppa on syvempi ja kokonaisenergia pienempi. Jos helium syntetisoidaan jotenkin 1 kg vedystä, vapautuu energia, joka on yhtä suuri kuin 6 * 1014 J, mikä on noin 1% käytetyn polttoaineen kokonaisenergiasta. Niin paljon säiliöllesi.
Nykyajan edustajat suhtautuivat skeptisesti Edingtonin hypoteesiin. Klassisen mekaniikan lakien mukaan, jotta protonit saadaan lähemmäksi ydinvoimien vaikutussäteen asteikon etäisyyttä, on välttämätöntä voittaa Coulombin torjuntavoimat. Tätä varten heidän energiansa on ylitettävä Coulomb-esteen arvo. Laskelma osoitti, että lämpöydinfuusioprosessin aloittamiseksi vaaditaan noin 5 miljardin asteen lämpötila, mutta lämpötila Auringon keskustassa on noin 300 kertaa alhaisempi. Siten aurinko ei vaikuttanut tarpeeksi kuumalta, jotta heliumin sulautuminen olisi mahdollista.
Kvanttimekaniikka pelasti Edingtonin hypoteesin. Vuonna 1928 nuori Neuvostoliiton fyysikko G. A. Gamow havaitsi, että sen lakien mukaan hiukkaset voivat tietyllä todennäköisyydellä vuotaa potentiaalisen esteen läpi, vaikka niiden energia on alle sen korkeuden. Tätä ilmiötä kutsutaan alaesteeksi tai tunneliristeykseksi. (Jälkimmäinen osoittaa kuvasuhteessa mahdollisuuden löytää itsensä vuoren toiselta puolelta kiipeämättä sen yläosaan.) Tunnelimuutosten avulla Gamow selitti radioaktiivisen a-hajoamisen lait ja todisti näin ensimmäistä kertaa kvantmekanismin sovellettavuuden ydinprosesseihin (melkein samanaikaisesti tunnelin muutokset olivat löytäneet R. Henry ja E. Condon). Gamow kiinnitti myös huomiota siihen, että tunnelisiirtymien ansiosta törmäävät ytimet voivat tulla lähelle toisiaan ja ryhtyä ydinreaktioon energialähteilläpienemmät arvot Coulomb-esteestä. Tämä sai itävaltalaisen fyysikon F. Houtermansin (jolle Gamow kertoi työstään jo ennen niiden julkaisua) ja tähtitieteilijä R. Atkinsonin palaamaan Edingtonin ajatukseen aurinkoenergian ydinperästä. Ja vaikka neljän protonin ja kahden elektronin samanaikainen törmäys heeliumytimen muodostamiseksi on erittäin epätodennäköinen prosessi. Vuonna 1939 G. Bethe onnistui löytämään ydinreaktioiden ketjun (syklin), joka johtaa heliumin synteesiin. Bethe-syklin heliumin synteesin katalysaattori on hiiliatumat C12, joiden lukumäärä pysyy muuttumattomanaJa vaikka neljän protonin ja kahden elektronin samanaikainen törmäys heeliumytimen muodostamiseksi on erittäin epätodennäköinen prosessi. Vuonna 1939 G. Bethe onnistui löytämään ydinreaktioiden ketjun (syklin), joka johtaa heliumin synteesiin. Bethe-syklin heliumin synteesin katalysaattori on hiiliatumat C12, joiden lukumäärä pysyy muuttumattomanaJa vaikka neljän protonin ja kahden elektronin samanaikainen törmäys heeliumytimen muodostamiseksi on erittäin epätodennäköinen prosessi. Vuonna 1939 G. Bethe onnistui löytämään ydinreaktioiden ketjun (syklin), joka johtaa heliumin synteesiin. Bethe-syklin heliumin synteesin katalysaattori on hiiliatumat C12, joiden lukumäärä pysyy muuttumattomana
Joten - todellisuudessa vain niiden keskusosa, jonka massa on 10% kokonaismassasta, voi toimia tähtiä polttoaineena. Lasketaan kuinka kauan aurinko riittää ydinpolttoainetta.
Auringon kokonaisenergia on M * c2 = 1047 J, ydinenergia (Ead) on noin 1%, ts. 1045 J, ja ottaen huomioon, että kaikki aine ei voi polttaa, saadaan arvo 1044 J. Jaa tämä arvo auringon vaaleudella 4 * 1026 J / s, saamme sen ydinenergian kestävän 10 miljardia vuotta.
Yleensä tähden massa määrittelee yksiselitteisesti sen lisäkohteen, koska tähden ydinenergia on Ead ~ Mc2 ja valoisuus käyttäytyy suunnilleen kuten L ~ M3. Palamisaikaa kutsutaan ydinaseeksi; se on määritelty siten = = Ead / L = lO10 (Auringon M / M) -2 vuotta.
Mitä suurempi tähti, sitä nopeammin se polttaa itsensä!.. Kolmen tunnusomaisen ajan - dynaamisen, termisen ja ydinvoiman - suhde määrää tähden evoluution luonteen. Se, että dynaaminen aika on paljon lyhyempi kuin lämpö- ja ydinaika, tarkoittaa, että tähti onnistuu aina saavuttamaan hydrostaattisen tasapainon. Ja se, että lämpöaika on lyhyempi kuin ydinaika, tarkoittaa, että tähdellä on aika saavuttaa lämpötasapaino, toisin sanoen tasapaino keskipisteessä aikayksikköä kohti vapautuneen energian määrän ja tähtipinnan lähettämän energian määrän (tähtien valoisuus) välillä. Auringossa 30 miljoonan vuoden välein lämpöenergian tarjonta uusitaan. Mutta aurinkoenergiaa kuljettaa säteily. Se tarkoittaa fotoneja. Fotoni, joka syntyy lämpöydinreaktiossa keskellä, ilmestyy pinnalle lämpöajan jälkeen, ~ 30 miljoonaa vuotta). Fotoni liikkuu valon nopeudella, mutta,asia on se, että se, jatkuvasti absorboituneena ja uudelleen emittoituna, sekoittaa suuresti sen lentoradan, niin että sen pituudeksi tulee yhtä suuri kuin 30 miljoonaa valovuotta. Joten niin kauan säteilyllä on aika tulla lämpötasapainoon aineen kanssa, jonka läpi se liikkuu. Siksi tähteiden spektri ja on lähellä mustan kehon spektriä. Jos lämpöydinlähteiden lähteet "sammutettaisiin" (kuten lamppu) tänään, aurinko loisi edelleen miljoonia vuosia.silloin aurinko loisti edelleen miljoonia vuosia.silloin aurinko loisti edelleen miljoonia vuosia.
Mutta vaikka Hawkingin ja hänen monien edeltäjiensä ja samanhenkisten ihmisten ennuste ympäri maailmaa on tarkoitus toteuttaa ja ihmiskunta rakentaa "maan ulkopuolista sivilisaatiota", maapallon kohtalo huolestuttaa edelleen ihmisiä. Siksi monilla tähtitieteilijöillä on erityinen kiinnostus parametreihin, jotka ovat samanlaisia kuin aurinko parametreissä - etenkin kun nämä tähdet muuttuvat punaisiksi jättiläisiksi.
Siten ryhmä tähtitieteilijöitä, joita johti Sam Ragland, käytti kolmen yhdistetyn kaukoputken infrapuna-optista kompleksia Arizonan infrapuna-optisen kaukoputken ryhmää tutkittiin tähtiä, joiden massat olivat 0,75 - 3 kertaa auringon massa, lähestymässä evoluutionsa loppua. Lähestyvä pää tunnistetaan melko helposti vetylinjojen alhaisesta intensiteetistä niiden spektrissä ja päinvastoin, heliumin ja hiililinjojen suuren intensiteetin perusteella.
Gravitaatio- ja sähköstaattisten voimien tasapaino tällaisissa tähdissä on epävakaa, ja niiden sisällä oleva vety ja helium vuorottelevat ydinpolttoaineena, mikä aiheuttaa muutoksia tähden kirkkaudessa noin 100 tuhannen vuoden ajanjaksolla. Monet tällaiset tähdet viettävät viimeisen 200 tuhannen vuoden elämästään maailmantyyppisinä muuttujina. (Maailmanmuuttujat ovat tähtiä, joiden valoisuus muuttuu säännöllisesti ajanjaksolla 80 - 1 tuhatta päivää. Ne on nimetty luokan "esivanhempana", maailman tähtiä Cetus-tähdistössä).
Kuva: Wayne Peterson / LCSE / Minnesotan yliopisto
Minnesotan yliopiston laskennallisessa tiede- ja teknologialaboratoriossa luotu punaisesta sykkivästä jättiläisestä muodostettu malli. Tähtien ytimen sisäkuva: keltainen ja punainen - korkeiden lämpötilojen alueet, sininen ja vesialue - alhaisen lämpötilan alueet.
Juuri tässä luokassa tapahtui melko odottamaton löytö: Tähteen V 391 läheisyydessä Pegasuksen tähdistössä löydettiin eksoplaneetta, joka oli aiemmin upotettu tähden turvonneeseen kuoreen. Tarkemmin sanottuna tähti V 391 sykkee, jonka seurauksena sen säde kasvaa ja pienenee. Maapallolla, jonka löytö ryhmästä eri maiden astronomioita ilmoitettiin Nature-lehden syyskuun numerossa, on massa enemmän kuin kolme kertaa Jupiterin massa ja sen kiertoradan säde on puolitoista kertaa etäisyys, joka erottaa maan Maan auringosta.
Kun V 391 ohitti punaisen jättiläisasteen, sen säde oli vähintään kolme neljäsosaa kiertoradaltaan. Tähden laajenemisen alkaessa kiertoradan säde, jossa planeetta sijaitsi, oli kuitenkin pienempi. Tämän löytön tulokset jättävät maapallolle mahdollisuuden selviytyä Auringon räjähdyksen jälkeen, vaikka kiertoradan parametrit ja itse planeetan säde todennäköisesti muuttuvat.
Analogiaa pilaa jonkin verran se, että tämä planeetta, samoin kuin sen emätähti, eivät ole kovin samankaltaisia maan ja auringon kanssa. Ja mikä tärkeintä, V 391 muuttui punaiseksi jätteeksi "pudotti" merkittävän osan massastaan, joka "pelasti" planeetan; mutta niin tapahtuu vain kahdelle prosentille jättiläisistä. Vaikka ulkokuorien "kaataminen" punaisen jättilän muuttuessa vähitellen jäähtyväksi valkoiseksi kääpiöksi, jota ympäröi laajeneva kaasumousu, ei ole niin harvinaista.
Liian läheinen tapaaminen sen tähden kanssa on ilmeisin, mutta ei ainoa vaikeus, joka odottaa Maata muilta suurilta kosmisilta vartaloilta. On todennäköistä, että Auringosta tulee punainen jättiläinen, joka on jo poistunut galaksistamme. Tosiasia on, että Linnunradan galaksi ja naapurimaiden jättiläinen galaksi, Andromedan köysi, ovat olleet painovoimaisessa vuorovaikutuksessa miljoonia vuosia, mikä johtaa lopulta siihen, että Andromeda vetää Linnunrata itseään kohti, ja siitä tulee osa tätä suurta galaksia. Uusissa olosuhteissa maasta tulee täysin erilainen planeetta, ja lisäksi painovoimaisen vuorovaikutuksen seurauksena aurinkokunta, kuten sadat muut järjestelmät, voidaan kirjaimellisesti hajottaa. Koska Andromedan udoksen painovoima on paljon voimakkaampi kuin Linnunradan painovoima,jälkimmäinen lähestyy sitä nopeudella noin 120 km / s. Tähtitieteilijät ovat 2,6 miljoonan objektin tarkkuudella tehtyjen tietokonemallien avulla todenneet, että noin 2 miljardin vuoden sisällä galaksit lähentyvät toisiaan ja painovoima alkaa muuttaa rakenteitaan muodostaen pitkiä, houkuttelevia pölyn ja kaasun, tähtijen ja planeettojen pyrstöjä. Vielä 3 miljardin vuoden kuluttua galaksit ovat suorassa kosketuksessa, minkä seurauksena uusi yhdistynyt galaksi tulee elliptiseen muotoon (molempia galakseja pidetään nykyään spiraalina). Toisen 3 miljardin vuoden aikana galaksit ovat suorassa kosketuksessa, minkä seurauksena uusi yhdistynyt galaksi ottaa elliptisen muodon (molempia galakseja pidetään nykyään spiraalina). Toisen 3 miljardin vuoden aikana galaksit ovat suorassa kosketuksessa, minkä seurauksena uusi yhdistynyt galaksi ottaa elliptisen muodon (molempia galakseja pidetään nykyään spiraalina).
Kuva: NASA, ESA ja Hubble Heritage Team (STScI)
Tässä kuvassa kaksi spiraaligalaksia (suuri on NGC 2207, pieni - IC 2163) kulkevat toistensa Suuren koiran tähdistöalueella, kuten majesteettiset alukset. Galaksin NGC 2207 vuorovesivoimat ovat vääristäneet IC 2163: n muotoa heittäen tähtiä ja kaasua satojen tuhansien valovuosien ulottuviin virtauksiin (kuvan oikeassa nurkassa).
Harvard Smithsonianin astrofysiikan keskus prof. Avi Loeb ja hänen opiskelijansa TJ Cox ovat ehdottaneet, että jos voisimme tarkkailla planeettamme taivaata pahamaineisen 5 miljardin vuoden ajan, sitten tavanomaisen Linnunradan sijaan - vaalea rapiste heikkojen pisteiden kanssa - näkisimme miljardeja uusia kirkkaita tähtiä. Tässä tapauksessa aurinkokuntamme sijaitsisi uuden galaksin "laidalla" - noin satatuhat valovuotta keskustasta nykyisen 25 tuhannen valovuoden sijasta. On kuitenkin olemassa muita laskelmia: galaksien täydellisen sulautumisen jälkeen aurinkokunta voi siirtyä lähemmäksi galaksin keskustaa (67 000 valovuotta), tai voi tapahtua, että se putoaa "hännään" - yhdistäväksi linkiksi galaksien välillä. Ja jälkimmäisessä tapauksessa painovoimavaikutuksen vuoksi siellä olevat planeetat tuhoutuvat.
Kun otetaan huomioon maan, aurinko, aurinkokunta kokonaisuutena ja Linnunrata, tulevaisuus on yhtä mielenkiintoinen kuin perinteisesti tieteellinen. Ennusteiden valtava ajanjakso, tosiseikkojen puute ja tekniikan suhteellinen heikkous, samoin kuin nykyaikaisten ihmisten tapa ajatella elokuvan ja trillereiden suhteen vaikuttavat siihen, että tulevaisuutta koskevat oletukset muistuttavat enemmän tieteiskirjallisuutta, vain painottaen ensimmäistä sanaa.