Температура поверхности Солнца - Вселенная - От плоской Земли до квазаров

Вселенная

От плоской Земли до квазаров
Главная


Земля


Солнечная система


Звезды


Галактика


Размеры Галактики


Другие галактики


Возраст Земли


Энергия Солнца


Типы звезд


Эволюция звезд


Взрывы звезд


Эволюция галактик


Удаляющиеся галактики


Наблюдаемая Вселенная


Начало Вселенной


Бомбардировка частицами


Фотоны большой энергии


Радиоастрономия


Окраины Вселенной



Температура поверхности Солнца
Когда стал известен химический состав Солнца, число ядерных реакций, которые могли бы служить возможным источником огромного количества вырабатываемой Солнцем энергии, резко сократилось. Само собой разумелось, что говорить можно было только о реакциях, топливом в которых служит водород и, может быть, отчасти гелий. Никакие другие элементы не представлены на Солнце в достаточных количествах.
Итак, рассмотрим ядра атомов водорода и гелия. Ядро водорода наиболее распространенного типа состоит из единственной частицы — протона, и этот тип водородного атома называется поэтому водород-1. Ядро атома гелия наиболее обычного типа состоит из четырех частиц— двух протонов и двух нейтронов, и этот атом называют поэтому гелий-4.
Нет ничего невозможного в том, что четыре водородных ядра сольются (водородный синтез) и образуют одно ядро гелия — этот процесс мы можем обозначить так: 4Н1 —> Не4. Не касаясь подробностей того, как это происходит— прямо или через длинную цепь реакций, в которых участвуют другие атомы, — зададим только один вопрос достаточно ли будет слияния ядер водорода для того, чтобы обеспечить Солнце необходимой энергией?
Масса водородного ядра очень точно выражена в единицах атомной массы. В этих единицах масса водородного ядра составляет 1,00797; четыре таких ядра должны иметь общую массу 4,03188. Однако масса ядра гелия равна только 4,0026. Если 4,03188 единиц атомной массы водорода каким-то образом объединяются в 4,0026 единиц атомной массы гелия, это значит, что 0,0293 единицы атомной массы (0,73% всего количества) должны превратиться в энергию.
В таком случае ежесекундная потеря Солнцем 4 600 000 г. массы — это потеря массы в результате превращения водорода в гелий. Водород является ядерным топливом Солнца, а гелий — его ядерным «пеплом». Поскольку потеря массы в ходе превращения водорода в гелий составляет 0,73% всей массы сливающегося водорода, ежесекундная потеря 4 600 000 т массы означает, что каждую секунду 630 000 000 т водорода превращаются в гелий.
Этот факт позволяет предположительно оценить возраст Солнца. Общую массу Солнца можно вычислить, исходя из силы, с которой оно притягивает Землю на расстоянии в 150 000 000 км, она составляет 2 220 000 000 000 000 000 000 000 000 т. Каждую секунду потребляется 630 000 000 т водорода, и если мы примем, что первоначально Солнце состояло только из водорода, что атомы этого водорода все время сливались в гелий с одной и той же скоростью и что солнечное вещество всегда хорошо перемешивалось, то можно подсчитать, сколько требуется секунд, чтобы количество водорода уменьшилось со 100 до 81,76%. Оказывается, на это потребовалось бы 20 миллиардов лет А для того, чтобы израсходовать все оставшееся водородное топливо, потребуется еще 90 миллиардов лет.
Разумеется, было бы слишком смело полагать, что скорость синтеза гелия из водорода останется неизменной до полного истощения запаса топлива или что она всегда была такой же, как теперь. Несомненно, присутствие разных количеств гелиевого «пепла» может оказать влияние на скорость реакции или даже на ее характер. Тем не менее в начале 30-х годов XX в. представлялась по меньшей мере правдоподобной такая схема, согласно которой общий срок жизни Солнца равнялся бы минимум 100 миллиардам лет. История солнечной системы была, несомненно, очень долгой, а впереди ее ожидала еще более продолжительная жизнь.
Но одного предположения, что солнечная энергия пополняется за счет слияния водорода в гелий, было еще недостаточно. Необходимо было еще доказать, что на Солнце существуют условия для такого слияния. У нас на Земле есть большие запасы водорода, хотя бы в мировом океане, и все же синтеза гелия из его атомов не происходит. Если бы они начали сливаться, Земля взорвалась бы и испарилась, превратившись в очень маленькую и очень недолговечную звезду. С другой стороны, если бы такую реакцию можно было проводить медленно и под контролем, человечество было бы обеспечено энергией на миллионы лет, Однако условия на Земле таковы, что возможность самопроизвольного слияния атомов водорода исключена, а ученым (во всяком случае, до сих пор) не удалось создать условий для контролируемой реакции синтеза. Единственное, что они сумели сделать, — это добиться неконтролируемого превращения в гелий небольших количеств водорода, создав водородную бомбу 50-х годов.
Ну а каковы условия на Солнце?
Мы видим только его поверхность, и эта поверхность, несомненно, горяча. Но насколько она горяча? И вновь мы должны обратиться к излучению.
Даже если предмет довольно прохладен, как, например, человеческое тело, он непрерывно излучает энергию. Теплоту человеческого тела можно ощутить на некотором расстоянии. Но это излучение очень длинноволновое, оно располагается далеко в инфракрасной части спектра и поэтому абсолютно невидимо для глаза.
Если начать медленно нагревать какой либо предмет, например утюг, то его излучение усиливается и начинает переходить в область все более и более коротких волн. На фотографической пленке, чувствительной к инфракрасным лучам, можно получить изображение нагретого утюга, находящегося в темной комнате, хотя волны этого «света» еще слишком длинны и не воспринимаются человеческим глазом. Если утюг нагреть еще больше, его основное излучение станет уже настолько коротковолновым, что мы сможем его увидеть. Вначале это будут самые длинные волны из доступных человеческому глазу и утюг станет темно-красным. При дальнейшем нагревании тело будет излучать все больше и больше коротких волн и цвет утюга будет соответственно меняться.
В 1893 г. немецкий физик Вильгельм Вин (1864— 1928) подробно изучил это явление Каждой температуре соответствует свой максимум излучения — волна определенной длины, преобладающая в этом излучении Вин обнаружил, что по мере повышения температуры этот пик смещается в сторону коротких волн, причем его смещение может быть выражено простои математическом формулой. Таким образом, если при изучении спектра какого либо предмета удается установить пик излучения этого спектра, можно узнать температуру самого предмета. Характер спектральных линий тоже меняется с изменением температуры, и они тоже помогают ее определить.
По солнечному спектру удалось установить, что температура поверхности Солнца составляет 6000 °С. Таким же способом можно определить температуру поверхности других звезд, и некоторые из них оказались более горячими, чем Солнце Температура поверхности Сириуса, например, равна 11 000 °С, а у Альфы Южного Креста (самой яркой звезды созвездия Южный Крест) она достигает 21 000 °С.
По земным представлениям поверхность Солнца очень горяча. Она достаточно горяча, чтобы расплавить и обратить в пар все известные нам вещества. Тем не менее она недостаточно горяча (далеко не достаточно) для того, чтобы заставить атомы водорода сливаться в атомы гелия. Мы можем с полной уверенностью сказать, что нигде на поверхности Солнца эта реакция не протекает Однако где-то она все-таки должна протекать, потому что иначе нельзя будет объяснить, откуда берется излучаемая Солнцем энергия. Итак, перед нами встает вопрос о том, что может происходить внутри Солнца.
 
< Пред.   След. >