Stelele sunt, ca Soarele, bile uriașe de gaz fierbinți. Multe dintre ele sunt de zeci de ori mai mari decât Soarele.

Stele: nașterea, viața și moartea lor [Ediția a treia, revizuită] Shklovsky Iosif Samuilovich

Capitolul 6 O stea este o bilă de gaz în stare de echilibru

Capitolul 6 O stea este o bilă de gaz în stare de echilibru

Pare aproape evident că marea majoritate a stelelor nu își schimbă proprietățile pe perioade mari de timp. Această afirmație este destul de evidentă pentru o perioadă de timp de cel puțin 60 de ani, timp în care astronomii din diferite țări au depus multă muncă pentru a măsura luminozitatea, culoarea și spectrul multor stele. Observăm că, deși unele stele își schimbă caracteristicile (astfel de stele se numesc variabile; vezi § 1), modificările sunt fie strict periodice, fie mai mult sau mai puțin periodice. Sistematic modificări ale luminozității, spectrului sau culorii stelelor sunt observate în cazuri foarte rare. De exemplu, deși s-au detectat modificări în perioadele de pulsații ale stelelor Cefeide, acestea sunt atât de mici încât sunt necesare cel puțin câteva milioane de ani pentru ca schimbările în perioada de pulsații să devină semnificative. Pe de altă parte, știm (vezi § 1) că luminozitatea Cefeidelor variază în funcție de perioadă. Prin urmare, se poate concluziona că timp de cel puțin câteva milioane de ani în astfel de stele, cea mai importantă caracteristică a lor - puterea energiei radiate - se schimbă puțin. În acest exemplu, vedem că, deși durata observațiilor este de doar câteva zeci de ani (o perioadă complet neglijabilă la scară cosmică!), putem concluziona că proprietățile Cefeidelor sunt constante pe intervale de timp nemăsurat de lungi.

Dar avem la dispoziție încă o posibilitate de a estima timpul în care puterea radiației stelelor aproape că nu se modifică. Din datele geologice rezultă că în decursul a cel puțin două-trei miliarde de ani, temperatura Pământului, dacă s-a schimbat, nu s-a schimbat cu mai mult de câteva zeci de grade. Aceasta rezultă din continuitatea evoluției vieții pe Pământ. Și dacă da, atunci Soarele în această perioadă uriașă de timp nu a radiat niciodată nici de trei ori mai puternic, nici de trei ori mai slab decât acum. Se pare că într-o istorie atât de lungă a stelei noastre au existat perioade în care radiația sa a diferit semnificativ (dar nu foarte mult) de nivelul actual, dar astfel de ere au fost relativ de scurtă durată. Ne referim epocile glaciare, despre care se va discuta în § 9. Dar în in medie puterea radiației solare pentru ultimul câteva miliarde ani a fost remarcabil de consistent.

În același timp, Soarele este o stea destul de tipică. După cum știm (vezi § 1), este o pitică galbenă de tip spectral G2. Există cel puțin câteva miliarde de astfel de stele în galaxia noastră. De asemenea, este destul de logic să concluzionăm că majoritatea celorlalte stele din secvența principală cu tipuri spectrale diferite de cea solară ar trebui să fie, de asemenea, obiecte foarte „cu viață lungă”.

Deci, marea majoritate a stelelor se schimbă foarte puțin în timp. Acest lucru, desigur, nu înseamnă că ele pot exista într-o „formă neschimbată” pentru o perioadă arbitrar de lungă. Dimpotrivă, mai jos vom arăta că vârsta stelelor, deși foarte mare, este finită. În plus, această vârstă este foarte diferită pentru diferite stele și este determinată în primul rând de masa lor. Dar chiar și cele mai „de scurtă durată” stele încă își schimbă cu greu caracteristicile peste un milion de ani. Ce concluzii rezultă din asta?

Deja din cea mai simplă analiză a spectrelor stelelor rezultă că straturile lor exterioare trebuie să fie în gazos condiție. Altfel, evident, liniile ascuțite de absorbție caracteristice unei substanțe în stare gazoasă nu ar fi observate niciodată în aceste spectre. Analiza ulterioară a spectrelor stelare face posibilă rafinarea semnificativă a proprietăților materiei straturilor exterioare ale stelelor (adică „atmosfere stelare”), de unde ne vine radiația.

Studiul spectrelor stelelor ne permite să concluzionam cu deplină certitudine că atmosferele stelare sunt gaz ionizat încălzit la o temperatură de mii și zeci de mii de grade, adică plasmă. Analiza spectrală face posibilă determinarea compoziției chimice a atmosferelor stelare, care în majoritatea cazurilor este aproximativ aceeași cu cea a Soarelui. În cele din urmă, studiind spectrele stelare, se poate determina și densitate atmosfere stelare, care pentru diferite stele variază într-o gamă foarte largă. Deci, straturile exterioare ale stelelor sunt gaze.

Dar aceste straturi conțin o fracțiune neglijabilă din masa întregii stele. Cu toate că direct Este imposibil de observat cu metode optice interioarele stelelor din cauza opacității lor enorme, putem afirma acum cu toată certitudinea că intern straturile de stele sunt de asemenea în stare gazoasă. Această afirmație nu este deloc evidentă. De exemplu, împărțirea masei Soarelui, egală cu 2

10 33 g, pentru volumul său egal cu

10 33 cm3, ușor de găsit densitate medie(sau greutatea specifică) materiei solare, care va fi de aproximativ 1 , 4 g / cm 3, adică mai mult decât densitatea apei. Este clar că în regiunile centrale ale Soarelui densitatea trebuie să fie mult mai mare decât media. Majoritatea stelelor pitice au o densitate medie mai mare decât cea a Soarelui. Întrebarea apare în mod firesc: cum putem împăca afirmația noastră că interioarele Soarelui și stelelor sunt într-o stare gazoasă cu densități atât de mari de materie? Răspunsul la această întrebare este că temperatura interiorului stelar, după cum vom vedea în curând, este foarte ridicată (mult mai mare decât în ​​straturile de suprafață), ceea ce exclude posibilitatea existenței unei faze solide sau lichide a materiei acolo.

Deci, stelele sunt bile uriașe de gaz. Este foarte semnificativ faptul că o astfel de sferă gazoasă este „cimentată” de forță gravitatie, adică gravitatie. Fiecare element al volumului stelei este afectat de forța de atracție gravitațională a tuturor celorlalte elemente ale stelei. Această forță este cea care împiedică expansiunea diverse părți gaz formator de stele în spațiul înconjurător. Dacă această forță nu ar fi acolo, gazul care formează steaua s-ar răspândi mai întâi, formând ceva ca o nebuloasă densă și apoi s-ar disipa în sfârșitul în vastul spațiu interstelar care înconjoară steaua. Să facem o estimare foarte aproximativă a cât timp ar dura pentru ca o asemenea „răspândire” dimensiunea stelei să crească, să zicem, de 10 ori. Să presupunem că „răspândirea” are loc la viteza termică a atomilor de hidrogen (din care constă în principal steaua) la o temperatură a straturilor exterioare ale stelei, adică aproximativ 10 000 K. Această viteză este aproape de 10 km/s, adică 10 6 cm/s. Deoarece raza stelei poate fi luată aproape de un milion de kilometri (adică, 10 11 cm), atunci pentru „răspândirea” care ne interesează cu o creștere de zece ori a dimensiunii stelei, va fi necesar un timp neglijabil. t = 10

10 11 / 10 6 = 10 6 secunde

10 zile!

Aceasta înseamnă că, dacă nu ar fi forța de atracție gravitațională, stelele s-ar disipa în spațiul înconjurător într-un timp neglijabil (conform termenilor astronomici), calculat în zile pentru stelele pitice sau ani pentru giganți. Aceasta înseamnă că fără forța gravitației universale nu ar exista stele. Acționând continuu, această forță se străduiește aduce impreunaîntre diferitele elemente ale stelei. Este foarte important de subliniat că forța gravitației, prin însăși natura sa, tinde să nelimitat adună toate particulele stelei, adică la limită, așa cum spune, „adună întreaga stea într-un punct”. Dar dacă particulele care formează o stea ar fi afectate de numai forța gravitației universale, atunci steaua s-ar micșora catastrofal repede. Să estimăm acum timpul în care această contracție devine semnificativă. Dacă nicio forță nu se opune gravitației, materia stelei ar cădea spre centrul său conform legilor căderii libere a corpurilor. Luați în considerare un element de materie din interiorul unei stele undeva între suprafața ei și centrul la distanță R din ultimul. Acest element este afectat de forța gravitațională g =

Unde G- constantă gravitațională (vezi pagina 15), M- masa aflată în interiorul sferei de rază R. Pe măsură ce cazi spre centru M, și R se va schimba, prin urmare, se va schimba şi g. Cu toate acestea, nu vom face o mare greșeală în estimarea noastră dacă presupunem asta MȘi R ramane constant. Aplicând la rezolvarea problemei noastre formula elementară a mecanicii, conectând calea parcursă în timpul căderii libere R cu valoarea acceleraţiei g, obținem formula (3.6) derivată deja în § 3 al primei părți

Unde t- timpul de toamnă, și punem R

R

A M M

Astfel, dacă nicio forță nu s-ar opune gravitației, straturile exterioare ale stelei s-ar face literalmente prăbușit ar fi, iar steaua s-ar micșora catastrofal într-o fracțiune de oră!

Ce forță, care acționează continuu pe întregul volum al stelei, contracarează forța gravitației? Rețineți că în fiecare volum elementar stele, direcția acestei forțe ar trebui să fie opusă, iar mărimea este egală cu forța de atracție. În caz contrar, s-ar produce dezechilibre locale, locale, ducând într-un timp foarte scurt, ceea ce tocmai am estimat, la schimbări mari în structura stelei.

Forța care se opune gravitației este presiune gaz [ 16 ]. Acesta din urmă se străduiește continuu extinde stea, „împrăștiați-o” la cel mai mare volum posibil. Mai sus, am estimat deja cât de repede s-ar „împrăștia” o stea dacă părțile sale individuale nu ar fi reținute de forța gravitației. Deci din asta simplu fapt că stelele - bile de gaz într-o formă practic neschimbată (adică, fără a se contracta sau a se extinde) există de cel puțin milioane de ani, rezultă că fiecare element materia stelei se află în echilibru sub acțiunea forțelor gravitaționale și a presiunii gazului direcționate opus. Acest echilibru se numește „hidrostatic”. Este larg răspândit în natură. În special, atmosfera Pământului se află în echilibru hidrostatic sub influența forței de atracție gravitațională a Pământului și a presiunii gazelor din acesta. Dacă nu ar exista presiune, atmosfera pământului ar „cădea” foarte repede la suprafața planetei noastre. Trebuie subliniat faptul că echilibrul hidrostatic în atmosferele stelare se realizează cu mare precizie. Cea mai mică încălcare a acesteia duce imediat la apariția unor forțe care modifică distribuția materiei în stea, după care are loc redistribuirea acesteia, la care echilibrul este restabilit. Aici vorbim mereu de vedete obișnuite „normale”. În cazuri excepționale, care vor fi discutate în această carte, un dezechilibru între forța gravitației și presiunea gazului va duce la consecințe foarte grave, chiar catastrofale în viața unei stele. Și acum nu putem decât să spunem că istoria existenței oricărei stele este o luptă cu adevărat titanică între forța gravitației, care tinde să o comprime la infinit, și forța presiunii gazului, care caută să o „pulverizeze”, să o împrăștie. în spațiul interstelar înconjurător. Această „luptă” durează de multe milioane și miliarde de ani. În aceste perioade de timp monstruos de lungi, forțele sunt egale. Dar în cele din urmă, după cum vom vedea mai târziu, gravitația va învinge. Așa este drama evoluției oricărei stele. Mai jos ne vom opri în detaliu asupra etapelor individuale ale acestei drame asociate cu etapele finale ale evoluției stelelor.

În partea centrală a unei stele „normale”, greutatea materiei cuprinse într-o coloană a cărei suprafață de bază este egală cu un centimetru pătrat și a cărei înălțime este egală cu raza stelei va fi egală cu presiunea gazului de la bază. a coloanei. Pe de altă parte, masa coloanei este egală cu forța cu care este atrasă de centrul stelei.

Vom efectua acum un calcul foarte simplificat, care, totuși, reflectă pe deplin esența problemei. Și anume, punem masa coloanei noastre M 1 =

R, Unde

(6.1)

Să estimăm acum valoarea presiunii gazului Pîn partea centrală a unei stele precum Soarele nostru. Înlocuind valoarea numerică a mărimilor din partea dreaptă a acestei ecuații, aflăm că P\u003d 10 16 dine / cm 2, sau 10 miliarde de atmosfere! Aceasta este o sumă nemaivăzută. Cea mai mare presiune „staționară” realizată în laboratoarele terestre este de ordinul a câteva milioane de atmosfere [ 17 ].

Dintr-un curs elementar de fizică, se știe că presiunea unui gaz depinde de densitatea acestuia

si temperatura T. Formula care conectează toate aceste cantități se numește „formula Clapeyron”: P = T. Pe de altă parte, densitatea din regiunile centrale ale stelelor „normale” este, desigur, mai mare decât densitatea medie, dar nu semnificativ mai mare. În acest caz, rezultă direct din formula lui Clapeyron că densitatea mare a interioarelor stelare singură nu este capabilă în sine să asigure o presiune a gazului suficient de mare pentru a satisface condiția de echilibru hidrostatic. În primul rând, temperatura gazului trebuie să fie suficient de ridicată.

Formula Clapeyron include și greutatea moleculară medie

Principalul element chimic din atmosferele stelelor este hidrogenul și nu există niciun motiv să credem că compoziția chimică din interiorul cel puțin a majorității stelelor ar trebui să difere semnificativ de cea observată în straturile exterioare. În același timp, deoarece temperatura așteptată în regiunile centrale ale stelelor ar trebui să fie destul de ridicată, hidrogenul ar trebui să fie aproape complet ionizat, adică „divizat” în protoni și electroni. Deoarece masa acestuia din urmă este neglijabilă în comparație cu protonii, iar numărul de protoni este egal cu numărul de electroni, greutatea moleculară medie a acestui amestec ar trebui să fie aproape de 1. / 2. Apoi din ecuațiile (6.1) și formula Clapeyron rezultă că temperatura din regiunile centrale ale stelelor este, în ordinea mărimii, egală cu

(6.2)

Valoare

/ c poate cam 1 / 10. Depinde de structura interiorului stelar (vezi § 12). Din formula (6.2) rezultă că temperatura în regiunile centrale ale Soarelui ar trebui să fie de ordinul a zece milioane de kelvin. Calculele mai precise diferă de estimarea noastră actuală cu doar 20-30%. Deci, temperatura în regiunile centrale ale stelelor este extrem de ridicată - de aproximativ o mie de ori mai mult decât pe suprafața lor. Acum să discutăm care ar trebui să fie proprietățile unei substanțe încălzite la o temperatură atât de ridicată. În primul rând, o astfel de substanță, în ciuda densității sale mari, trebuie să fie în stare gazoasă. Acest lucru a fost deja discutat mai sus. Dar acum putem rafina această afirmație. La o temperatură atât de ridicată, proprietățile gazului din interiorul stelelor, în ciuda densității sale mari, vor fi aproape imposibil de distins de proprietăți. gaz ideal, adică un astfel de gaz în care interacțiunile dintre particulele sale constitutive (atomi, electroni, ioni) sunt reduse la ciocniri. Pentru un gaz ideal este valabilă legea lui Clapeyron, pe care am folosit-o în estimarea temperaturii în regiunile centrale ale stelelor.

La o temperatură de ordinul a zece milioane de kelvin și la densitățile care există acolo, toți atomii trebuie ionizați. Într-adevăr, media energie kinetică fiecare particulă de gaz

= kT va fi de aproximativ 10 -9 erg sau

Aceasta înseamnă că fiecare ciocnire a unui electron cu un atom poate duce la ionizarea acestuia din urmă, deoarece energia de legare a electronilor dintr-un atom (așa-numitul „potențial de ionizare”), de regulă, Mai puțin mii de electroni volți. Doar cele mai „profunde” învelișuri de electroni ale atomilor grei vor rămâne „neatinse”, adică vor fi ținute de atomii lor. Starea de ionizare a materiei intrastelare determină masa moleculară medie, a cărei valoare, după cum am văzut deja, joacă un rol important în interiorul stelelor. Dacă problema unei stele ar fi numai din hidrogen complet ionizat (cum am spus mai sus), apoi greutatea moleculară medie

Ar fi egal cu 1 / 2. Dacă a existat doar heliu complet ionizat, atunci

4/ 3 (deoarece în timpul ionizării unui atom de heliu cu o masă atomică de 4, Trei particule - un nucleu de heliu plus doi electroni). În cele din urmă, dacă substanța din interiorul unei stele a constat numai din elemente grele (oxigen, carbon, fier etc.), atunci greutatea sa moleculară medie cu ionizarea completă a tuturor atomilor ar fi aproape de 2, deoarece pentru astfel de elemente masă atomică aproximativ de două ori mai mulți decât numărul de electroni dintr-un atom.

De fapt, substanța interiorului stelar este un amestec de hidrogen, heliu și elemente grele. Abundența relativă a acestor componente principale ale materiei stelare (nu prin numărul de atomi, ci prin masă) este de obicei indicată cu litere X, YȘi Z, care caracterizează compoziție chimică stele. În stelele tipice, mai mult sau mai puțin asemănătoare cu Soarele, X = 0, 73, Y = 0, 25, Z = 0, 02. Atitudine Y/X

0, 3 înseamnă că pentru fiecare 10 atomi de hidrogen există aproximativ un atom de heliu. Suma relativă foarte puține elemente grele. De exemplu, există de aproximativ o mie de ori mai puțini atomi de oxigen decât hidrogen. Cu toate acestea, rolul elementelor grele în structura regiunilor interioare ale stelelor este destul de semnificativ, deoarece acestea afectează puternic opacitate materie stelară. Acum putem determina greutatea moleculară medie a unei stele cu o formulă simplă:

(6.3)

Rol Zîn evaluare

nesemnificativ. De o importanță decisivă pentru valoarea masei moleculare medii sunt XȘi Y. Pentru stele din partea centrală a secvenței principale (în special, pentru Soare)

0, 6. Din moment ce valoarea

deoarece majoritatea stelelor variază în limite foarte mici, putem scrie o formulă simplă pentru temperaturile centrale ale diferitelor stele, exprimând masele și razele lor în fracțiuni din masa solară. M

Și raza solară R:

(6.4)

Unde T

Temperatura regiunilor centrale ale Soarelui. Mai sus, am evaluat aproximativ T

La 10 milioane kelvin. Calculele exacte dau valoare T

14 milioane de kelvin. Din formula (6.4) rezultă, de exemplu, că temperatura nucleelor ​​de stele masive fierbinți (la suprafață!) din clasa spectrală B este de 2-3 ori mai mare decât temperatura interioarelor solare, în timp ce la piticele roșii. temperaturile centrale sunt de 2-3 ori mai mici decât cele solare.

Este important ca temperatura

10 7 K este tipic nu numai pentru regiunile cele mai centrale ale stelei, ci și pentru volumul mare din jurul centrului stelei. Ținând cont de faptul că densitatea materiei stelare crește spre centru, putem concluziona că cea mai mare parte a masei stelei are o temperatură care, în orice caz, depășește

5 milioane de kelvin. Dacă ne amintim, de asemenea, că cea mai mare parte a masei Universului este conținută în stele, atunci concluzia sugerează că substanța Universului este, de regulă, fierbinte și densă. Cu toate acestea, ar trebui adăugat la aceasta despre care vorbim contemporan Univers: în trecutul și viitorul îndepărtat, starea materiei din Univers a fost și va fi complet diferită. Acest lucru a fost discutat în introducerea acestei cărți.

Din cartea Physical Chemistry: Lecture Notes autorul Berezovchuk A V

1. Conceptul de echilibru chimic. Legea maselor care actioneaza La curgere reactie chimica După un timp, se stabilește un echilibru chimic. Există două semne de echilibru chimic: cinetic, termodinamic. În cinetică - ?pr \u003d ?arr, în

Din cartea Interesant despre cosmogonie autor Tomilin Anatoly Nikolaevici

5. Calculul compoziției de echilibru a echilibrului chimic

Din cartea Prințul din Țara Norilor autor Galfar Christoph

Steaua obișnuită - Soarele „... Soarele este singura stea în care toate fenomenele pot fi studiate în detaliu”, a scris astronomul american George Ellery Hale, care a primit medalia de aur a Societății Regale Astronomice pentru metoda de fotografiere.

Din cartea lui Nikola Tesla. PRELEGII. ARTICOLE. de Tesla Nikola

CAPITOLUL 6 Închisoarea, cu pereţi orbi fără o singură fereastră, era aşezată adânc în măruntaiele norului pe care era construită Capitala Albă. Odată ajunsi în celulă, Tristam și Tom, înspăimântați, au stat în tăcere o vreme pe patul care le-a fost repartizat pentru doi - în realitate erau

Din cartea Cum să înțelegeți legile complexe ale fizicii. 100 de experiențe simple și distractive pentru copii și părinții lor autor Dmitriev Alexandru Stanislavovici

Capitolul 7 Au trecut ore. Tristam și Tom stăteau întinși pe paturi tari într-o celulă întunecată, fără ferestre, zvârcolindu-se și întorcându-se constant dintr-o parte în alta. De îndată ce flautul a încetat să cânte, bătrânul a ațipit imediat, mormăind ceva de neînțeles în somn.Tom începu să tremure din nou; L-am înțeles pe Tristam

Din cartea Mecanica din Antichitate până în zilele noastre autor Grigorian Ashot Tigranovich

CAPITOLUL 8 Fumul dens din coșurile de fum se amesteca cu aerul rece și umed din zori. La toate intersecțiile din centrul Capitalei Albe au fost postați oameni de zăpadă. Arătau mai puțin ca niște ofițeri de aplicare a legii decât ca trupe de ocupare.Tristam și Tom, în

Din cartea Interstellar: știința din culise autor Thorn Kip Steven

Capitolul 9 S-a lăsat noaptea și în afara ferestrelor sa lăsat o liniște adâncă. Tristam a adormit. Lângă el, cu o carte deschisă pe burtă, Tom dormea, cufundat în vise de viitor.În fundul camerei, unul dintre polițiști sforăia, întins pe o saltea. Al doilea stătea pe o scară, care acum stătea aproape

Din cartea autorului

CAPITOLUL 10 Tristam urmă umbra îndeaproape. Se îndrepta direct către o patrulă militară: — Nu poate trece pe acolo! - Tristam era îngrijorat.Dar omul cu rucsacul probabil știa chiar el asta: s-a cățărat pe perete și, ca o pisică neagră, a sărit din acoperiș în acoperiș, într-o chestiune de

Din cartea autorului

Capitolul 11 ​​A doua zi dimineață, de îndată ce băieții s-au trezit, polițiștii i-au condus în pasajul subteran. Din fericire, era curat și uscat în tunelul înghesuit prin care a trebuit să avansăm într-o singură pistă. „Cât mai mult?” a întrebat Tristam când au mers vreo zece metri. - șoptit

Din cartea autorului

CAPITOLUL 12 Tristam deschise ușa și rămase în prag. Chiar în fața lui era o scară care ducea la etajul doi; câteva trepte duceau la o ușă cu gratii din pivniță. În stânga era bucătăria, în dreapta era livingul mare, scăldat în lumina strălucitoare a dimineții.- Intră, Tristam

Din cartea autorului

Capitolul 13 Când Tom a intrat în sufragerie, Tristam stătea pe canapea. Își atârnă pandantivul mamei sale la gât, vârându-și cristalul sub pulover și se uită la portretul lui Myrtil care zăcea în fața lui pe masa joasă. Ochii lui Tristam străluceau, de parcă tocmai ar fi plâns.- Păi, tastează! -

Din cartea autorului

CAPITOLUL 14 O ceață densă care părea să îmbine toate nuanțele de gri îi cuprinse pe Tristam, Tom, locotenentul și soldații săi. Au alergat într-o singură filă de-a lungul drumului, șerpuind într-o vale îngustă între doi nori colosali.

Din cartea autorului

ÎNCERCĂRI DE A OBȚINE MAI MULTĂ ENERGIE DIN CĂRBUNE - ACTIONARE ELECTRICĂ - MOTOR PE GAZ - BATERIE RĂCĂ DE CĂRBUNE

Din cartea autorului

84 Cum să distingem un fals, sau Despre starea materiei Pentru experiment avem nevoie de: o bucată de chihlimbar sau colofoniu, o bucată de plastic, un ac. Există modalități complexe de a distinge compoziția unei substanțe, de obicei nu este nici măcar fizică, ci chimie. A determina din ce este făcută o substanță este adesea

Din cartea autorului

FIGURELE DE ECHILIBRI ALE UNUI LICHID ÎN ROTARE Să ne oprim pe scurt asupra problemei figurilor de echilibru ale unui fluid în rotație, la dezvoltarea căruia principala contribuție a avut-o A.M. Lyapunov.Newton a arătat că sub influenţă forțe centrifuge iar atracția reciprocă a particulelor sale este omogenă

Din cartea autorului

Steaua de neutroni pe orbită în jurul unei găuri negre Undele provin de la o stea de neutroni care orbitează în jurul unei găuri negre. Steaua a cântărit de 1,5 ori Soarele, iar gaura neagră a cântărit de 4,5 ori Soarele, în timp ce gaura s-a rotit rapid. Formată prin această rotație

Într-o seară senină, priviți cerul nopții - există o mulțime de stele.

Stelele sunt, ca Soarele, bile uriașe de gaz fierbinți. Multe dintre ele sunt de zeci de ori mai mari decât Soarele.

Vedem stelele ca puncte minuscule luminoase, pentru că sunt la o distanță mare de Pământ.

Pentru confortul său, omul a combinat multe stele în grupuri - constelații și i-a atribuit fiecăruia un nume. La urma urmei, este mai ușor să găsești o constelație decât o stea în vastul univers.

CONSTELAȚII


ghete

Bootes este una dintre cele mai frumoase constelații. Atrage atenția cu o configurație interesantă, care este formată din cele mai strălucitoare stele: un evantai feminin desfășurat, în mânerul căruia vedeta Aktur strălucește într-o culoare roșiatică.

Bootes este cel mai bine văzut noaptea din aprilie până în septembrie.

Într-o noapte senină și fără lună în constelația Bootes, aproximativ 90 de stele pot fi observate cu ochiul liber. Legate prin linii, ele formează un poligon alungit, în vârful căruia se află steaua Aktur.

Foarte greu în asta figură geometrică să văd un bărbat care ține o bâtă uriașă în mâna dreaptă, iar în stânga trage lesele a doi câini furioși, gata să se năpustească asupra Ursei Majore și să o rupă, așa cum era înfățișată constelația Bootes pe hărțile antice stelare. În genunchiul stâng al bărbatului - Bootes - se află vedeta Aktur.


Aktur este considerată a treia stea cea mai strălucitoare din întreaga sferă cerească.



HUNDS CÂINI

Câinii sunt o mică constelație. Nu există stele strălucitoare în el care să ne atragă privirea. Cel mai bine se observă noaptea din februarie până în iulie.



VÂNI CONSTELATII

Așa era înfățișată pe vechile hărți ale cerului înstelat constelația Câinilor.

Într-o noapte senină, fără lună, în constelația Canis Hounds, aproximativ 30 de stele pot fi văzute cu ochiul obișnuit. Acestea sunt stele destul de slabe și sunt atât de împrăștiate aleatoriu încât, dacă sunt conectate prin linii, este foarte dificil să obțineți vreo figură geometrică caracteristică.

URSA MINOR

Constelația Ursa Mică este constelația polară a emisferei nordice. Forma acestei constelații seamănă cu o oală. Constelația Ursa Mică se remarcă prin faptul că include Steaua Polară, care indică către Polul Nord al Lumii.

CARUL MARE

Ursa Major este o constelație din emisfera nordică a cerului. Cele șapte stele ale Ursei Majore alcătuiesc o siluetă care seamănă cu o oală cu mâner.

Constelațiile Ursa Major, Ursa Minor, Bootes și Hounds of the Dogs sunt legate printr-un singur mit, care și astăzi ne entuziasmează cu tragedia descrisă în ea.


Cu mult timp în urmă, regele Lycaon conducea Arcadia. Și a avut o fiică, Callisto, cunoscută în întreaga lume pentru farmecul și frumusețea ei.

Chiar și conducătorul Cerului și al Pământului, Zeusul Tunetor, i-a admirat frumusețea divină de îndată ce a văzut-o.

În secret de la soția sa geloasă - marea Zeiță Hera - Zeus l-a vizitat constant pe Callisto în palatul tatălui ei.

Callisto l-a născut pe fiul lui Zeus, Arkad, care a crescut rapid.

Zvelt și chipeș, trăgea cu pricepere din arc și mergea adesea la vânătoare în pădure.

Hera a aflat despre dragostea lui Zeus și Callisto. Căzută în furie, ea l-a transformat pe Callisto într-un urs urât. Când Arkad s-a întors seara de la vânătoare, a văzut un urs în casă. Neștiind că aceasta era propria sa mamă, el a tras de o coardă... Dar Zeus nu i-a permis lui Arkad, deși fără să vrea, să comită o crimă gravă.

Chiar înainte ca Arkad să tragă o săgeată, Zeus a apucat ursul de coadă și s-a înălțat rapid spre cer cu ea, unde a lăsat-o sub forma constelației Ursei Majore. Dar în timp ce Zeus purta ursul, coada ei a început să se lungească, motiv pentru care Carul Mare are o coadă atât de lungă și curbată pe cer.

Știind cât de mult era atașat Calisto de servitoarea ei, Zeus a ridicat-o la cer și a lăsat-o acolo sub forma unei mici, dar frumoase constelații Ursa Mică.

Zeus și Arcada s-au transferat pe cer și l-au transformat în constelația Bootes.

Steaua principală a acestei constelații se numește Aktur, care înseamnă „păzitorul ursului”.

Bootes este condamnat pentru totdeauna să aibă grijă de mama lui - Carul Mare. Prin urmare, strânge strâns lesele Câinii Câinilor, care s-au năpădit de furie și sunt gata să se năpustească asupra Carului Mare și să-l sfâșie.

Ursa Major și Ursa Minor sunt constelații care nu se stabilesc, cele mai vizibile pe cerul nordic.

Contururile constelațiilor sunt întotdeauna aceleași, dar în momente diferite le vedem pe cer în poziții diferite. Acest lucru se datorează mișcării Pământului, împreună cu care ne mișcăm.

STEA POLARĂ

O singură stea rămâne pentru noi în mod constant într-un singur loc - Polaris.

Prin binoclu se vede clar că culoarea Stelei Polare este gălbuie. Este ceva mai cald decât Soarele.

Steaua polară aparține tipului de stele supergigant. Pulsează, apoi crește, apoi scade în volum.

Steaua polară este foarte importantă pentru oameni, deoarece indică direcția nordului. Noaptea, este ușor să determinați această direcție.

Dar ce zici de zi? În timpul zilei, știți deja, Soarele ne va ajuta.

Astfel, trei direcții constante: spre răsărit, apus și soare de la amiază, au fost completate cu a patra direcție - spre Steaua Polară, care indică spre nord.

Cum să găsești Steaua Polară?

Pe harta cerului înstelat, Steaua Polară este ușor de găsit: este în centru și este întotdeauna semnată.

Dar există prea multe stele diferite pe cerul nopții, iar Steaua Nordului nu este cea mai strălucitoare dintre ele. Harta arată că Steaua Polară este situată în constelația Ursa Mică, care este formată din stele strălucitoare.

Dar este mai convenabil să-l cauți pe cer cu ajutorul constelației vecine Ursa Major, care constă din stele mai strălucitoare.

Pentru a găsi Steaua Polară, trebuie să conectați mental cele două stele extreme ale Carului Mare și apoi să continuați această linie până la o distanță de cinci ori mai mare decât distanța dintre aceste stele.

STEA POLARĂ


Deja în cele mai vechi timpuri, oamenii își puteau găsi drumul prin cerul de zi și de noapte. Așadar, locuitorii Insulelor Pacificului au construit bărci catamaran duble cu topoare de piatră și au făcut excursii lungi peste ocean în ele. A fost o ispravă uimitoare!

Două ursulețe râd:

„Aceste stele ne-au păcălit.

Stele

Stelele sunt sori îndepărtați. Stelele sunt sori uriași fierbinți, dar atât de departe de noi în comparație cu planetele sistem solar că, deși strălucesc de milioane de ori mai puternic, lumina lor ni se pare relativ slabă.

Când se uită la cerul senin al nopții, replicile lui M.V. Lomonosov:

S-a deschis abisul plin de stele,

Stelele nu au număr, abisul - fundul.

Aproximativ 6.000 de stele pot fi văzute pe cerul nopții cu gaz liber. Odată cu scăderea luminozității stelelor, numărul acestora crește și chiar și simpla lor numărare devine dificilă. Toate stelele mai strălucitoare decât magnitudinea a 11-a au fost numărate „la bucată” și enumerate în cataloagele astronomice. Sunt aproximativ un milion. În total, aproximativ două miliarde de stele sunt disponibile pentru observația noastră. Numărul total de stele din Univers este estimat la 10 22 .

Dimensiunile stelelor, structura lor, compoziția chimică, masa, temperatura, luminozitatea etc. sunt diferite. Cele mai mari stele (supergiganți) depășesc dimensiunea Soarelui de zeci și sute de ori. Stelele pitice au dimensiunea Pământului și mai mici. Masa limită a stelelor este de aproximativ 60 de mase solare.

Distanțele până la stele sunt, de asemenea, foarte diferite. Lumina stelelor unor sisteme stelare îndepărtate călătorește până la noi sute de milioane de ani lumină. Cea mai apropiată stea de noi poate fi considerată o stea de prima magnitudine α-Centaurus, nevizibilă de pe teritoriul Rusiei. Este la 4 ani lumină distanță de Pământ. Un tren de curierat, care mergea non-stop cu o viteză de 100 km/h, ar fi ajuns la el în 40 de milioane de ani!

Masa principală (98-99%) de materie vizibilă din partea de Univers cunoscută de noi este concentrată în stele. Stelele sunt surse puternice de energie. În special, viața de pe Pământ își datorează existența energiei de radiație a Soarelui. Materia stelelor este plasmă, adică. se află într-o stare diferită de materie în condițiile noastre terestre obișnuite. (Plasma este a patra stare (împreună cu solidă, lichidă, gazoasă) a materiei, care este un gaz ionizat în care sarcinile pozitive (ioni) și negative (electroni) se neutralizează reciproc în medie.) Prin urmare, strict vorbind, o stea este nu doar o minge de gaz, nu o minge de plasmă. În etapele ulterioare ale dezvoltării unei stele, materia stelară trece într-o stare de gaz degenerat (în care influența mecanică cuantică a particulelor una asupra celeilalte îi afectează semnificativ. proprietăți fizice- presiunea, capacitatea termică etc.), iar uneori materia neutronică (pulsari - stele neutronice, bursters - surse de raze X etc.).

Stelele din spațiul cosmic sunt distribuite neuniform. Ele formează sisteme stelare: stele multiple (duble, triple etc.); clustere de stele (de la câteva zeci de stele la milioane); galaxiile sunt sisteme stelare grandioase (galaxia noastră, de exemplu, conține aproximativ 150-200 de miliarde de stele).



În Galaxia noastră, densitatea stelară este, de asemenea, foarte neuniformă. Este cel mai înalt în regiunea nucleului galactic. Aici este de 20 de mii de ori mai mare decât densitatea medie a stelelor din vecinătatea Soarelui.

Majoritatea stelelor sunt în stare staționară, adică. nu se observă modificări caracteristici fizice. Aceasta corespunde unei stări de echilibru. Cu toate acestea, există și astfel de stele, ale căror proprietăți se schimbă într-un mod vizibil. Ei sunt numiti, cunoscuti stele variabileȘi stele nestaţionare. Variabilitatea și non-staționaritatea sunt manifestări ale instabilității stării de echilibru a unei stele. Stele variabile ale unor tipuri își schimbă starea într-un mod regulat sau neregulat. De asemenea, trebuie remarcat stele noi, în care clipuri apar continuu sau din când în când. În timpul fulgerelor (exploziilor) supernove materia stelelor în unele cazuri poate fi complet dispersată în spațiu.

Luminozitatea ridicată a stelelor, menținută mult timp, indică eliberarea de cantități uriașe de energie în ele. Fizica modernă indică două surse posibile de energie - contracție gravitațională, conducând la eliberarea energiei gravitaționale și reacții termonucleare, în urma căruia nucleele elementelor mai grele sunt sintetizate din nucleele elementelor ușoare și se eliberează o cantitate mare de energie.

Calculele arată că energia de contracție gravitațională ar fi suficientă pentru a menține luminozitatea Soarelui pentru doar 30 de milioane de ani. Dar din datele geologice și alte date rezultă că luminozitatea Soarelui a rămas aproximativ constantă de miliarde de ani. Contracția gravitațională poate servi ca sursă de energie doar pentru stelele foarte tinere. Pe de altă parte, reacțiile termonucleare se desfășoară într-un ritm suficient doar la temperaturi de mii de ori mai mari decât temperatura suprafeței stelelor. Deci, pentru Soare, temperatura la care reacțiile termonucleare pot elibera cantitatea necesară de energie este, conform diferitelor calcule, de la 12 la 15 milioane K. O astfel de temperatură colosală se realizează ca urmare a compresiei gravitaționale, care „se aprinde” reactia termonucleara. Astfel, Soarele nostru este în prezent o bombă cu hidrogen cu ardere lentă.

Se presupune că unele (dar aproape majoritatea) stele au propriile lor sisteme planetare, similare cu sistemul nostru solar.

11.4.2. Evoluția stelelor: stele de la „nașterea” lor până la „moarte”

Procesul de formare a stelelor. Evoluția stelelor este modificarea în timp a caracteristicilor fizice, a structurii interne și a compoziției chimice a stelelor. Teoria modernă Evoluția stelelor este capabilă să explice cursul general al dezvoltării stelare în acord satisfăcător cu datele observaționale.

Evoluția unei stele depinde de masa și inițiala acesteia compoziție chimică, care, la rândul său, depinde de momentul în care s-a format steaua și de poziția ei în Galaxie în momentul formării. Stelele din prima generație s-au format dintr-o substanță a cărei compoziție era determinată de condițiile cosmologice (aproape 70% hidrogen, 30% heliu și un amestec neglijabil de deuteriu și litiu). În timpul evoluției primei generații de stele s-au format elemente grele (în urma heliului din tabelul periodic), care au fost aruncate în spațiul interstelar ca urmare a ieșirii de materie din stele sau în timpul exploziilor stelare. Stelele generațiilor următoare s-au format din materie care conținea 3-4% elemente grele.

„Nașterea” unei stele este formarea unui obiect echilibrat hidrostatic, a cărui radiație este menținută de propriile surse de energie. „Moartea” unei stele este un dezechilibru ireversibil care duce la distrugerea stelei sau la comprimarea catastrofală a acesteia.

Procesul de formare a stelelor continuă neîntrerupt, se întâmplă în prezent. Stelele se formează ca urmare a condensării gravitaționale a materiei în mediul interstelar. Stelele tinere sunt cele care se află încă în stadiul de contracție gravitațională inițială. Temperatura din centrul unor astfel de stele este insuficientă pentru ca reacțiile nucleare să aibă loc, iar strălucirea apare numai datorită conversiei energiei gravitaționale în căldură.

Contracția gravitațională este prima etapă în evoluția stelelor. Conduce la încălzirea zonei centrale a stelei la temperatura de „pornire” a reacției termonucleare (aproximativ 10-15 milioane K) - conversia hidrogenului în heliu (nucleele de hidrogen, adică protonii, formează nuclee de heliu). Această transformare este însoțită de o eliberare mare de energie.

Star ca sistem de autoreglare. Sursele de energie pentru majoritatea stelelor sunt reacțiile termonucleare cu hidrogen din zona centrală. Hidrogenul este componenta principală a materiei cosmice și cel mai important tip de combustibil nuclear din stele. Rezervele sale în stele sunt atât de mari încât reacțiile nucleare pot avea loc de-a lungul a miliarde de ani. În același timp, până când tot hidrogenul din zona centrală se arde, proprietățile stelei se schimbă puțin.

În interiorul stelelor, la temperaturi de peste 10 milioane K și densități enorme, gazul are o presiune de miliarde de atmosfere. În aceste condiții, steaua poate fi în stare staționară doar datorită faptului că în fiecare dintre straturile sale presiunea internă a gazului este echilibrată prin acțiunea forțelor gravitaționale. Această stare se numește echilibru hidrostatic. Prin urmare, o stea staționară este o minge de plasmă în stare de echilibru hidrostatic. Dacă temperatura din interiorul stelei crește din orice motiv, atunci steaua trebuie să se umfle, pe măsură ce presiunea din interiorul ei crește.

Starea staționară a unei stele se caracterizează și prin echilibru termic. Echilibrul termic înseamnă că procesele de eliberare a energiei în interiorul stelelor, procesele de îndepărtare a energiei termice din interior la suprafață și procesele de radiație a energiei de la suprafață trebuie să fie echilibrate. Dacă radiatorul depășește eliberarea de căldură, atunci steaua va începe să se micșoreze și să se încălzească. Acest lucru va duce la o accelerare a reacțiilor nucleare, iar echilibrul termic va fi restabilit. Steaua este un „organism” fin echilibrat, se dovedește a fi un sistem de autoreglare. Mai mult, cu cât steaua este mai mare, cu atât își epuizează mai repede rezerva de energie.

După arderea hidrogenului în zona centrală, în apropierea stelei se formează un miez de heliu. Reacțiile termonucleare cu hidrogen continuă să aibă loc, dar numai într-un strat subțire lângă suprafața acestui nucleu. Reacțiile nucleare se deplasează la periferia stelei. Miezul ars începe să se micșoreze, iar carcasa exterioară se extinde. Steaua capătă o structură eterogenă. Cochilia se umflă până la o dimensiune colosală, temperatura exterioara devine jos, iar steaua intră pe scenă gigantul rosu. Din acest moment, viața unei vedete începe să scadă.

Se crede că o stea precum Soarele nostru s-ar putea extinde suficient pentru a umple orbita lui Mercur. Adevărat, Soarele nostru va deveni o gigantă roșie în aproximativ 8 miliarde de ani. Deci nu există niciun motiv special de îngrijorare în rândul locuitorilor Pământului. La urma urmei, Pământul însuși a fost format în urmă cu doar 5 miliarde de ani.

De la giganți roșii la pitici albi și negre. O gigantă roșie se caracterizează printr-o temperatură externă scăzută, dar o temperatură internă foarte ridicată. Odată cu creșterea sa, nucleele din ce în ce mai grele sunt incluse în reacțiile termonucleare. În această etapă (la o temperatură de peste 150 milioane K), în cursul reacțiilor nucleare, sinteză elemente chimice . Ca urmare a creșterii presiunii, a pulsațiilor și a altor procese, gigantul roșu pierde continuu materie, care este ejectată în spațiul interstelar. Când sursele interne de energie termonucleară sunt complet epuizate, soarta ulterioară a stelei depinde de masa sa.

Cu o masă mai mică de 1,4 mase solare, steaua trece într-o stare staționară cu foarte densitate mare(sute de tone la 1 cm3). Se numesc astfel de stele pitice albe. Aici, electronii formează un gaz degenerat (datorită compresiei puternice, atomii sunt atât de dens împachetati încât învelișurile de electroni încep să pătrundă una în alta), a cărui presiune echilibrează forțele gravitaționale. Rezervele termice ale stelei se epuizează treptat, iar steaua se răcește încet, ceea ce este însoțit de ejecții ale cochiliei stelei. Tinerii pitice albe înconjurate de rămășițe de scoici sunt observate ca nebuloase planetare. O pitică albă, așa cum spune, se maturizează în interiorul unei gigante roșii și se naște atunci când gigantul roșu își pierde straturile de suprafață, formând o nebuloasă planetară.

Când energia stelei se epuizează, steaua își schimbă culoarea din alb în galben, apoi în roșu; în cele din urmă, va înceta să radiaze și va începe o călătorie continuă în spațiul exterior nemărginit sub forma unui obiect mic, întunecat, fără viață. Deci pitica albă se transformă încet în pitic negru- o stea rece moartă, a cărei dimensiune este de obicei mai mică decât dimensiunea Pământului, iar masa este comparabilă cu cea a soarelui. Densitatea unei astfel de stele este de miliarde de ori mai mare decât densitatea apei. Așa își încheie viața majoritatea vedetelor.

supernove. Cu o masă mai mare de 1,4 mase solare, starea staționară a unei stele fără surse interne de energie devine imposibilă, deoarece presiunea nu poate echilibra forța gravitațională. Teoretic rezultat final evoluția unor astfel de stele ar trebui să fie colapsul gravitațional - o cădere nelimitată a materiei spre centru. În cazul în care respingerea particulelor și alte cauze încă opresc colapsul, are loc o explozie puternică - o fulgerare supernova cu ejectarea unei părți semnificative a materiei stelei în spațiul înconjurător odată cu formarea nebuloase de gaz.

Exploziile de supernove au fost înregistrate în 1054, 1572, 1604. Cronicarii chinezi au scris despre evenimentul din 4 iulie 1054 astfel: „În primul an al perioadei Chi-ho, în a cincea Lună, în ziua lui Chi-Chu, o stea invitată a apărut la sud-est de steaua Tien-Kuan. și a dispărut mai bine de un an mai târziu”. Și o altă cronică consemna: „Era vizibilă ziua, ca și Venus, din ea veneau raze de lumină în toate direcțiile, iar culoarea ei era alb-roșiatică. Așa că a fost vizibilă timp de 23 de zile. Înregistrări similare au fost făcute de martori oculari arabi și japonezi. Deja în timpul nostru, s-a descoperit că această supernova a lăsat în urmă Nebuloasa Crabului, care este o sursă puternică de emisie radio. După cum am observat deja (vezi 6.1), o explozie de supernovă în 1572 în constelația Cassiopeia a fost observată în Europa, studiată și a avut un larg interes public pentru aceasta. rol importantîn extinderea cercetărilor astronomice şi afirmarea ulterioară a heliocentrismului. În 1885, apariția unei supernove a fost observată în nebuloasa Andromeda. Luminozitatea sa a depășit luminozitatea întregii Galaxii și s-a dovedit a fi de 4 miliarde de ori mai intensă decât luminozitatea Soarelui.

Până în 1980, studiile sistematice au făcut posibilă descoperirea a peste 500 de explozii de supernove. De la inventarea telescopului, nici o explozie de supernovă nu a fost observată în sistemul nostru stelar - Galaxia. Astronomii le-au observat până acum doar în alte sisteme stelare incredibil de îndepărtate, atât de departe încât nici cel mai puternic telescop nu poate vedea în ele o stea ca Soarele nostru.

O explozie de supernovă este o explozie gigantică a unei stele vechi, cauzată de o prăbușire bruscă a miezului său, care este însoțită de o emisie pe termen scurt a unei cantități uriașe de neutrini. Dispunând doar de o interacțiune slabă, acești neutrini împrăștie totuși straturile exterioare ale stelei în spațiul cosmic și formează firimi de nori de gaz în expansiune. În timpul exploziei unei supernove, este eliberată o energie monstruoasă (de ordinul a 10 52 erg). Exploziile de supernove sunt de o importanță fundamentală pentru schimbul de materie dintre stele și mediul interstelar, pentru distribuția elementelor chimice în Univers și, de asemenea, pentru producerea de raze cosmice primare.

Astrofizicienii au calculat că, cu o perioadă de 10 milioane de ani, supernovele izbucnesc în galaxia noastră, în imediata apropiere a Soarelui. Dozele de radiații cosmice în acest caz pot depăși de 7 mii de ori normalul pentru Pământ! Aceasta este plină de cele mai grave mutații ale organismelor vii de pe planeta noastră. Aceasta explică, în special, moartea subită a dinozaurilor.

stele neutronice. O parte din masa unei supernove explodate poate rămâne sub forma unui corp superdens - stea neutronică sau gaură neagră.

Noi obiecte descoperite în 1967 - pulsarii - sunt identificate cu stele neutronice prezise teoretic. Densitatea unei stele neutronice este foarte mare, mai mare decât densitatea nuclee atomice- 10 15 g/cm3. Temperatura unei astfel de stele este de aproximativ 1 miliard de grade. Dar stelele cu neutroni se răcesc foarte repede, luminozitatea lor slăbește. Dar ele radiază intens unde radio într-un con îngust în direcția axei magnetice. Stelele în care axa magnetică nu coincide cu axa de rotație se caracterizează prin emisie radio sub formă de impulsuri repetitive. De aceea stelele cu neutroni sunt numite pulsari. Au fost deja descoperite sute de stele neutronice. Condițiile fizice extreme din stelele neutronice le fac laboratoare naturale unice care oferă material extins pentru cercetarea fizicii interacțiunilor nucleare, a particulelor elementare și a teoriei gravitației.

Găuri negre. Dar dacă masa finală a piticii albe depășește 2-3 mase solare, atunci contracția gravitațională duce direct la formare. gaură neagră.

O gaură neagră este o regiune a spațiului în care câmpul gravitațional este atât de puternic încât a doua viteză cosmică (viteza parabolică) pentru corpurile situate în această regiune trebuie să depășească viteza luminii, adică. nimic nu poate scăpa dintr-o gaură neagră - nici radiația, nici particulele, pentru că în natură nimic nu se poate mișca cu o viteză mai mare decât viteza luminii. Se numește limita zonei dincolo de care lumina nu trece orizontul găurii negre.

Pentru ca câmpul gravitațional să poată „bloca” radiația și materia, masa stelei care creează acest câmp trebuie să se micșoreze la un volum a cărui rază este mai mică decât raza gravitațională. r = 2GM/C2, Unde G- constantă gravitațională; din- viteza luminii; M este masa stelei. Raza gravitațională este extrem de mică chiar și pentru mase mari (de exemplu, pentru Soare r ≈ 3 km). O stea cu masa egală cu masa Soarelui se va transforma dintr-o stea obișnuită într-o gaură neagră în doar câteva secunde, iar dacă masa este egală cu masa unui miliard de stele, atunci acest proces va dura câteva zile.

Proprietățile unei găuri negre sunt neobișnuite. Un interes deosebit este posibilitatea captării gravitaționale de către o gaură neagră a corpurilor care sosesc din infinit. Dacă viteza corpului departe de gaura neagră este mult mai mică decât viteza luminii și traiectoria mișcării sale se apropie de un cerc cu R = 2r, atunci corpul va face multe revoluții în jurul găurii negre înainte de a zbura înapoi în spațiu. Dacă corpul se apropie de cercul indicat, atunci orbita lui se va învârti în jurul cercului la infinit, corpul va fi capturat gravitațional de gaura neagră și nu va mai zbura niciodată în spațiu. Dacă corpul zboară și mai aproape de gaura neagră, atunci după câteva revoluții, mergi fără să ai timp să faci o singură revoluție, va cădea în gaura neagră.

Imaginează-ți doi observatori: unul pe suprafața unei stele care se prăbușește, iar celălalt departe de ea. Să presupunem că un observator de pe o stea care se prăbușește trimite semnale (radio sau luminoase) celui de-al doilea observator la intervale regulate, informându-l despre ceea ce se întâmplă. Pe măsură ce primul observator se apropie de raza gravitațională, semnalele pe care le trimite la intervale regulate vor ajunge la celălalt observator la intervale din ce în ce mai mari. Dacă primul observator transmite ultimul semnal chiar înainte ca steaua să atingă raza gravitațională, atunci semnalul va dura aproape infinit pentru a ajunge la observatorul îndepărtat; dacă observatorul ar trimite semnalul după ce acesta a atins raza gravitațională, observatorul aflat la distanță nu l-ar primi niciodată, deoarece semnalul nu ar părăsi niciodată steaua. Când fotonii sau particulele trec dincolo de raza gravitațională, ei pur și simplu dispar. Numai în regiunea exterioară, direct la raza gravitațională, pot fi vizibile și se pare că sunt, parcă, ascunse în spatele unei perdele și nu mai apar.

Într-o gaură neagră, spațiul și timpul sunt interconectate într-un mod neobișnuit. Pentru un observator în interiorul unei găuri negre, direcția de creștere a timpului este direcția de descreștere a razei. Odată ajuns într-o gaură neagră, observatorul nu se poate întoarce la suprafață. Nici măcar nu se poate opri acolo unde este. El „cade într-o regiune de densitate infinită unde timpul se termină”*.

* Hawking S. De la big bang la găurile negre. Poveste scurta timp. M., 1990. S. 79.

Studiul proprietăților găurilor negre (Ya.B. Zel'dovich, S. Hawking și alții) arată că în unele cazuri ele se pot „evapora”. Acest „mecanism” se datorează faptului că în câmpul gravitațional puternic al unei găuri negre, vidul (câmpurile fizice în starea cea mai scăzută de energie) este instabil și poate da naștere la particule (fotoni, neutrini etc.), care, zburând departe, duceți energia găurii negre. Ca urmare, gaura neagră pierde energie, masa și dimensiunea acesteia scad.

Câmpul gravitațional puternic al unei găuri negre poate provoca procese violente atunci când gazul cade în ele. Pe măsură ce gazul cade în câmpul gravitațional al găurii negre, el formează un disc aplatizat cu rotație rapidă care se învârte în jurul acestuia din urmă. În acest caz, energia cinetică colosală a particulelor accelerată de gravitația corpului superdens este parțial convertită în raze X, iar din această radiație poate fi detectată o gaură neagră. Probabil, o gaură neagră a fost deja detectată în acest fel în sursa de raze X Cygnus X-1. În ansamblu, se pare că aproximativ 100 de milioane de stele sunt reprezentate de găurile negre și stele neutronice din galaxia noastră.

Așadar, o gaură neagră îndoaie spațiul atât de mult încât se desprinde de univers. Poate să dispară literalmente din univers. Întrebarea este unde. Analiza matematică ofera mai multe solutii. Una dintre ele este deosebit de interesantă. În conformitate cu aceasta, o gaură neagră se poate muta în altă parte a universului nostru sau chiar în interiorul altui univers. Astfel, un călător în spațiu imaginar ar putea folosi o gaură neagră pentru a călători prin spațiul și timpul universului nostru și chiar să pătrundă în alt univers.

Ce se întâmplă când o gaură neagră merge într-o altă parte a universului sau pătrunde în alt univers? Nașterea unei găuri negre în timpul unui colaps gravitațional este un indiciu important că ceva neobișnuit se întâmplă cu geometria spațiu-timp - metrica și caracteristicile topologice ale acesteia se schimbă. Teoretic, prăbușirea ar trebui să se încheie cu formarea unei singularități, adică. ar trebui să continue până când gaura neagră devine dimensiune zero și densitate infinită (deși de fapt nu ar trebui să vorbim despre infinit, ci despre niște valori foarte mari, dar finite). În orice caz, momentul singularității este poate momentul tranziției de la Universul nostru la alte universuri sau momentul tranziției către alte puncte din Universul nostru.

Multe întrebări apar și în jurul destinului istoric al găurilor negre. Găurile negre se evaporă prin emiterea de particule și radiații, nu de la gaura neagră în sine, ci din spațiul din fața orizontului găurii negre. Mai mult, cu cât gaura neagră este mai mică ca dimensiune, masă, cu atât temperatura ei este mai mare și se evaporă mai repede. Și dimensiunile găurilor negre pot fi diferite: de la masa unei galaxii (10 44 g) la un grăunte de nisip cu o masă de 10 -5 g. Durata de viață a unei găuri negre este proporțională cu cubul razei sale. O gaură neagră cu o masă de zece mase solare se va evapora în 10 69 de ani. Aceasta înseamnă că găurile negre masive care s-au format în etapele incipiente ale evoluției Universului încă există și poate chiar în sistemul solar. Ei încearcă să detecteze folosind telescoape cu raze gamma.

Astfel, cea mai mare parte a materiei emițătoare de lumină este concentrată în stele. Fiecare stea este o asemănare cu Soarele nostru, deși dimensiunile stelelor, culoarea, compoziția și evoluția lor diferă semnificativ. Stelele, împreună cu o anumită cantitate de praf și gaz (și alte obiecte), sunt grupate în grupuri gigantice - galaxii.

11.5. Insulele Universului: Galaxii

O stea este o bilă masivă de gaz care emite lumină și căldură ca urmare a fuziunii termonucleare în adâncurile sale. De exemplu, pe Soare au loc o serie de reacții, care se numește ciclu. O caracteristică importantă a oricărei stele este o astfel de cantitate ca luminozitatea (adică puterea energiei radiate). Alte stele luminează și Pământul, dar datorită distanței mari, această iluminare este neglijabilă în comparație cu iluminarea oferită de Soare.

De exemplu, conform măsurătorilor, Steaua Polară creează o iluminare pe suprafața Pământului egală cu 4,28×10–9 W/m2. Aceasta este de aproximativ 370 de miliarde de ori mai mică decât iluminarea creată de Soare. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că Steaua Polară se află la aproximativ 132 de parsecs distanță de noi. Acum calculăm luminozitatea Stelei Polare în modul deja cunoscut:

Astfel de măsurători au arătat că există stele a căror luminozitate este de zeci și sute de mii de ori mai mare sau mai mică decât luminozitatea Soarelui. De asemenea, s-a constatat că lumina sa vizibilă și prezența liniilor spectrale de absorbție a anumitor elemente chimice din spectrul său depind de temperatura suprafeței stelei. În acest sens, în 1910, Einar Hertzsprung și, independent de el, Henry Russell au propus să clasifice stelele folosind o diagramă specială.

După cum puteți vedea, această diagramă împarte stelele în mai multe clase spectrale cu luminozități și temperaturi corespunzătoare la suprafață. În această diagramă, luminozitatea stelelor este exprimată în unități de luminozitate a Soarelui. Deci, diagrama arată astfel de grupuri de stele precum piticele albe, secvența principală, giganții roșii și supergiganții. Să începem cu secvența principală, deoarece Soarele aparține acestui grup de stele. Stelele din secvența principală sunt acele stele a căror sursă de energie este reacția de fuziune a heliului din hidrogen. În acest sens, temperatura și luminozitatea lor sunt determinate de masă. Luminozitatea unei stele din secvența principală poate fi calculată dintr-o formulă simplă


Giganții roșii sunt stele roșii, a căror dimensiune este de zeci de ori mai mare decât dimensiunea Soarelui, iar luminozitățile pot fi de sute sau chiar de mii de ori mai mari decât luminozitatea Soarelui.

În ceea ce privește supergiganții, luminozitățile acestor stele sunt de sute de mii de ori mai mari decât luminozitatea Soarelui, iar dimensiunile supergiganților sunt de sute de ori mai mari decât dimensiunea Soarelui.

O caracteristică distinctivă a giganților roșii și a supergiganților este că reacțiile nucleare nu mai au loc chiar în centru, ci în straturi subțiri în jurul unui nucleu central foarte dens. În straturile cele mai exterioare ale nucleului, unde temperatura este comparabilă cu temperatura din centrul Soarelui, are loc aceeași reacție termonucleară: heliul este sintetizat din hidrogen. Dar în straturile mai profunde se formează elemente din ce în ce mai grele. Mai întâi este carbon, apoi oxigen. În cele din urmă, stelele foarte masive pot forma fier.

Dimensiunea piticelor albe este comparabilă cu dimensiunea Pământului, iar luminozitatea lor este de sute de mii de ori mai mică decât luminozitatea Soarelui. În ciuda acestui fapt, piticele albe au o densitate destul de mare (~ 108 kg/m3). De fapt, numele „pitici albi” nu înseamnă că toate stelele din acest grup sunt albe. Doar că stelele de această culoare anume au fost descoperite mult mai devreme decât stelele de alte culori aparținând aceluiași grup.

Să rezumam tot ce s-a spus într-un tabel general. Există șapte clase spectrale principale - sunt O, B, A, F, G, K și M. Acest tabel oferă exemple de stele din fiecare clasă.

De exemplu, steaua Bellatrix este situată în constelația Orion și este una dintre cele mai multe 26 stele strălucitoare in cer. În vremurile străvechi, Bellatrix a fost una dintre stelele navigației. Bellatrix aparține clasei O și are o culoare albastră. Dar Betelgeuse are o culoare roșie și aparține clasei M. Această stea este o supergigantă (este de aproximativ 1000 de ori mai mare decât Soarele), iar luminozitatea sa este de aproximativ 90 de mii de ori mai mare decât luminozitatea Soarelui.

Dar pe lângă toate clasele și grupurile de stele enumerate, există și alte obiecte, poate chiar mai interesante. De exemplu, astfel de obiecte includ stele neutronice. O stea neutronică, conform conceptelor moderne, se formează atunci când energia din interiorul stelei se epuizează. Datorită contracției gravitaționale, nucleul unei stele neutronice devine superdens.

În același timp, unele stele neutronice se rotesc în jurul axei lor cu viteză mare. Astfel de stele cu neutroni se numesc pulsari. Pulsarii emit impulsuri de emisie radio de înaltă frecvență, care i-au entuziasmat atât de mult pe astronomi la sfârșitul anilor 60 ai secolului XX. Cert este că, datorită vitezei uriașe de rotație a pulsarilor (și la ecuator este de aproximativ câteva zeci de kilometri pe secundă), pulsurile au fost repetate cu stabilitate ridicată, iar perioadele acestor impulsuri au fost măsurate în secunde și, uneori, în milisecunde. Acest lucru i-a determinat pe oamenii de știință să creadă că au de-a face cu un fel de semnale pe care unele civilizații extraterestre le trimit pe Pământ pentru a stabili contactul. Cu toate acestea, până la urmă, a fost posibil să se demonstreze că materia se află în rotația stelelor neutronice. În plus, unele stele neutronice au un colosal camp magnetic(de ordinul a zece sau chiar o sută de miliarde de tesla, în timp ce câmpul magnetic al Pământului este de ~ 10 μT). Astfel de stele cu neutroni se numesc magnetari. Magnetarii sunt încă foarte puțin studiati, dar se știe că sunt cauza multor explozii puternice de raze X și raze gamma.

Toate tipurile de stele neutronice au o rază care se măsoară în doar câteva zeci de kilometri, dar în același timp au o densitate colosală - ~ 1017 kg/m3. Astfel de densități sunt, de asemenea, caracteristice altor obiecte destul de ciudate din univers - găurile negre. A doua viteză spațială a găurilor negre depășește viteza luminii. Astfel, chiar și fotonii nu pot scăpa de influența gravitațională a unei găuri negre, așa că găurile negre rămân invizibile. Orice gaură neagră este caracterizată de o astfel de valoare precum orizontul evenimentelor (uneori se folosește termenul „rază gravitațională” sau „rază Schwarzild”). Odată ajuns la această distanță de gaura neagră, niciun corp nu are capacitatea de a scăpa de influența gravitațională și, prin urmare, să cadă în gaura neagră.

Găurile negre, ca și stelele neutronice, au o rază măsurată în zeci de kilometri, dar masa lor este de cel puțin trei mase solare.

Cu toate acestea, găurile negre pot crește din cauza absorbției repetate a materiei. Astfel de găuri negre au o masă de milioane și chiar miliarde de ori mai mare decât masa Soarelui. Aceste obiecte, de regulă, sunt situate în centrul galaxiilor (și conform unei ipoteze, ele sunt motivul formării galaxiilor). De exemplu, în centrul galaxiei noastre Calea Lactee se află o gaură neagră supermasivă cu o masă de aproximativ patru miliarde de mase solare. Oamenii de știință estimează că Soarele se află la aproximativ 27.000 de ani lumină de această gaură neagră.

În general, anumite clase sau grupuri de stele care au fost considerate se referă la anumite etape ale evoluției unei stele.


corp ceresc (minge de gaz fierbinte)

Descrieri alternative

Obiectul principal al universului

Celebritate

Corp ceresc

Figura geometrică

Însemne de ofițer

Cifra orașului

. „Arde, arde, al meu...” (romantică)

. Numele „Spațial” al insigna șerifului

. „Căzut” din cer în mare

. "Arde, arde, al meu..."

Betleem...

Dramă a dramaturgului spaniol Lope de Vega „... Sevilla”

Zh. unul dintre corpurile cerești luminoase (autoluminoase) vizibile într-o noapte fără nori. Așa că a jucat și au apărut stelele. Asemănarea unei stele cerești, o imagine strălucitoare, scrisă sau făcută din ceva. Steaua de cinci, șase, arcuită sau de cărbune. Același decor, reclamat cu comenzi grade superioare . O pată albă pe fruntea unui cal, vacă. Merin Bay, o stea pe frunte. urechea dreaptă străpunsă. * Fericire sau noroc, ta lan. Steaua mea a căzut, fericirea a pierit. O stea fixă ​​care nu își schimbă poziția sau locul pe cer și este luată de noi pentru soarele altor lumi; aceste stele formează constelații permanente pentru noi. Steaua albastră (largă), care, fără să pâlpâie, se întoarce, ca pământul nostru, în jurul soarelui; planetă. O stea cu coadă sau cu coadă, cu evantai, o cometă. Dimineața, stea de seară, zori, una și aceeași planetă Venus. Polaris este cea mai apropiată stea mare de polul nord. Steaua de mare sau naiul, una dintre diversele animale marine asemănătoare stelelor din schiță. Fata vedetă, plină de viață. Steaua cavaler, plantă. Pasiflora. Nu număra stelele, ci uită-te la picioarele tale: nu vei găsi nimic, așa că măcar nu vei cădea. Iartă (ascuns), steaua mea, soarele meu roșu! Navele navighează pe stele. Prinde stelele în apă cu o sită. Noapte înstelată de Bobotează, recolta de mazăre și fructe de pădure. Stele frecvente, stele de cretă, sfărâmicioase. Sub o stea (sau planetă, planid) fericită (sau nu fericită) s-a născut. Steaua cade în vânt. pe ce parte cade steaua de Crăciun, mirele este pe acea parte. Stelele de botez strălucitoare vor da naștere strălucitoare albe. Nu te uita la stelele căzătoare de pe Leul din Catania, feb. Cine se îmbolnăvește în această zi va muri. Pe Tryphon februarie) înstelat primăvara târzie. Seară caldă de Iacov aprilie) și noapte înstelată, până la seceriș. Pe Andronic în octombrie) spun averi după stele despre vreme, recoltă. S-a împrăștiat mazărea în toată Moscova, în toată Vologda? stele. Întreaga potecă este presărată cu mazăre? stele pe cer. Steaua cu coadă, la război. Asterisc, asterisc, asterisc, asterisc, -noapte, zap. asterisc, diminuare. Înstelat, privind spre ceruri. Cer înstelat. Strălucire de stele. Steaua, la o stea, în sens. comenzi sau imagini legate. Star Master. Roată stea, la mașini, frontală, în care sunt plantați pumni sau dinți de-a lungul marginii, opuse. pieptene. Steaua, steaua, la stele, în decomp. valoare legate de. Muşchi stea, plantă cu muşchi Mnium. Iarba stea, Alchemilla, vezi vraja de dragoste. În formă de stea, cu o stea sau în formă de stea, în formă de stea, în formă de stea. Cortina de stele. Decor stea. Cal de stea. Înstelat sau stelar, cu mai multe stele, împânzit cu stele. Staretatea stare, calitate adj. Zvezdnik m. animale stea de mare, stea de mare. Asterisc sau stea de mare m. aster, Aster plantă și floare. O piatra pretioasa cu stralucire metalica, sub forma de cruce, de stea. Steaua de mare este numele cochiliei fosilizate Siderotes. Stargazer m. stargazer, stargazer sau stargazer m. astronom. Zvezdovshchina astronomie. Zvezdovnik m. pictură care conține calculul sau numele și descrierile stelelor și constelațiilor. Zvezdach m. purtător de stele, asupra căruia o stea plătită. Cine poartă o stea în ziua Nașterii Domnului după obicei popular, cu felicitări. Steaua de mare, stea de mare, cal sau vaca cu o stea pe frunte. Zvezdysh m. Zvezdovka Planta Astrantia. Asterisc Planta Stellaria. Asterisc, plantă stea. Specii de polipi, Astrea; stea de mare. Steaua de mare, o altă specie a aceluiași animal. Zvezdina sclipici, sclipici, model stea; o stea pe fruntea unui cal. Steaua impersonală. fii stelele de pe cer, o noapte senină. În curte e înstelat. cui, să spună adevărul aspru, fără totuşi. il taie asa, si stelute asa! Cerul este înstelat; scânteia vede în întuneric. Cerul a starnit sau a starnit pe cer. Steaua a ajuns dimineața, era senin. îl privi drept. S-au aprins lumini amuzante. Vedetă pe cer. Cuvintele nazvezdit, dar de fapt de la fața locului. Durut, staruit strain. Norii au tras, au stea. A fost înstelat, dar se întinerește din nou. Lumina a fulgerat și a dispărut. Creatorul a starnit cerul. Vedeta a fost un bătaie, care, cu o lovitură de pumn, pare a fi o vedetă. Un bărbat drept care spune adevărul aspru direct în față. perv. valoare și semn stelar. bate; da cu pumnul pe cineva. Vin zvezdukha, din care stele în ochi, puternice; palmă, lovitură. Stargazer, stargazer m. stargazer, stargazer, stargazer, astronom. -ny, stelar, legat de această știință. Stargazer cf. observator. Privirea stelelor cf. astronomie nautică. Căpitan stelar, navigator, pilotând o navă conform calculelor astronomice: navigator. 3 zvezdovolhv, - vrăjitor, zvezdovorozhka vol. astrolog m. -nitsa w. care ghicește, spune averi după stele. Stargazer m. numele astronomului; skygazer, o persoană care ridică privirea, dar nu vede sub picioarele sale. Pește Uranoscopus, ai cărui ochi sunt îndreptați în sus. Astronomie cf. astronomie, zvezdovschina, astronomie. Zvezdozakonnik, astrolog, astronom. Cer înstelat, înstelat. 3 brâuri în stele, încinse cu o bandă înstelată: care are o centură înstelată. Cu stele, împânzite de stele, împrăștiate de stele. Steaua de mare m. Rinostru, american. alunita, cu o crestere stelata pe bot. Benzi desenate Stargazer. astronom; astrolog. tribut, astrologie. Impodobit cu stele, impodobit, impodobit, impodobit cu stele. Stargrab m. o persoană arogantă, o minte arogantă, un știe-totul. Starflower m. plantă asterisc, aster. -ny, cu flori în formă de stea. Stargazer m. astrolog; -ny, legat de astrologie. Astronomie cf. astrologie, observarea stelelor

Simbol galben de la steagul brazilian

Celebritate

Și Soarele, Și Sirius și Vega

Echinodermă care arată ca un pentagon obișnuit

Ce semn au desenat timuroviții pe poartă

Pictură a artistului francez E. Degas

Carte de solitaire

Cinema la Moscova, Zemlyanoy Val

Statutul cosmic al lui Sirius

Maritime" premiul de luptă"

Animal marin cu cinci colțuri

cinematograful din Moscova

Pe pieptul eroului Uniunii Sovietice

Pe cer și pe scenă

Insigna cu numele șeriful american

Titlul periodicului

Corp ceresc

Una dintre topologiile rețelelor de calculatoare

Opera „Northern...” a compozitorului D. Meyerer

Ecuson distinctiv pe bretele de umăr

Pentagrama ca o figură

Când cade, trebuie să-ți pui o dorință

Când ceva cade, se obișnuiește să-ți pui o dorință

Porecla planetei Venus este „Seara...”

Lucrarea lui G. Wells

Lucrarea lui E. Kazakevici

Îndrumarea...

Povestea scriitorului rus V. Veresaev

Regulus, Antares

Un roman de G. Wells

Roman al autoarei americane Danielle Steele

Romanul scriitorului rus A. R. Belyaev „... KET-uri”

Romantism rusesc

Corp ceresc autoluminos

Cel mai mare diamant din lume se numește „Big... Africa”

Ușoară

Luminar al fericirii captivante

Sirius, Vega

Soarele ca corp ceresc

Soarele ca obiect

poezia lui Lermontov

O poezie a poetului rus A. Koltsov

A treia figură în orașe

Club de fotbal ucrainean

Decor Kremlin și bretele de umăr

Figura în orașe

Figura cu margini triunghiulare pe un cerc

Figura, precum și un obiect cu proeminențe triunghiulare în jurul circumferinței

Un film de Alexander Ivanov

Film de Alexander Mitta „Arde, arde, al meu...”

Filmul lui Bob Fosse „... Playboy”

Film de Vladimir Grammatikov „... și moartea lui Joaquin Murieta”

Un film de Nikolai Lebedev

Clubul de fotbal din Serpuhov

Ceea ce strălucea în fruntea îngustată Pușkin Gvidon

Luminar de varietate

Oricare dintre nenumăratele de pe cerul nopții

. „căzut” din cer în mare

Porecla planetei Venus este „Seara...”

Filmul lui Bob Fosse „... Playboy”

Film de Vladimir Grammatikov „... și moartea lui Joaquin Murieta”

Film de Alexander Mitta „Arde, arde, al meu...”

Romanul scriitorului rus A. R. Belyaev „... KET-uri”

Opera compozitorului D. Meyerer „Northern...”

Cel mai mare diamant din lume se numește „Big... Africa”

Ce semn au desenat timuroviții pe poartă?

Când ceva cade, se obișnuiește să-ți pui o dorință?

Dramă a dramaturgului spaniol Lope de Vega „... Sevilla”

. "Arde, arde, al meu..."

. numele „cosmic” al insigna șerifului

„Premiul de luptă” naval

. „Arde, arde, al meu...” (romantică)

Kirkorov - ... scena ruseasca

Acțiune