Эволюция звезд. Солнце
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)
ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Кафедра «физика»
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Концепция современного естествознания»
на тему: «Эволюция звезд. Солнце»
Выполнил: ст.гр. ТУП-211
Течиева Карина
Проверил: проф. Никитенко В.А.
Москва 2014.
Содержание.
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………
1. Эволюция звезд…………………………………………
2. Термоядерный синтез в недрах звезд и рождение звезд………………………..4
3. Середина жизненного цикла звезды……………………………………………..5
4. Поздние годы и гибель звезд……………………………………………………..6
5. Солнце………………………………………………………………
6. Солнечные пятна………………………………………
7. Солнечный цикл…………………………………………
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………
Литература……………………………………………………
ВВЕДЕНИЕ.
Современные научные источники указывают на то, что Вселенная состоит на 98% из звезд, которые «в свою очередь» являются основным элементом галактики. Информационные источники дают различные определения данному понятию, вот некоторые из них:
Звезда -- небесное тело, в котором идут, шли или будут идти термоядерные реакции. Звезды представляют собой массивные светящиеся газовые (плазменные) шары. Образующиеся из газово-пылевой среды (водорода и гелия) в результате гравитационного сжатия. Температура вещества в недрах звёзд измеряется миллионами кельвинов, а на их поверхности -- тысячами кельвинов. Энергия подавляющего большинства звёзд выделяется в результате термоядерных реакций превращения водорода в гелий, происходящих при высоких температурах во внутренних областях. Звёзды часто называют главными телами Вселенной, поскольку в них заключена основная масса светящегося вещества в природе.
Звезды - это огромные объекты, шаровидной формы, состоящие из гелия и водорода, а также других газов. Энергия звезды содержится в ее ядре, где ежесекундно гелий взаимодействует с водородом.
Как все органическое в нашей вселенной, звезды возникают, развиваются, изменяются и исчезают - этот процесс занимает миллиарды лет и называется процессом «Эволюции звезд».
1.Эволюция звезд.
Эволюция звезд -- последовательность изменений, которым звезда подвергается в течение её жизни, то есть на протяжении сотен тысяч, миллионов или миллиардов лет, пока она излучает свет и тепло.
Звезда начинает свою жизнь
как холодное разряжённое облако межзвёздного
газа (разряженная газовая среда, заполняющая
всё пространство между звёздами), сжимающееся
под действием собственного тяготения
и постепенно принимающее форму шара.
При сжатии энергия гравитации (универсальное
2.Термоядерный синтез в недрах звезд.
К 1939 году было установлено, что источником звёздной энергии является термоядерный синтез, происходящий в недрах звёзд. Большинство звёзд излучаются потому, что в их недрах четыре протона соединяются через ряд промежуточных этапов в одну альфа-частицу. Это превращение может идти двумя основными путями, называемыми протон-протонным, или p-p-циклом, и углеродно-азотным, или CN-циклом. В маломассивных звёздах энерговыделение в основном обеспечивается первым циклом, в тяжёлых -- вторым. Запас ядерного топлива в звезде ограничен и постоянно тратится на излучение. Процесс термоядерного синтеза, выделяющий энергию и изменяющий состав вещества звезды, в сочетании с гравитацией, стремящейся сжать звезду и тоже высвобождающей энергию, а также с излучением с поверхности, уносящим выделяемую энергию, являются основными движущими силами звёздной эволюции.
Эволюция звезды начинается в гигантском молекулярном облаке, также называемом звёздной колыбелью. Большая часть «пустого» пространства в галактике в действительности содержит от 0,1 до 1 молекулы на см?. Молекулярное облако имеет плотность около миллиона молекул на см?. Масса такого облака превышает массу Солнца в 100 000--10 000 000 раз благодаря своему размеру: от 50 до 300 световых лет в поперечнике.
Пока облако свободно вращается вокруг центра родной галактики, ничего не происходит. Однако из-за неоднородности гравитационного поля в нем могут возникнуть возмущения, приводящие к локальным концентрациям массы. Такие возмущения вызывают гравитационный коллапс облака. Один из сценариев, приводящих к этому -- столкновение двух облаков. Другим событием, вызывающим коллапс, может быть прохождением облака через плотный рукав спиральной галактики. Также критическим фактором может стать взрыв близлежащей сверхновой звезды, ударная волна которого столкнётся с молекулярным облаком на огромной скорости. Кроме того, возможно столкновение галактик, способное вызвать всплеск звёздообразования, по мере того, как газовые облака в каждой из галактик сжимаются в результате столкновения. В общем, любые неоднородности в силах, действующих на массу облака, могут инициировать процесс образования звезды.
Из-за возникших неоднородностей давление молекулярного газа больше не может препятствовать дальнейшему сжатию, и газ начинает под действием сил гравитационного притяжения собираться вокруг центра будущей звезды. Половина высвобождающейся гравитационной энергии уходит на нагрев облака, а половина -- на световое излучение. В облаках же давление и плотность нарастают к центру, и коллапс центральной части происходит быстрее, нежели периферии. По мере сжатия длина свободного пробега фотонов уменьшается, и облако становится всё менее прозрачным для собственного излучения. Это приводит к более быстрому росту температуры и ещё более быстрому росту давления. В итоге градиент давления уравновешивает гравитационную силу, образуется гидростатическое ядро, массой порядка 1 % от массы облака. Этот момент невидим. Дальнейшая эволюция протозвезды - это аккреция продолжающего падать на «поверхность» ядра вещества, которое за счет этого растет в размерах. Масса свободно перемещающегося в облаке вещества исчерпывается, и звезда становится видимой в оптическом диапазоне. Этот момент считается концом протозвёздной фазы и началом фазы молодой звезды.
Процесс формирования звёзд можно описать единым образом, но последующие стадии развития звезды почти полностью зависят от её массы, и лишь в самом конце звёздной эволюции свою роль может сыграть химический состав.
3.Середина жизненного цикла звезды.
Среди звёзд встречается широкое многообразие цветов и размеров. По спектральному классу они варьируются от горячих голубых до холодных красных, по массе -- от 0,0767 до более чем 200 солнечных масс. Светимость и цвет звезды зависит от температуры её поверхности, которая, в свою очередь, определяется массой. Все новые звёзды «занимают своё место» на главной последовательности согласно своему химическому составу и массе. Речь идёт не о физическом перемещении звезды -- только о её положении на указанной диаграмме, зависящем от параметров звезды. Фактически, перемещение звезды по диаграмме отвечает лишь изменению параметров звезды.
Маленькие, холодные красные карлики медленно сжигают запасы водорода и остаются на главной последовательности сотни миллиардов лет, в то время как массивные сверхгиганты уйдут с главной последовательности уже через несколько миллионов лет после формирования.
Звёзды среднего размера, такие как Солнце, остаются на главной последовательности в среднем 10 миллиардов лет. Считается, что Солнце все ещё на ней, так как оно находится в середине своего жизненного цикла. Как только звезда истощает запас водорода в ядре, она покидает главную последовательность.
По прошествии определенного времени -- от миллиона до десятков миллиардов лет, в зависимости от начальной массы -- звезда истощает водородные ресурсы ядра. В больших и горячих звёздах это происходит гораздо быстрее, чем в маленьких и более холодных. Истощение запаса водорода приводит к остановке термоядерных реакций.
Без давления, возникавшего в ходе этих реакций и уравновешивавшего собственное гравитационное притяжение звезды, звезда снова начинает сжатие, как уже было раньше, в процессе ее формирования. Температура и давление снова повышаются, но, в отличие от стадии протозвезды, до более высокого уровня. Коллапс продолжается до тех пор, пока при температуре приблизительно в 100 миллионов К не начнутся термоядерные реакции с участием гелия.
Возобновившееся на новом уровне термоядерное горение вещества становится причиной чудовищного расширения звезды. Звезда «разрыхляется», и её размер увеличивается приблизительно в 100 раз. Таким образом, звезда становится красным гигантом, а фаза горения гелия продолжается около нескольких миллионов лет. Практически все красные гиганты являются переменными звёздами.
То, что происходит в дальнейшем, вновь зависит от массы звезды.
4. Поздние годы и гибель звезд.
Старые звёзды с малой массой
На сегодняшний день достоверно неизвестно, что происходит с лёгкими звёздами после истощения запаса водорода. Поскольку возраст вселенной составляет 13,7 миллиардов лет, что недостаточно для истощения запаса водородного топлива в таких звёздах, современные теории основываются на компьютерном моделировании процессов, происходящих в таких звёздах.
Некоторые звёзды могут синтезировать гелий лишь в некоторых активных зонах, что вызывает их нестабильность и сильные звёздные ветры. В этом случае образования планетарной туманности не происходит, а звезда лишь испаряется, становясь даже меньше, чем коричневый карлик.
Звезды с массой менее 0,5 солнечной не в состоянии преобразовывать гелий даже после того, как в ядре прекратятся реакции с участием водорода -- их масса слишком мала для того, чтобы обеспечить новую фазу гравитационного сжатия до той степени, которая инициирует «возгорание» гелия. К таким звёздам относятся красные карлики, такие как Проксима Центавра, срок пребывания которых на главной последовательности составляет от десятков миллиардов до десятков триллионов лет. После прекращения в их ядре термоядерных реакций, они, постепенно остывая, будут продолжать слабо излучать в инфракрасном и микроволновом диапазонах электромагнитного спектра.
Звёзды среднего размера
При достижении звездой средней величины (от 0,4 до 3,4 солнечных масс) фазы красного гиганта в ее ядре заканчивается водород и начинаются реакции синтеза углерода из гелия. Этот процесс идет при более высоких температурах и поэтому поток энергии от ядра увеличивается, что приводит к тому, что внешние слои звезды начинают расширяться. Начавшийся синтез углерода знаменует новый этап в жизни звезды и продолжается некоторое время. Для звезды по размеру схожей с Солнцем, этот процесс может занять около миллиарда лет.
Изменения в величине испускаемой энергии заставляют звезду пройти через периоды нестабильности, включающие в себя перемены в размере, температуре поверхности и выпуске энергии. Выпуск энергии смещается в сторону низкочастотного излучения. Все это сопровождается нарастающей потерей массы вследствие сильных звёздных ветров и интенсивных пульсаций. Звёзды, находящиеся в этой фазе, получили название звёзд позднего типа, OH-IR звёзд или Мира-подобных звёзд, в зависимости от их точных характеристик. Выбрасываемый газ относительно богат тяжёлыми элементами, производимыми в недрах звезды, такими как кислород и углерод. Газ образует расширяющуюся оболочку и охлаждается по мере удаления от звезды, делая возможным образование частиц пыли и молекул. При сильном инфракрасном излучении центральной звезды в таких оболочках формируются идеальные условия для активизации мазеров.
Реакции сжигания гелия очень чувствительны к температуре. Иногда это приводит к большой нестабильности. Возникают сильнейшие пульсации, которые, в конечном итоге, сообщают внешним слоям достаточное ускорение, чтобы быть сброшенными и превратиться в планетарную туманность. В центре туманности остаётся оголенное ядро звезды, в котором прекращаются термоядерные реакции, и оно, остывая, превращается в гелиевый белый карлик, как правило, имеющий массу до 0,5-0,6 солнечных и диаметр порядка диаметра Земли.
Белые карлики
Вскоре после гелиевой вспышки «загораются» углерод
Подавляющее большинство звёзд,
и Солнце в том числе, заканчивают эволюцию,
сжимаясь до тех пор, пока давление вырожденных
У звезд более массивных, чем
Солнце, давление вырожденных электронов
не может остановить дальнейшее сжатие
ядра, и электроны начинают «вдавливаться»
в атомные ядра, что приводит к превращению протонов в
Сверхмассивные звёзды
После того, как звезда с массой большей, чем пять солнечных, входит в стадию красного сверхгиганта, ее ядро под действием сил гравитации начинает сжиматься. По мере сжатия увеличиваются температура и плотность, и начинается новая последовательность термоядерных реакций. В таких реакциях синтезируются все более тяжёлые элементы: гелий, углерод, кислород, кремний и железо, что временно сдерживает коллапс ядра.
В конечном итоге, по мере образования
всё более тяжёлых элементов периодической
системы, из кремния синтезируется
То, что происходит в дальнейшем, пока неясно до конца, но, в любом случае, происходящие процессы в считанные секунды приводят к взрыву сверхновой звезды невероятной силы.
Сопутствующий этому всплеск нейтрино провоцирует
Взрывная волна и струи нейтрино уносят вещество прочь от умирающей звезды в межзвёздное пространство. В последующем, остывая и перемещаясь по космосу, этот материал сверхновой может столкнуться с другим космическим «мусором», и возможно, участвовать в образовании новых звёзд, планет или спутников.
Процессы, протекающие при образовании сверхновой, до сих пор изучаются, и пока в этом вопросе нет ясности. Также под вопросом остается момент, что же на самом деле остаётся от изначальной звезды. Тем не менее, рассматриваются два варианта: нейтронные звезды и чёрные дыры.
Нейтронные звёзды
Известно, что в некоторых сверхновых
сильная гравитация в недрах сверхгиганта
заставляет электроны
Такие звёзды, известные, как нейтронные звёзды, чрезвычайно малы -- не более размера крупного города, и имеют невообразимо высокую плотность. Период их обращения становится чрезвычайно мал, по мере уменьшения размера звезды (благодаря сохранению момента импульса). Некоторые совершают 600 оборотов в секунду. У некоторых из них угол между вектором излучения и осью вращения может быть таким, что Земля попадает в конус, образуемый этим излучением; в этом случае можно зафиксировать импульс излучения, повторяющийся через промежутки времени, равные периоду обращения звезды. Такие нейтронные звёзды получили название «пульсары», и стали первыми открытыми нейтронными звёздами.
Чёрные дыры
Далеко не все сверхновые становятся нейтронными звёздами. Если звезда обладает достаточно большой массой, то коллапс звезды продолжится, и сами нейтроны начнут обрушиваться внутрь, пока её радиус не станет меньше Шварцшильдовского. После этого звезда становится чёрной дырой.
Существование чёрных дыр было предсказано общей теорией относительности. Согласно этой теории, материя и информация не может покидать чёрную дыру ни при каких условиях. Тем не менее, квантовая механика, вероятно, делает возможными исключения из этого правила.
Остаётся ряд открытых вопросов. Главный среди них: «А есть ли чёрные дыры вообще?». Ведь чтобы сказать точно, что данный объект -- это чёрная дыра, необходимо наблюдать его горизонт событий. Это невозможно сугубо по определению горизонта, но с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой можно определить метрику вблизи объекта, а также зафиксировать быструю, миллисекундную переменность. Эти свойства, наблюдаемые у одного объекта, должны окончательно доказать существование чёрных дыр.
5.Солнце.
Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей
планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце - не только источник света
и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии (энергии
нефти, угля, воды, ветра).
Издавна у разных народов Солнце было объектом поклонения. Его считали самым
могущественным божеством. Культ непобедимого Солнца был одним из самых
распространённых (Гелиос – греческий бог Солнца, Аполлон – бог Солнца у
римлян, Митра – у персов, Ярило – у славян и т. д.). В честь Солнца
воздвигали храмы, слагали гимны, приносили жертвы. Ушло в прошлое религиозное
поклонение дневному светилу. Сейчас учёные исследуют природу Солнца, выясняют
его влияние на Землю, работают над проблемой применения практически
неиссякаемой солнечной энергии.
Солнце – это наша звезда. Изучая Солнце, мы узнаём о многих явлениях и
процессах, происходящих на других звёздах и недоступных непосредственному
наблюдению из-за огромных расстояний, которые отделяют нас от звёзд.
Солнечная активность –совокупность нестационарных явлений на Солнце. К этим явлениям относятся
солнечные пятна, солнечные вспышки, факелы, флоккулы, протуберанцы,
корональные лучи, конденсации, транзиенты, спорадическое радиоизлучение,
увеличение ультрафиолетового, рентгеновского и корпускулярного излучения и
др. Большинство этих явлений тесно связаны между собой и возникают в активных
областях. В их протекании отчётливо видна цикличность со средним периодом
11.2 года, а также с периодами 22, 80-90 лет и др.
В процессе развития активной области в атмосфере Солнца иногда возникают
ситуации, при которых возможна быстрая перестройка ("перезамыкание")
магнитных полей. Эта перестройка вызывает вспышки, сопровождаемые сложными
движениями ионизованного газа, его свечением, ускорением частиц и т.д.
Вспышки на Солнце представляют собой самые мощные из всех проявлений
Солнечной активности. Такие вспышки, как правило, наблюдаются вблизи пятен.
Обычно бывает несколько слабых вспышек за день.
Сильные вспышки - весьма редкое явление. Вспышке на Солнце представляет собой
внезапное выделение энергии в верхней хромосфере или нижней короне,
генерирующее кратковременное электромагнитное излучение в широком диапазоне
длин волн - от жёсткого рентгеновского излучения (и даже гамма-излучения) до
километровых радиоволн. Начало вспышки может быть очень резким, но иногда
"взрыву" предшествует
несколько минут медленного
предвспышка. Далее идёт собственно взрывная (жёсткая, импульсная) фаза, во
время которой за 1-3 мин ускоряются частицы, формируется горячее облако. В
ряде вспышек (их называют тепловыми) жёсткая фаза отсутствует. После
достижения максимальной яркости (напр., в мягком рентгеновском излучении
через 1-15 мин после начала) процесс горения большой вспышки продолжается ещё
несколько часов. К концу жёсткой фазы постепенно формируется направленная
наружу ударная волна: основная часть энергии вспышки выделяется в виде
кинетической энергии выбросов вещества, движущихся в короне и межпланетном
пространстве со скоростями до 1000 км/с, энергии жёсткого электромагнитного
излучения и потоков, ускоренных до гигантских энергий (иногда - десятки ГэВ)
частиц. Эта ударная волна вызывает проявления радио всплеска. Рентгеновское
излучение и солнечные космические лучи, приходящие от вспышки, вызывают
дополнительную ионизацию земной ионосферы, что сказывается на условиях
распространения радиоволн (нарушения радиосвязи, работы навигационных
устройств и т.д.). Поток выброшенных при вспышке частиц примерно через сутки
достигает орбиты Земли и вызывает на Земле магнитную бури и полярные сияния.
Имеются свидетельства сильного влияния вспышечной активности на погоду и
состояние биосферы Земли.
Близ максимума активности наиболее эффективно воздействуют на атмосферу и
магнитосферу Земли потоки частиц, ускоренных при вспышках. На фазе спада
активности, к концу 11-летнего цикла активности, при уменьшении числа вспышек
и развитии межпланетного токового слоя, становятся более существенными
стационарные потоки усиленного солнечного ветра. Вращаясь вместе с Солнцем,
они вызывают повторяющиеся каждые 27 сут. геомагнитные возмущения. Это
рекуррентная (повторяющаяся) активность особенно высока для концов циклов с
чётным номером, когда направление магнитного поля солнечного "диполя"
антипараллельно земному.
С циклическими изменениями Солнечной активности связано проявление
многолетних биологических циклов. Изучением влияния изменений Солнечной
активности на живые организмы Земли занимается гелиобиология - наука, основы
которой были заложены в нач. 1920-х гг. А.Л.Чижевским. Чижевский считал, что
гелиобиология, показывающая несомненную связь земных событий с космическими
ритмами, является современной, научной формой древнего астрологического
учения. Как показали обширные исторические исследования, проведённые
Чижевским, имеется несомненная связь между циклами Солнечной активности и
динамикой войн и других социальных потрясений, вспышек эпидемий и эпизоотий и
массой других явлений на Земле. Интересно, что первым учёным, выступившим с
подобной мыслью, был У.Гершель - астроном, открывший первую невидимую
невооружённым глазом планету Уран. Ещё в 1804 г. он обнаружил прямую
зависимость между уровнем Солнечной активности и ценами на хлеб. Среди
современных исследований на эту тему выделим работу российского историка
Валерия Храпова, открывшего "кривую одарённости". Выяснилось, что большинство
выдающихся людей (в самых разных областях политики, спорта, искусства)
рождается в периоды экстремального (максимального или минимального) уровня
Солнечной активности. Кривая смертности также соотносится с кривой Солнечной
активности.
Подобные закономерности, несомненно, можно рассматривать как астрологические.
Как показали исследования Теодора Ландшайдта, уровень Солнечной активности
зависит от взаиморасположения планет и от ряда других астрологических
факторов. Более того, Ландшайдт разработал методику, позволяющую сугубо
астрологическими методами прогнозировать изменения в Солнечной активности.
Долговременные предсказания вспышек Солнечной активности и геомагнитных бурь,
которые делает Ландшайдт, сбываются (по данным проверки астрономов) на 90%
(!).
Таким образом, если Солнечная активность зависит от астрологических факторов,
то и все явления на Земле, связанные с изменением Солнечной активности, также
зависят от астрологических показателей.

- Эволюция Земли
- Эволюция Земли
- Эволюция Земли в четвертичный период
- Эволюция Земли. Эволюция человека. Глобальный эволюционизм
- Эволюция и генетика
- Эволюция и классификация языков программирования. Основные понятия языков программирования
- Эволюция имущественного налогообложения в России
- Эволюция звезд
- Эволюция звезд
- Эволюция звезд
- Эволюция звезд
- Эволюция звёзд
- Эволюция звёзд
- Эволюция звезд, происхождение химических элементов и планетная химическая эволюция