Ядро звезды

Ядро звезды — источник ее энергии

Ядро звезды — источник ее энергии

Многие представляют звезды как большие горящие газовые шары. Но на самом деле «горит» только ядро звезды. Оно многим отличается от внешних слоев звезды — как и физикой своей природы, так и составом.

Как образуется ядро?

Астрономы часто говорят, что любая звезда — это маленькая модель Вселенной. И недаром: процессы внутри и снаружи светил являются настоящим кладезем самых разнообразных физических процессов, которые существовали с первого дня возникновения нашего мира и двигали его вперед. Да и первыми объектами, возникшими после рождения Вселенной, были звезды-титаны галактических размеров.

Первые звезды во Вселенной в представлении художника

Первые звезды во Вселенной в представлении художника

С тех пор вещество во Вселенной распределилось куда равномернее. Сейчас большинство звезд — включая и наше Солнце — образуются из космических туманностей, оставшихся после сверхновых старых звезд. Однако гравитационный принцип, собирающий материю вместе, остался неизменным.

Астероид, планета или звезда — на всех них действует принцип дифференциации (разделения) недр. Это одно из главных последствий гравитационных законов в космосе. В результате дифференциации, легкие элементы выталкиваются наружу, когда самые тяжелые движутся в центр тела. Образование из тяжелых веществ внутри космического тела и называется ядром.

Материалы по теме

Гравитация

Для запуска такого процесса нужно сперва набрать значительную массу — иначе силы гравитации просто не смогут начать разделение веществ. Имеет дифференциация недр и свои последствия.

  • Во-первых, тело разогревается (и чем массивней новообразованное ядро тем сильнее нагрев).
  • Во-вторых, объект принимает сферическую форму — в том числе шарообразным становится и ядро.

Плотность ядра во много раз выше консистенции окружающих его слоев — связано это не только с физическими свойствами составляющих ядро элементов, но и с гравитационным сжатием. Оно неминуемо для всех тел во Вселенной, чья масса несоразмерна с их объемом.

Образования звезды и ее ядра проходит практически также — с поправкой на звездный состав. Как известно, все звезды в среднем состоят их 75% водорода, 23% гелия и еще 2% тяжелых веществ. Идентичное содержание имеют все известные сегодня звезды, за очень редкими исключениями. Наиболее массивный в этой смеси гелий — он в четыре раза тяжелее водорода. Именно из гелия и формируется ядро звезды. В нем также содержатся тяжелые элементы, которые были захвачены из «материнской» туманности, или же образуются во время термоядерных реакций.

Строение разных звезд

Строение разных звезд

Чем особенно ядро звезды?

«Постойте-ка! — скажете вы. — Раз все ядра образуются одинаково, почему тогда светятся и излучают сильный жар только звезды?» Действительно, ядро звезды — это нечто из ряда вон выходящее. Суть в том, что когда происходит формирование светила, гелий накапливается в очень больших количествах. Масса гелиевого зародыша ядра становится настолько большой, что силы гравитации начинают не просто сжимать и разогревать ядро — а накалять его до сверхвысоких температур.

Этот накал куда сильнее, чем нужно для обычной дифференциации гелия и водорода. Когда температура достигает около миллиона градусов Цельсия, водород в ядре вспыхивает — начинается термоядерная реакция по его преобразованию в гелий. Момент зажигания звезды считается начальной точкой ее существования.

Характеристики ядра

Гигантская масса и свободно протекающая ядерная реакция делают звездное ядро действительно уникальным объектом во Вселенной. Для наглядности примера возьмем наше Солнце — это рядовая звезда Главной последовательности. Рассказав о ней, мы расскажем о 90% обозримых звезд. А факты про ядро Солнца говорят сами за себя:

Солнце в разрезе

Солнце в разрезе

  • Плотность ядра Солнца в самом центре — около 150г/см3. Это в 150 раз больше густоты воды, и в семь раз плотнее золота! Консистенция ядра другой звезды может быть как и в десятки раз плотнее, так и намного меньше. Предельной густотой обладают нейтронные звезды, почти полностью состоящие из ядра — их усредненная плотность составляет 2,8·1014 г/см³
  • Ядро Солнца вращается, причем независимо от его верхних слоев — когда оболочка Солнца проворачивается вокруг оси за 24 дня, ядро вертится в несколько раз быстрее. Чем ядро тяжелее, тем быстрее гравитация заставляет его крутиться — железные ядра красных гигантов крутятся в десятки раз быстрее их раздувшейся оболочки.
  • Благодаря высокой плотности ядро светила очень массивное. К примеру, ядро Солнца в обхвате «всего» 350 тысяч километров, что равно 1/5 части диаметра звезды. При этом в нем содержится больше трети массы Солнца!
  • Чем моложе ядро звезды, тем шире его обхват и тем меньше его плотность. Она растет в меру протекания ядерных реакций в ядре и накопления гелия и других тяжелых продуктов термоядерного синтеза.

Именно протекание ядерного синтеза в звезде отличает ее от других дифференцированных объектов Вселенной. Более того — атомная реакция в ядре является главным звездным критерием. Коричневые карлики, причисляемые к звездам, технически ими не являются в первую очередь из-за ядра — преобразования водорода в гелий в нем почти отсутствует. Поэтому коричневые карлики светят тускло и быстро гаснут.

Что излучает ядро?

Ядерный синтез — очень мощный источник энергии. Температура в центре ядра Солнца достигает около 15 миллионов градусов Цельсия — но это не самое жаркое звездное ядро. Нагрев в центре голубых гигантов, самых горячих во Вселенной звезд, достигает и 100 миллионов градусов — именно настолько раскалено ядро звезды Джета в созвездии Кормы.

Материалы по теме

Ядерные реакции на Солнце

Кроме того, именно атомный синтез в ядре является основным источником света и тепла звезды — внешние слои только передают энергию, но не создают ее. Излучение также удерживает звезду от гравитационного коллапса — сила частиц света, направленная в космос, преодолевает силу сжатия гравитации.

Внимательный читатель скажет: «Постойте! Ведь именно из-за гравитационного сжатия в ядре звезды такая высокая температура!» И будет прав — действительно, именно благодаря сжатию ядро столь горячо. Накал в миллионы градусов создает условия для термоядерной реакции. И только эта энергия может выйти за пределы ядра звезды.

Но для того чтобы пробиться сквозь силы притяжения и толщу звездного вещества, свет тратит десятки тысяч, а то и миллионы лет! У нашего Солнца этот срок колеблется около 200 тысяч лет. А гравитационная энергия, несмотря на всю свою силу, содержится только внутри звезды — и покинуть ее может только в виде сверхновой.

Модель противостояния давления частиц и гравитации

Модель противостояния давления частиц и гравитации

  • Примечание — существуют еще гравитационные волны, вместе с которыми гравитационная энергия покидает ядро звезды. Но их сила несоизмеримо мала.

Откуда ученые узнали о термоядерных процессах внутри звезд сегодня, когда даже из ядра Солнца излучение пробивается тысячами лет? О происходящих внутри звезд реакциях нам рассказали нейтрино — микрочастицы, выделяющиеся при каждом объединении атомных ядер. Масса нейтрино настолько мала, что на них не действует гравитация и не останавливает столкновения с атомами солнечного вещества. Поэтому они беспрепятственно долетают до Земли, где их «ловят» с помощью специальных приборов.

Детектор нейтрино

Детектор нейтрино

Интересно, что непосредственно из ядра звезды исходит гамма-излучение, которое невидимо для человеческого глаза. Рентгеновские лучи, ультрафиолет и обычный видимый свет получаются после прохождения лучей из ядра через поверхностные слои звезды. Атомы различных веществ действуют подобно цветному стеклу. Когда в атом попадает луч «высшего» порядка — например, рентгеновский — он выпускает несколько «низших» лучей уже ультрафиолетового спектра. Более того, в спектре света остаются линии, несущие информацию о тех атомах в звезде, сквозь которые свет проходил.

Именно спектральный анализ позволил астрономам узнать о составе нашего Солнца и остальных звезд. Таким же образом было изучено множество удаленных объектов вроде планет и астероидов, материал которых сложно доставить на Землю.

 


comments powered by HyperComments

Подпишись на рассылку лучших статей от Spacegid.com. Без спама.
Нажимая на "Подписаться", вы даете согласие на обработку персональных данных

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 1798
Система Orphus