Процесс ядерного синтеза начинается в центре протосолнца, где температура и давление наивысшие, и с этого момента наступает новая стадия эволюции. Излучение из центральных областей энергии, высвобождаемой при синтезе, препятствует гравитационному сжатию, и в результате Солнце оказывается в саморегулируемом устойчивом состоянии. Скорость горения этой ядерной печи определяется массой звезды. Наше Солнце находится в этой стадии в течение четырех с половиной миллиардов лет и будет в ней оставаться еще несколько миллиардов лет, прежде чем его ядерная печь погаснет.
Однако на этом история не может закончиться. Такое описание приводит нас к стабильному Солнцу, имеющему возраст миллиарды лет, но состоящему только из водорода и гелия. Если бы мы интересовались только звездными системами, мы несомненно могли бы удовлетвориться теорией, согласно которой Солнце на 100 % должно состоять из водорода и гелия, хотя наблюдения показывают, что в действительности Солнце состоит из этих двух элементов на 99,9 %. Но у такого Солнца не могло бы быть планет, состоящих из железа, алюминия, кислорода и кремния. Откуда же взялись эти другие элементы?
Ответ на этот вопрос был дан исследованиями, начатыми в 1950х годах Вилли Фаулером, специалистом по ядерной физике из Калифорнийского технологического института, английским астрофизиком Фредом Хойлом, а также Джефри и Маргарет Бербиджами, которые совместно разработали прекрасную простую теорию ядерного синтеза элементов в недрах звезд. Согласно этой теории, прошлое и будущее связаны: Солнце родилось из других звезд, появившихся до него, и прекратит свое существование так же, как они. Проследим ход эволюции Солнца в будущем.
Процесс синтеза водорода в центре Солнца через несколько миллиардов лет прекратится в результате «засорения» гелием. В значительной мере подобно тому, как постепенно собирающаяся зола гасит костер, так и накапливающийся гелий будет мешать процессу синтеза. Излучение ядерной энергии станет менее интенсивным и не сможет сдерживать гравитационное сжатие. Солнце снова начнет сжиматься и в центральных областях станет еще более горячим. При температуре около ста миллионов градусов гелий начнет вступать в реакцию, при которой три его ядра, объединяясь, образуют новый элемент — углерод. И снова масса продуктов реакции углерода будет меньше массы реагентов — трех атомов гелия, — и поэтому опять будет высвобождаться ядерная энергия. Солнце к этому времени расширится. Его внешняя оболочка в результате разогрева центральных областей распространится на расстояние более 1 а. е., поглотив при этом Меркурий, Венеру и Землю. Хотя центр Солнца сильно разогреется, внешняя оболочка будет находиться так далеко от него, что станет холоднее. Следовательно, цвет Солнца вместо желтого станет красным и оно сойдет с главной последовательности, превратившись в красного гиганта.
Серия таких процессов с последовательной сменой реакций ядерного синтеза приведет к образованию все более тяжелых атомов, включающих кислород, кремний и магний. В то же время другие реакции, в которых происходит пополнение ядер нейтронами и радиоактивный распад, приведут к образованию большинства из 92 элементов. В конечном счете все имеющееся ядерное горючее окажется исчерпанным, внешняя оболочка будет сброшена и Солнце останется медленно остывать.
Большинство звезд в общих чертах следует этой схеме. В звездах, много более массивных, чем Солнце, ядерное горючее расходуется значительно быстрее. Они горят ярче и погибают более молодыми при грандиозном взрыве, называемом вспышкой сверхновой. Конечный результат всей этой активности звезд состоит в том, что за время жизни звезды некоторое количество основного элемента — водорода — последовательно превращается в гелий, углерод и другие более тяжелые элементы, а при гибели звезд эти элементы выбрасываются далеко в межзвездное пространство. Таким образом, постепенно Вселенная, первоначально состоявшая только из водорода и гелия, обогащается более тяжелыми элементами, из которых могут образоваться планеты и возникнуть жизнь. Само Солнце не может быть одной из ранних звезд Вселенной, так как тогда оно должно было бы состоять только из водорода и гелия. Должно было пройти много миллиардов лет, в течение которых бесчисленные звезды перерабатывали водород и гелий в тяжелые элементы, прежде чем межзвездное облако, которое должно было стать нашим Солнцем, начало коллапсировать и превратилось в непрозрачную протосолнечную туманность.
Меркурий — самая близкая к Солнцу планета, проходящая в перигелии (точка орбиты, ближайшая к Солнцу) приблизительно на расстоянии 60 млн. км от Солнца. Это так близко, что гениально простое уравнение Ньютона для силы тяготения не позволяет точно описать орбиту Меркурия. Тела, движущиеся под воздействием центральной силы, обратно пропорциональной квадрату расстояния, должны, согласно классической механике, обращаться строго по эллипсам.
На самом деле прецессия вовсе не так велика, как показано. Перигелий смещается всего лишь на 43 секунды дуги за сто лет. Это очень малый эффект, и в свое время Ньютон, разумеется, не мог его предсказать. Несмотря на это, физика Ньютона была настолько общепринятой вплоть до XIX в., что стала почти религией. Астрономы были так уверены в ее применимости, что объясняли аномальное движение перигелия Меркурия как следствие ньютоновского гравитационного возмущения, вызванного влиянием другой (неизвестной) планеты. Французский астроном Леверье, который, предвычислил существование Нептуна по его воздействию на Уран, теперь вычислил, где должна быть планета, возмущающая орбиту Меркурия, чтобы объяснить наблюдаемую аномалию. Он был так уверен в существовании этой планеты, что дал ей название прежде, чем ее нашли. Однако эта ближайшая к Солнцу планета, названная Вулканом, так и не была найдена, ибо ее не существует. А отклонения в движении Меркурия были объяснены общей теорией относительности Эйнштейна, в которой ньютоновские законы уступили место уравнениям, учитывающим кривизну пространствавремени. Объяснение аномального движения перигелия Меркурия стало первым большим успехом общей теории относительности.
С Меркурия, находящегося так близко к Солнцу, оно должно казаться огромным — почти в десять раз больше, чем с Земли, поэтому планета опалена невероятным жаром. Почти вся атмосфера Меркурия давно улетучилась в пространство («Маринер10» обнаружил там атмосферу, состоящую главным образом из аргона, неона и гелия, плотностью менее одной триллионной плотности земной атмосферы). В полдень температура на Меркурии поднимается выше 500 °С, но ночью падает более чем на 700°С. Это самый большой перепад температур, обнаруженный где-либо в Солнечной системе. Днем такие металлы, как свинец или цинк, если они там есть, должны расплавляться от жары, а ночью любые газы, такие, как углекислый газ, должны замерзать и становиться твердыми.
|
Читать
Десятилетняя канадская девочка помогла уточнить судьбу Вселенной
читать
Луна холоднее Плутона
НАСА вспоминает погибших астронавтов
