Думаю, ни для кого ни секрет, что наше солнце и те звезды, которые мы видим ночью на небе одинаковы. Вот только "ночные" звезды отдалены от нас намного дальше, чем солнце.
Звезды - это огромные шарообразные скопления из раскаленного газа. Как правило, звезды состоят на более чем 99% из газа, на оставшиеся доли процента приходится огромное количество элементов (к примеру в нашем солнце их около 60). Температура поверхностей различных типов звезд колеблется от 2 000 до 60 000 градусов Цельсия.
Что же заставляет звезды излучать свет? Древние мыслители думали, что поверхность солнца постоянно горит, и поэтому излучает свет и тепло. Однако это не так. Во-первых, причина излучения тепла и света находится намного глубже поверхности звезды, а именно в ядре . Ну и во-вторых, процессы происходящие в недрах звезд вовсе не похожи на горение.
Процесс, происходящий в недрах звезд, называется . Если в двух словах, то термоядерный синтез - это процесс перехода материи в энергию, причем из минимального количества материи высвобождается невероятное количество энергии.
С научной точки зрения, - это реакция, при которой более легкие атомные ядра - обычно изотопы водорода (дейтерий и тритий) сливаются в более тяжелые ядра - гелия . Чтобы произошла эта реакция необходима невероятно высокая температура - несколько миллионов градусов.
Эта реакция и происходит в нашем солнце: при температуре ядра 12 000 000 градусов 4 атома водорода сливаются в 1 ядро гелия и при этом высвобождается невообразимое количество энергии: тепла, света и электромагнетизма.
Как можно было догадаться солнце не вечно , оно со временем "спалит само себя". Ученые считают, что в нем еще хватит материи приблизительно на 4-6 миллиардов лет, т.е. где-то на столько же, сколько оно уже просуществовало.
Четвертое состояние вещества.
Часть шестая. Почему светит солнце
Почему светит Солнце? На этот вопрос сегодня известен такой же точный ответ. Солнце светит потому, что в его недрах в результате термоядерной реакции превращения 4-х протонов (ядер атомов водорода) в одно ядро гелия остается свободная энергия (т.к. масса ядра гелия меньше массы четырех протонов), которая излучается в виде фотонов. Фотоны в видимом диапазоне — это и есть тот солнечный свет, который мы видим.
А теперь давайте порассуждаем и представим тот путь, который прошли ученые. И заодно подумаем, что будет, когда на Солнце полностью выгорит водород? Оно обязательно погаснет? Советуем дочитать статью до конца — там высказано весьма интересное предположение.
Предположим, что Солнце сжигает самое теплотворное изо всех видов топлива - чистейший углерод, сгорающий целиком, без всякой золы. Произведем несложный подсчет. Известно, сколько тепла посылает этот «костер» на Землю. Солнце - шар, поэтому оно испускает тепло во всех направлениях равномерно. Зная размеры Земли и Солнца, нетрудно подсчитать, что для поддержания потока тепла от Солнца в нем каждую секунду должно сгорать около 12 миллиардов тонн угля! Цифра по земным масштабам огромная, но для Солнца, которое в триста с лишним тысяч раз тяжелее Земли, это количество угля невелико. И тем не менее весь этот уголь на Солнце должен был бы выгореть всего за шесть тысяч лет. А ведь данные многих наук - геологии, биологии и др. - неопровержимо свидетельствуют о том, что яркое Солнце обогревает и освещает нашу планету уже не менее нескольких миллиардов лет.
Представление, что Солнце горит за счет угля, пришлось отвергнуть. Но, может быть, существуют такие химические реакции, в которых выделяется еще больше тепла, чем при сгорании угля? Предположим, что они существуют. Но и эти реакции смогли бы продлить жизнь Солнца на тысячу, две тысячи лет, пусть даже вдвое, но никак не более.
Но если Солнце не в состоянии обеспечить само себя горючим на сколько-нибудь длительное время, то, может быть, это делает извне космическое пространство? Было высказано мнение, что на Солнце непрерывно падают метеориты. Мы уже говорили, что при подходе к Земле метеориты, вследствие торможения в земной атмосфере, часто полностью сгорают, раскаляя на своем пути воздух. Почему бы не предположить, что вокруг Солнца нет никакой атмосферы, что торможение метеоритов происходит прямо в солнечном веществе, и оно разогревается до высокой температуры?
Обратимся опять к вычислениям. Сколько метеоритов должно падать на Солнце, чтобы обеспечить его длительное горение? Расчет дает совершенно невероятную цифру: даже если вес всех метеоритов, упавших на Солнце, равен весу самого Солнца, то все равно оно светило бы лишь около миллиона лет.
Но, может быть, когда-то такое огромное количество метеоритов все же упало на Солнце, раскалило его до огромной температуры, и теперь Солнце медленно остывает? Ничего подобного! Существует много доказательств того, что Солнце и миллиард, и миллион, и тысячу лет назад светило и грело, как сегодня. Итак, терпит крах и второе предположение.
Удивительное постоянство солнечной деятельности похоронило и третье, самое заманчивое предположение о причине «горения» Солнца. Сводилось оно к следующему. По закону всемирного тяготения все тела сближаются друг с другом. Земля притягивается Солнцем и движется вокруг него. Камень притягивается Землей и падает на нее, если его выпустить из рук.
Представим, себе, что Солнце - это некий огромных размеров сосуд с газом. Молекулы этого газа, подверженные действию взаимного притяжения, несмотря на отбрасывающие их друг от друга столкновения, должны постепенно притягиваться друг к другу и сближаться. Солнце в целом тогда сжималось бы, давление газа в нем росло, а это привело бы к повышению температуры и выделению тепла.
Если считать, что за 100 лет поперечник Солнца сокращается всего на несколько километров, то этим явлением можно было бы вполне объяснить лучеиспускание Солнца. Однако с помощью астрономических приборов столь медленное сокращение обнаружить невозможно.
Но есть «прибор», который работает куда более длительное время. Этот прибор - сама Земля. За время ее существования Солнце должно было бы сжаться в десятки раз: от размеров, во много раз больше, чем протяженность всей Солнечной системы, до современных. Такое сжатие, безусловно, отразилось бы на . Ничего подобного, однако, история Земли не знает. Ей известны крупные геологические катастрофы, в которых гибли высочайшие горы, рождались новые океаны, целые материки, но все это можно вполне объяснить деятельностью самой Земли, а не Солнца.
Итак, все три упомянутые гипотезы о причинах «горения» Солнца оказались несостоятельными. Наука, сумевшая объяснить многие сложнейшие явления на Земле, очень долго опускала руки перед загадкой деятельности Солнца. Теперь стало ясно, что решение этой загадки надо искать не в глубинах космоса, а в недрах Солнца.
И здесь на помощь науке о сверхбольшом - астрономии - пришла наука о сверхмалом - физика атомного ядра.
Подсчитано, что в среднем величина излучения, исходящего из каждого квадратного метра солнечной поверхности, составляет 62 тыс. киловатт, что приблизительно равно мощности Волховской ГЭС. Мощность же излучения всего Солнца эквивалентна работе 5 миллиардам миллиардов (5·10 18) таких электростанций!
Приведем еще одну цифру: каждый квадратный метр солнечной поверхности излучает столько света, сколько его могли бы дать 5 млн 100-ваттных электрических лампочек... Так, без устали, наше лучезарное светило "трудится" не столетия и даже не тысячелетия, а миллиарды лет!
Что же происходит на Солнце? Откуда оно непрерывно черпает поистине колоссальное количество энергии?
В 1920 году выдающийся английский астроном Артур Эддингтон (1882-1944) впервые предположил, что источником солнечной энергии может быть термоядерный синтез. Впоследствии другие ученые развили эту идею. Согласно современным представлениям, в глубинах Солнца и ему подобных звезд происходят ядерные реакции, то есть процессы, в ходе которых образуются не химические соединения, а ядра новых химических элементов. И вот в раскаленных недрах светила, где температура может достигать 15 млн градусов, ядра атомов водорода - протоны, преодолевая силу взаимного отталкивания, сближаются и, "сливаясь", образуют ядра гелия. Этот процесс превращения водорода в гелий состоит из цепочки трех последовательных ядерных взаимодействий, получивших название протон-протонного цикла , в результате которого из четырех ядер водорода образуется одно ядро гелия. Но масса ядра гелия несколько меньше массы четырех протонов. Так, при синтезе 1 г водорода "дефект массы" составляет 7 мг. Зная это и используя открытый Альбертом Эйнштейном (1879-1955) закон взаимосвязи массы и энергии , можно подсчитать, что только при "сгорании" 1 г водорода выделяется 150 млрд калорий! В солнечном же термоядерном "котле" каждую секунду должно "сгорать" 564 млн т водорода, то есть превращаться в 560 млн т гелия. И если бы из оставшихся на Солнце запасов водорода половина пошла на термоядерный синтез, то Солнце светило и согревало бы Землю с неослабевающей силой еще на протяжении 30 млрд лет. Значит, термоядерный процесс может быть тем неиссякаемым источником энергии Солнца, который так долго не удавалось установить.
Термоядерные реакции протекают лишь при температурах более 10 млн градусов. Такая высокая температура может господствовать только в самой "центральной" области Солнца с радиусом, равным примерно четверти солнечного. Энергия в этом самоуправляемом термоядерном реакторе выделяется в виде жестких гамма-квантов.
"Просачивание" излучения из центра Солнца к поверхности совершается крайне медленно. При этом в процессе переноса энергии от слоя к слою гамма-кванты дробятся. Сперва они превращаются в кванты рентгеновских лучей, затем в ультрафиолетовые... Пройдет около 10 млн лет, прежде чем родившиеся в недрах светила гамма-кванты выйдут из него фотонами видимого света. Таким образом, свет, испускаемый Солнцем сегодня, был порожден еще в конце третичного периода, то есть задолго до появления на Земле типа современного человека.
Но оптическое (видимое) излучение Солнца не отражает физической сущности явлений, совершающихся в глубинах светила. А если так, то солнечный термоядерный синтез - всего лишь гипотеза, которую требуется доказать.
Почему солнце светит? Наверное, каждый родитель сталкивался любознательностью своих деток, которые готовы задавать тысячу и один вопрос за день. Обучая ребенка наблюдению за окружающей средой, у малыша возникал вопрос, а почему солнышко горит, а что было бы, если бы оно перестало озарять. Вроде бы, простые вопросы и ответы на них знает каждый взрослый.
Но не всегда точно и правильно мы можем на них ответить. Много интересных историй, фактов можно найти в энциклопедиях, просторах всемирной паутины. Вспомним из школьного курса астрономии, по массе и размерам Солнце во много раз больше Земли. В его состав входят водород (преимущественно) и гелий.
Вокруг дневного небесного тела ходит много разных легенд и мифов у каждого народа. В стародавние времена считали Богом света и ему поклонялись, посвящали песни, проводили обряды. Например, на его называли – Ярило, в Древнем Египте – Ра, Греции – Гелиос в золотой колесниц, в Австралии – образ девушки сидящей на дереве, древние славяне называли четыре лика бога – Хорсу, Ярило, Джадьбог, Сварог.
В одной из легенд говорится, что его свет и тепло из-за постоянного горения угля, но, сколько угля должно сгореть. Согласно древним мифам египетского народа Ра днем ежедневно в ладье проплывает по Нилу, а ночью сражается в подземном царстве, возвращаясь утром победителем. Греки рисовали Гелиоса в золотом шлеме, считали его жителем Олимпа.
Народы Африки все явления непонятного происхождения сравнивали с разными частями тела человека. В их представлении со светящимися подмышками управлял временными промежутками. Отпустит руку, начнет смеркаться, ляжет спать наступает ночь. Индусы, жители Индии, обожествили Сурью, как целителя и стража врат неба. Его главный атрибут карета с семью лошадьми. Наравне с мифами суеверные придумали приметы, относящиеся именно к цвету солнышка.
Прошло много времени и ни мало открытий сделали ученые. Например, доказали, что Солнце – звезда, а не спутник нашей Земли. Дневная звезда – играет самую главную роль на планете Земля. От ее лучей и тепла зависит жизнь не только человека, но и всего живого вокруг. Давным-давно наши предки заметили, что утром светило восходит, становится тепло, светло.
Наша планета находится в солнечной системе, следовательно, солнце является центром этой системы. И каждая планета совершает свой оборот вокруг него, следуя своей оси. Если планета солнечной системы – это твердое состояние, то звезда по имени Солнце – газообразный шар.
Как и все звезды, солнце представляет собой совокупность пыли и газа, за счет постоянно происходящих внутри ядра реакций превращения водорода в гелий под очень высокой температурой. Весь этот процесс сопровождается излучением света, который мы видим. За сутки солнечные лучи освещают всю землю, согревая население разных континентов в разное время.
Почему солнце светит днем
Солнышко лучистое улыбается нам с утра. Когда наука не была развита, а астрономия как наука была не известна, люди просто наблюдали за небесными телами. И в свое время сделали открытие, что с восходом одного светила наступает день, а с его заходом – ночь. О дневном светиле слагали разные легенды, давали различные имена.
Предпринимали попытки разгадать, почему оно бывает только днем. Объясняя движение божества Ра (олицетворял бога солнце), Египет сложил красивую легенду. Утром он проплывал по реке, несся с собой мир, спокойствие. Ночью спускался в подземелье, вел бой и выигрывал, возвращаясь на следующий день, даря новую зарю.
Спустя много времени учеными было опровергнуто, ни мало фактов. Они доказали, что Солнце – это звезда и вокруг нее вращаются все планеты ее системы. Она самая яркая и большая по отношению к планетам звезда, которая ближе всех к голубой планете.
Итак, почему солнце светит днем, а не ночью, а если это звезда, то почему мы ее не видим на ночном небе. Ответы на эти вопросы очень просты. Планета вращается не только вокруг Солнца, она крутит обороты вокруг собственной оси. Наступит утро или ночь зависит от того, какой стороной она повернута к источнику освещения. Его восход зависит от вращения Земли.
Наше утро наступает и день начинается тогда, когда из-за линии горизонта появится солнышко. Днем мы не можем наблюдать ночные звезды на небе, это связано с тем, что солнечные лучики рассеиваются, затмевая их блеклое мерцание.
Почему солнце ярко светит
Для человека тема космоса, небесных тел, вселенной, всегда останется не до конца изученной. Она пленяет своей неизвестностью, тайной не одно тысячелетие. Ученые разных временных эпох пытались разгадать тайну дня и ночи. Придумывали различные способы наблюдения за движениями тел в небе, создали обсерватории и телескоп, покорили космос. Все выше перечисленные действия не помогли человеку ближе подобраться к основному источнику жизни. Поверхность луны изучена, а вот подлететь к Солнцу не возможно.
От солнечных дней зависит не только благоприятная погода, хорошее настроение, в целом всё жизнеобеспечение живых организмов. Доказано, что Солнце – газообразно. Об этом свидетельствует температура внутри ядра. Его поверхность покрыта высокой температурой, за счет которой происходят разные реакции превращения. Термоядерные реакции требует затрат большого количества энергии.
Поэтому видим на дневном небе маленький круг, согревающий всё вокруг и дарящий жизнь. На сегодняшний день миру неизвестен ни один металл, ни одно вещество, ни одна материя переносящая температуру несколько тысяч по Цельсию.
Как долго будет, светит, никто не знает, современные технологии предполагают, запасов водорода должно хватит на несколько миллиардов лет, точно никто не знает. В процессе горения не только физические, но химические вещества расширяются. Умы науки выдвинули версию, когда запасы водорода и гелия начнут иссякать, ядро сожмется, поверхность расшиться, произойдет взрыв, умрет яркая звезда, обернувшись в туман. Остановится жизнедеятельность всего живого.
— довольно обычная звезда для Млечного Пути — не самая яркая, не самая большая и имеет возраст всего 4,5 миллиарда лет. На настоящий момент Солнце единственная известная нам звезда, чьи свет и тепло поддерживают жизнь на единственной обитаемой планете, нам известной. К счастью для нас, Солнце еще светило в тем времена, когда несколько сотен тысяч лет назад появились первые люди. Но откуда у Солнца может быть столько топлива? Почему оно до сих пор не погасло, как свеча или костер? И когда же наша звезда окончательно выгорит?
Почему светит Солнце?
Этот вопрос поднимался учеными уже в XIX веке. В то время ученым было известно только два способа, которыми Солнце могло бы генерировать энергию: либо оно создавало тепло и свет в результате гравитационного сжатия — оно стягивалось к центру и излучало энергию (в виде тепла, ощущаемого нами на ), поэтому со временем стало бы уменьшаться. Либо Солнце горело буквально как уголь в печи — в результате химической реакции, знакомой нам всем, и возникающей, когда мы разжигаем огонь. Взяв за основу то, что любая из перечисленных гипотез могла бы поддерживать объяснение функционирования Солнца, ученые тех лет точно рассчитали, какое время наше светило могло бы существовать, если бы на нем происходил соответствующий процесс. Но ни один результат не совпал с той цифрой, которую исследователи знали о возрасте — 4,5 миллиарда лет. Если бы Солнце сжималось или горело, у него не было бы топлива уже задолго до того, как мы появились на сцене эволюции. Стало очевидно, что на Солнце происходило что-то другое.
Уравнение Энштейна
Несколько десятилетий спустя, вооружившись знаменитым уравнением Эншнейна E = mc2, которое предсказывало, что любая масса должно иметь эквивалентное количество энергии, британские астрономы 1920-х годов предположили, что Солнце фактически превращало свою массу в энергию. Однако вместо печи, которая превращает древесину и уголь в золу и почерневший углерод (излучая свет и тепло), центр Солнца больше похож на гигантскую атомную электростанцию.
Термоядерное топливо Солнца
Солнце содержит огромное количество атомов водорода. Как правило, нейтральный атом водорода содержит положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон, который вращается вокруг него. Когда этот атом встречается с другим атомом водорода, их соответствующие внешние электроны магнитно отталкивают друг друга. Это предотвращает встречу одного из протонов друг с другом. Но ядро Солнца сильно разогрето и находится под таким давлением, что атомы перемещаются с большой кинетической энергией, которая позволяет им преодолевать силу, связывающую их структуру, и электроны начинают отделяться от своих протонов. Это означает, что протоны, обычно находящиеся внутри ядра атома водорода, могут касаться друг друга и объединяются в ядра других элементов в результате процесса, называемого термоядерным синтезом
. Эта реакция происходит с высвобождением колоссального количества энергии.
Так же, как и внутри ядерного реактора, атомы внутри ядра Солнца врезаются друг в друга каждую секунду. В результате таких столкновений чаще всего случается, что четыре протона водорода сливаются друг с другом, чтобы создать один атом гелия. В результате такого синтеза часть массы этих четырех микроскопических протонов оказывается «потеряна», поскольку атом гелия весит меньше, чем суммарно четыре протона. Но поскольку Вселенная сохраняет материю, она не может просто навсегда исчезнуть, эта масса превращается в неимоверное количество энергии — каждую секунду Солнце излучает 3,9 × 10 в степени 26 Вт мощности. (Это такое огромное количество энергии, что, честно говоря, нельзя привести никакой аналогии с земными процессами. Возможно, это число можно оценить следующим образом: такое количество ватт намного больше, чем все электричество, которое весь мир будет тратить текущими темпами более нескольких сотен тысяч столетий).
Сколько будет гореть Солнце?
Эффективность реакции термоядерного синтеза является основной причиной того, что Солнце постоянно излучает тепло, — энергия, выделяемая путем превращения всего одного килограмма водорода в гелий эквивалентна той, которая выделяется при сжигании 20 000 тонн угля. Поскольку Солнце достаточно массивно и относительно молодо, считают, что оно использовало только около половины своего топлива — водорода.
В конце концов, ядро Солнца преобразует весь свой водород в гелий, и звезда умрет. Но не переживайте. Этого не произойдет еще примерно 5 миллиардов лет.
