De leeftijd van de zon wordt door de meeste astrofysici geschat op ongeveer 4,59 miljard jaar. Het is geclassificeerd als een middelgrote of zelfs kleine ster - dergelijke sterren bestaan al langer dan hun grotere en snel vervagende zussen. De zon is er tot dusver in geslaagd om minder dan de helft van de waterstof die ze bevat te gebruiken: van een aandeel van 70,6 procent van de oorspronkelijke massa van de materie van de zon blijven er 36,3 over. In de loop van thermonucleaire reacties verandert waterstof in de zon in helium.
Om de reactie van thermonucleaire fusie te laten verlopen, zijn een hoge temperatuur en hoge druk vereist. Waterstofkernen zijn protonen - elementaire deeltjes met een positieve lading, een elektrostatische afstotingskracht werkt tussen hen in, waardoor ze niet kunnen naderen. Maar binnenin zijn er ook significante krachten van universele aantrekkingskracht, die voorkomen dat de protonen zich verspreiden. Integendeel, ze duwen de protonen zo dicht bij elkaar dat kernfusie begint. Een deel van de protonen verandert in neutronen en de krachten van elektrostatische afstoting worden verzwakt; als gevolg hiervan komt de helderheid van de zon op. Wetenschappers schatten dat in de beginfase van het bestaan van de zon de helderheid slechts 70 procent was van wat ze vandaag uitstraalt, en in de komende 6,5 miljard jaar zal de helderheid van de ster alleen maar toenemen.
Ze blijven echter discussiëren met dit standpunt, het meest wijdverbreid en opgenomen in leerboeken. En het belangrijkste onderwerp voor speculatie is precies de chemische samenstelling van de zonnekern, die alleen kan worden beoordeeld aan de hand van zeer indirecte gegevens. Een van de concurrerende theorieën suggereert dat het belangrijkste element in de zonnekern helemaal niet waterstof is, maar ijzer, nikkel, zuurstof, silicium en zwavel. De lichte elementen - waterstof en helium - zijn alleen aanwezig op het oppervlak van de zon en de fusiereactie wordt vergemakkelijkt door het grote aantal neutronen dat vanuit de kern wordt uitgezonden.
Oliver Manuel ontwikkelde deze theorie in 1975 en probeert sindsdien de wetenschappelijke gemeenschap van de geldigheid ervan te overtuigen. Hij heeft een aantal aanhangers, maar de meeste astrofysici vinden het complete onzin.
Foto: NASA en het Hubble Heritage Team (AURA / STScI)
De variabele ster V838 Monocerotis bevindt zich aan de rand van ons sterrenstelsel. Deze afbeelding toont een deel van de stoffige envelop van de ster. Deze schaal is zes lichtjaar in doorsnede. Die lichtecho, die nu zichtbaar is, blijft ten opzichte van de flits zelf slechts twee jaar achter. Astronomen verwachten dat de lichtecho de stoffige omgeving van V838 Mon zal blijven flitsen, terwijl deze zich ten minste de rest van dit decennium uitbreidt.
Welke theorie ook klopt, "zonnebrandstof" zal vroeg of laat opraken. Door het gebrek aan waterstof zullen thermonucleaire reacties beginnen te stoppen en zal het evenwicht tussen deze en de aantrekkingskracht worden geschonden, waardoor de buitenste lagen tegen de kern drukken. Door de samentrekking zal de concentratie van de resterende waterstof toenemen, zullen kernreacties toenemen en zal de kern beginnen uit te zetten. De algemeen aanvaarde theorie voorspelt dat de zon op de leeftijd van 7,5-8 miljard jaar (dat wil zeggen na 4-5 miljard jaar) in een rode reus zal veranderen: zijn diameter zal meer dan honderd keer toenemen, zodat de banen van de eerste drie planeten van het zonnestelsel zich in de ster zullen bevinden. … De kern is erg heet en de temperatuur van de reuzenschelp is laag (ongeveer 3000 graden) - en daarom rood van kleur.
Kenmerkend voor de rode reus is dat waterstof niet langer kan dienen als "brandstof" voor kernreacties erin. Nu begint helium dat zich daar al in grote hoeveelheden heeft opgehoopt te "branden". In dit geval worden onstabiele isotopen van beryllium gevormd, die, wanneer ze worden gebombardeerd met alfadeeltjes (dat wil zeggen, dezelfde heliumkernen), in koolstof veranderen.
Promotie video:
Hierop is het waarschijnlijk dat het leven op aarde, en de aarde zelf, waarschijnlijk al ophoudt te bestaan. Zelfs de lage temperatuur die de periferie van de zon op dat moment zal hebben, zal voldoende zijn om onze planeet volledig te laten verdampen.
Natuurlijk hoopt de mensheid als geheel, net als ieder mens afzonderlijk, op eeuwig leven. Op het moment dat de zon in een rode reus verandert, legt deze droom bepaalde beperkingen op: als de mensheid erin slaagt zo'n ramp te overleven, zal ze alleen buiten zijn wieg zijn. Maar het is relevant hier te herinneren dat een van de grootste natuurkundigen van onze tijd, Stephen Hawking, lang heeft betoogd dat het moment waarop de enige manier voor de mensheid om te overleven de kolonisatie van andere planeten bijna is aangebroken. Intraterrestrische redenen zullen het onmogelijk maken om deze wieg veel eerder te bewonen dan dat er iets ergs met de zon gebeurt.
Laten we de timing hier eens nader bekijken:
Gewicht = 1,99 * 1030 kg.
Diameter = 1.392.000 km.
Absolute grootte = +4,8
Spectrale klasse = G2
Oppervlaktetemperatuur = 5800 ° K
Baanperiode = 25 uur (pool) -35 uur (evenaar)
De periode van revolutie rond het centrum van de melkweg = 200.000.000 jaar
Afstand tot het centrum van de melkweg = 25000 licht. jaar oud
De bewegingssnelheid rond het centrum van de melkweg = 230 km / sec.
De zon. De ster die alle levende wezens in ons systeem heeft doen ontstaan, is ongeveer 750 keer zo zwaar als alle andere lichamen in het zonnestelsel, dus alles in ons systeem kan worden beschouwd als draaiend om de zon als een gemeenschappelijk zwaartepunt.
De zon is een sferisch symmetrische gloeiende plasmabal in evenwicht. Het is waarschijnlijk samen met andere lichamen van het zonnestelsel ontstaan uit een gas- en stofnevel ongeveer 5 miljard jaar geleden. Aan het begin van zijn leven was de zon ongeveer 3/4 waterstof. Toen, als gevolg van zwaartekrachtcontractie, namen de temperatuur en druk in de darmen zo sterk toe dat spontaan een thermonucleaire reactie begon, waarbij waterstof werd omgezet in helium. Als gevolg hiervan steeg de temperatuur in het centrum van de zon zeer sterk (ongeveer 15.000.000 K), en de druk in de diepte ervan nam zo sterk toe (1,5x105 kg / m3) dat het in staat was de zwaartekracht in evenwicht te brengen en de zwaartekrachtcompressie te stoppen. Dit is hoe de moderne structuur van de zon is ontstaan.
Opmerking: de ster bevat een gigantisch reservoir met zwaartekrachtenergie. Maar je kunt er niet ongestraft energie uit halen. Het is noodzakelijk dat de zon krimpt en hij zou elke 30 miljoen jaar met 2 keer moeten afnemen. De totale toevoer van thermische energie in een ster is ongeveer gelijk aan zijn gravitatie-energie met het tegenovergestelde teken, dat wil zeggen in de orde van GM2 / R. Voor de zon is de thermische energie gelijk aan 4 * 1041 J. Elke seconde verliest de zon 4 * 1026 J. De reserve van zijn thermische energie zou slechts voldoende zijn voor 30 miljoen jaar. Thermonucleaire fusie bespaart - de combinatie van lichte elementen, vergezeld van een gigantische energie-afgifte. Voor het eerst werd op dit mechanisme, in de jaren 20 van de 20e eeuw, gewezen door de Engelse astrofysicus A. Edington, die opmerkte dat vier kernen van een waterstofatoom (proton) een massa hebben van 6,69 * 10-27 kg, en een heliumkern - 6, 65 * 10-27 kg. Het massadefect wordt verklaard door de relativiteitstheorie. Volgens de formule van Einstein is de totale energie van het lichaam gerelateerd aan de massa door de verhouding E = Ms2. De bindingsenergie in helium is één nucleon meer, wat betekent dat de potentiële put dieper is en de totale energie minder. Als helium op de een of andere manier wordt gesynthetiseerd uit 1 kg waterstof, komt er een energie vrij die gelijk is aan 6 * 1014 J. Dit is ongeveer 1% van de totale energie van de verbruikte splijtstof. Tot zover je energiereservoir.
Tijdgenoten waren echter sceptisch over de hypothese van Edington. Volgens de wetten van de klassieke mechanica is het nodig om de krachten van Coulomb-afstoting te overwinnen om protonen dichter bij een afstand in de orde van de actieradius van kernkrachten te brengen. Hiervoor moet hun energie de waarde van de Coulomb-barrière overschrijden. De berekening toonde aan dat om het proces van thermonucleaire fusie te starten, een temperatuur van ongeveer 5 miljard graden vereist is, maar de temperatuur in het centrum van de zon is ongeveer 300 keer lager. De zon leek dus niet heet genoeg om heliumfusie mogelijk te maken.
De hypothese van Edington werd gered door de kwantummechanica. In 1928 bracht de jonge Sovjetfysicus G. A. Gamow ontdekte dat, volgens zijn wetten, deeltjes met enige waarschijnlijkheid door de potentiële barrière kunnen sijpelen, zelfs als hun energie onder de hoogte is. Dit fenomeen wordt subbarrière of tunnelovergang genoemd. (Dit laatste geeft figuurlijk de mogelijkheid aan om aan de andere kant van de berg te komen zonder de top te beklimmen.) Met behulp van tunnelovergangen legde Gamow de wetten van radioactief a-verval uit en bewees daarmee voor het eerst de toepasbaarheid van kwantummechanica op nucleaire processen (bijna tegelijkertijd werden tunnelovergangen ontdekt door R. Henry en E. Condon). Gamow vestigde ook de aandacht op het feit dat, dankzij tunnelovergangen, botsende kernen dicht bij elkaar kunnen komen en een kernreactie kunnen aangaan bij energieënkleinere waarden van de Coulomb-barrière. Dit bracht de Oostenrijkse natuurkundige F. Houtermans (aan wie Gamow al voor de publicatie over zijn werk vertelde) en de astronoom R. Atkinson ertoe terug te keren naar Edingtons idee van de nucleaire oorsprong van zonne-energie. En hoewel de gelijktijdige botsing van vier protonen en twee elektronen om een heliumkern te vormen een uiterst onwaarschijnlijk proces is. In 1939 slaagde G. Bethe erin een ketting (cyclus) van nucleaire reacties te vinden die leidde tot de synthese van helium. De katalysator voor de synthese van helium in de Bethe-cyclus zijn de koolstofkernen C12, waarvan het aantal ongewijzigd blijftEn hoewel de gelijktijdige botsing van vier protonen en twee elektronen om een heliumkern te vormen een uiterst onwaarschijnlijk proces is. In 1939 slaagde G. Bethe erin een ketting (cyclus) van nucleaire reacties te vinden die leidde tot de synthese van helium. De katalysator voor de synthese van helium in de Bethe-cyclus zijn de koolstofkernen C12, waarvan het aantal ongewijzigd blijftEn hoewel de gelijktijdige botsing van vier protonen en twee elektronen om een heliumkern te vormen een uiterst onwaarschijnlijk proces is. In 1939 slaagde G. Bethe erin een ketting (cyclus) van nucleaire reacties te vinden die leidde tot de synthese van helium. De katalysator voor de synthese van helium in de Bethe-cyclus zijn de koolstofkernen C12, waarvan het aantal ongewijzigd blijft
Dus - in werkelijkheid kan alleen hun centrale deel met een massa van 10% van de totale massa als brandstof voor sterren dienen. Laten we eens berekenen hoelang de zon genoeg splijtstof heeft.
De totale energie van de zon is M * c2 = 1047 J, kernenergie (Ead) is ongeveer 1%, d.w.z. 1045 J, en rekening houdend met het feit dat niet alle materie kan verbranden, krijgen we 1044 J. Deel deze waarde door de helderheid van de zon 4 * 1026 J / s, we begrijpen dat zijn kernenergie 10 miljard jaar meegaat.
Over het algemeen bepaalt de massa van een ster ondubbelzinnig zijn verdere lot, aangezien de kernenergie van de ster Ead ~ Mc2 is en de helderheid zich ongeveer gedraagt als L ~ M3. De opbrandtijd wordt nucleaire tijd genoemd; het wordt gedefinieerd als tad = ~ Ead / L = 1010 (M / M van de zon) -2 jaar.
Hoe groter de ster, hoe sneller hij zichzelf verbrandt!.. De verhouding van drie karakteristieke tijden - dynamisch, thermisch en nucleair - bepaalt het karakter van de evolutie van de ster. Het feit dat de dynamische tijd veel korter is dan de thermische en nucleaire tijd, betekent dat de ster er altijd in slaagt om tot hydrostatisch evenwicht te komen. En het feit dat de thermische tijd korter is dan de nucleaire tijd, betekent dat de ster tijd heeft om tot thermisch evenwicht te komen, dat wil zeggen, om een evenwicht te vinden tussen de hoeveelheid energie die per tijdseenheid in het centrum vrijkomt en de hoeveelheid energie die wordt uitgezonden door het oppervlak van de ster (de helderheid van de ster). In de zon wordt elke 30 miljoen jaar de toevoer van thermische energie vernieuwd. Maar de energie in de zon wordt gedragen door straling. Dat betekent fotonen. Een foton, geboren in een thermonucleaire reactie in het midden, verschijnt op het oppervlak na een thermische tijd, ~ 30 miljoen jaar). Het foton beweegt met de snelheid van het licht, maarhet punt is dat het constant wordt geabsorbeerd en opnieuw wordt uitgezonden, waardoor het zijn baan enorm in de war brengt, zodat zijn lengte gelijk wordt aan 30 miljoen lichtjaar. De straling heeft zo lang de tijd gehad om in thermisch evenwicht te komen met de stof waardoor het beweegt. Daarom is het spectrum van sterren en ligt dicht bij het spectrum van een zwart lichaam. Als de bronnen van thermonucleaire energie vandaag zouden worden "uitgeschakeld" (zoals een gloeilamp), zou de zon miljoenen jaren blijven schijnen.dan zou de zon miljoenen jaren blijven schijnen.dan zou de zon miljoenen jaren blijven schijnen.
Maar zelfs als de profetie van Hawking en zijn vele voorgangers en gelijkgestemde mensen over de hele wereld voorbestemd is om uit te komen en de mensheid een "buitenaardse beschaving" gaat opbouwen, zal het lot van de aarde de mensen nog steeds zorgen baren. Daarom hebben veel astronomen een speciale interesse in sterren die vergelijkbaar zijn met de zon in hun parameters - vooral wanneer deze sterren in rode reuzen veranderen.
Zo bestudeerde een groep astronomen onder leiding van Sam Ragland, met behulp van een infrarood-optisch complex van drie gecombineerde telescopen, Arizona's Infrared-Optical Telescope Array, sterren met massa's van 0,75 tot 3 keer de massa van de zon, die het einde van hun evolutie naderden. Het naderende einde is vrij gemakkelijk te herkennen aan de lage intensiteit van de waterstoflijnen in hun spectra, en, in tegendeel, door de hoge intensiteit van de helium- en koolstoflijnen.
De balans van zwaartekracht- en elektrostatische krachten in dergelijke sterren is onstabiel, en waterstof en helium in hen wisselen elkaar af als een soort nucleaire brandstof, die veranderingen in de helderheid van de ster veroorzaakt met een periode van ongeveer 100 duizend jaar. Veel van dergelijke sterren brengen de laatste 200.000 jaar van hun leven door als variabelen van het wereldtype. (Wereldvariabelen zijn sterren waarvan de helderheid regelmatig verandert met een periode van 80 tot 1000 dagen. Ze zijn genoemd naar de "stamvader" van de klasse, de sterren van de wereld in het sterrenbeeld Cetus).
Illustratie: Wayne Peterson / LCSE / University of Minnesota
Een gerenderd model van een rode pulserende reus gemaakt in het Computational Science and Technology Laboratory aan de Universiteit van Minnesota. Binnenaanzicht van de kern van de ster: geel en rood - gebieden met hoge temperaturen, blauw en aqua - gebieden met lage temperaturen.
Het was in deze klasse dat een nogal onverwachte ontdekking plaatsvond: nabij de ster V 391 in het sterrenbeeld Pegasus werd een exoplaneet ontdekt, eerder ondergedompeld in de gezwollen schaal van de ster. Nauwkeuriger gezegd, de ster V 391 pulseert, waardoor zijn straal toeneemt en afneemt. De planeet, waarvan de ontdekking door een groep astronomen uit verschillende landen in het septembernummer van het tijdschrift Nature werd gerapporteerd, heeft een massa van meer dan drie keer de massa van Jupiter, en de straal van zijn baan is anderhalf keer de afstand tussen de aarde en de zon.
Toen V 391 het rode reuzenstadium passeerde, bereikte zijn straal minstens driekwart van die van zijn baan. Aan het begin van de uitzetting van de ster was de straal van de baan waarin de planeet zich bevond echter kleiner. De resultaten van deze ontdekking geven de aarde een kans om te overleven na de explosie van de zon, hoewel de parameters van de baan en de straal van de planeet zelf waarschijnlijk zullen veranderen.
De analogie wordt enigszins bedorven door het feit dat deze planeet, evenals zijn moederster, niet erg lijkt op de aarde en de zon. En nog belangrijker, V 391, toen hij transformeerde in een rode reus, "liet" een aanzienlijk deel van zijn massa "vallen", wat de planeet "redde"; maar dat gebeurt slechts bij twee procent van de reuzen. Hoewel het "dumpen" van de buitenste schalen met de transformatie van de rode reus in een geleidelijk afkoelende witte dwerg omgeven door een uitdijende gasnevel niet zo zeldzaam is.
Een te nauwe ontmoeting met zijn ster is het meest voor de hand liggende, maar niet het enige probleem dat de aarde te wachten staat van andere grote kosmische lichamen. Het is waarschijnlijk dat de zon zal veranderen in een rode reus, nadat hij onze melkweg al heeft verlaten. Het feit is dat ons Melkwegstelsel en het naburige gigantische sterrenstelsel, de Andromedanevel, al miljoenen jaren in interactie zijn met de zwaartekracht, wat er uiteindelijk toe zal leiden dat Andromeda de Melkweg naar zich toe trekt, en het zal onderdeel worden van dit grote sterrenstelsel. Onder de nieuwe omstandigheden zal de aarde een compleet andere planeet worden, en bovendien kan het zonnestelsel, net als honderden andere systemen, als resultaat van gravitatie-interactie letterlijk uit elkaar worden gescheurd. Aangezien de zwaartekracht van de Andromedanevel veel sterker is dan de zwaartekracht van de Melkweg,de laatste nadert het met een snelheid van ongeveer 120 km / s. Met behulp van computermodellen die zijn gemaakt met een nauwkeurigheid van 2,6 miljoen objecten, hebben astronomen vastgesteld dat sterrenstelsels over ongeveer 2 miljard jaar zullen convergeren en dat de zwaartekracht hun structuren zal gaan vervormen en lange, aantrekkelijke staarten van stof en gas, sterren en planeten zal vormen. Over nog eens 3 miljard jaar zullen de sterrenstelsels in direct contact komen, waardoor het nieuwe verenigde sterrenstelsel een elliptische vorm zal aannemen (beide sterrenstelsels worden tegenwoordig als spiraalvormig beschouwd). Over nog eens 3 miljard jaar zullen de sterrenstelsels in direct contact komen, waardoor het nieuwe verenigde sterrenstelsel een elliptische vorm zal aannemen (beide sterrenstelsels worden tegenwoordig als spiraalvormig beschouwd). Over nog eens 3 miljard jaar zullen de sterrenstelsels in direct contact komen, waardoor het nieuwe verenigde sterrenstelsel een elliptische vorm zal aannemen (beide sterrenstelsels worden tegenwoordig als spiraalvormig beschouwd).
Foto: NASA, ESA en The Hubble Heritage Team (STScI)
In deze afbeelding passeren twee spiraalstelsels (de grote is NGC 2207, de kleine - IC 2163) elkaar in het gebied van het sterrenbeeld Grote Hond, als majestueuze schepen. De getijdenkrachten van het sterrenstelsel NGC 2207 hebben de vorm van IC 2163 vervormd, waardoor sterren en gas in stromen worden gegooid die zich over honderdduizenden lichtjaren uitstrekken (in de rechterhoek van de afbeelding).
Het Harvard Smithsonian Center for Astrophysics Prof. Avi Loeb en zijn student TJ Cox suggereerden dat als we de hemel van onze planeet zouden kunnen observeren gedurende de beruchte 5 miljard jaar, dan zouden we in plaats van onze gebruikelijke Melkweg - een bleke streep van vage fonkelende stippen - miljarden nieuwe heldere sterren zien. In dit geval zou ons zonnestelsel zich "aan de rand" van een nieuwe melkweg bevinden - ongeveer honderdduizend lichtjaar vanaf het centrum in plaats van de huidige 25 duizend lichtjaar. Er zijn echter andere berekeningen: na de volledige versmelting van sterrenstelsels kan het zonnestelsel dichter bij het centrum van de melkweg komen (67.000 lichtjaar), of het kan gebeuren dat het in de "staart" valt - een verbindende schakel tussen sterrenstelsels. En in het laatste geval worden de planeten die zich daar bevinden vernietigd vanwege het zwaartekrachteffect.
De toekomst van de aarde, de zon, het zonnestelsel als geheel en de Melkweg beschouwen, is even opwindend als conventioneel wetenschappelijk. De enorme tijdsduur van voorspellingen, het gebrek aan feiten en de relatieve zwakte van technologie, evenals in grote mate de gewoonte van moderne mensen om in termen van film en thrillers te denken, beïnvloeden het feit dat aannames over de toekomst meer op science fiction lijken, alleen met speciale nadruk op het eerste woord.
