Эволюция звезд.Белые Карлики. Черные дыры

Реферат

Эволюция звезд. Белые  карлики. Черные дыры.

 

Выполнила ученица 11 класса «Б» Гимназии №587

Демидова Анастасия

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

1. Введение. Обоснование выбранной темы.
2. Общие сведения о строение вселенной.
3. Эволюция звезд- как, зачем и почему.
4. Белые карлики- что это?
5. Черные дыры- старые знакомые или неизведанные враги?
6. Заключение
7. Список использованной литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение. Обоснование  выбранной темы.

 

Вселенная- неисчерпаемый  источник загадок для человека вот  уже в течении многих столетий. Как древние люди смотрели на свет далеких, возможно уже потухших звезд с необъяснимым благоговением, так смотрим на них и мы. Люди 21 века. Кое-что уже зная о строение космоса мы все равно не можем объяснить себе его величие. Так и процессы, происходящие там, во многом за гранью нашего понимания.

Но все же каждому образованному человеку стоит знать некоторые факты  о строении вселенной. Именно это  и обосновало выбор мной данной темы. Ибо пока мы не узнаем то, что придумали  до нас мы никогда не сможем выяснить что-то новое.

В Древней Греции появилось учение  о том, что звезды это далекие солнца, но и их сущность оставалась неизвестной для для человека в те далекие времена.

Сократ сказал: «все это навсегда останется тайной для смертного и самим богам  жалко смотреть на старания человека разгадать то, что они навсегда скрыли от него…». Через две тысячи лет то же твердил и французский философ Огюст Конт: «мы ничего не можем узнать о звездах. Кроме того, что они существуют. Даже их температура навсегда останется неизвестной…».  Но и с тех пор многое изменилось. Современные научные изыскания, последние достижения в области техники позволяют человеку следить за вселенной, открывая все новые и новые ее грани.

За последние  сто лет, несмотря на пессимистические прогнозы древних ученых, удалось  выяснить основные, ранее неизвестные  факты, которые касаются природы звезд и физики процессов, которые происходят в их недрах. Астрономы шаг за шагом, постепенно, вторгаются в ту область человеческого познания, которая, если следовать Сократу, навсегда должна была стать для нас тайной.

Целью этой работы будет рассмотрение жизни звезды и ее эволюции. Мы попытаемся объяснить, что действительно означают понятия «Эволюция звезды», «Белые карлики» и «Черные дыры». Ибо, как уже было сказано, такие знания не помешают человеку, желающему развиваться.

Звезды вечны  с точки зрения человека, но они  не вечны с точки зрения самих  звезд. Звезды рождаются и стареют, время жизни человека мизерно  по сравнению с временем жизни  самой звезды. Но при помощи математического  аппарата и наблюдений вселенной  астрономы смогли рассчитать модели развития звезд в зависимости  от ее массы, радиуса и т.п. Поэтому  в нашей работе мы рассмотрим также  и процессы эволюции звезд.

Звезды это  горячие светящиеся небесные тела, подобные Солнцу. Звезды различаются  по размеру, температуре и яркости. По многих параметрам Солнце – типичная звезда, хотя кажется гораздо ярче и больше всех остальных звезд, поскольку  расположена намного ближе к  Земле. Даже ближайшая звезда (Проксима Кентавра) в 272 000 раз дальше от Земли, чем Солнце, поэтому звезды кажутся нам светлыми точками на небе. Хотя звезды рассыпаны по всему небосводу, мы видим их только ночью, а днем на фоне яркого рассеянного в воздухе солнечного света они не видны.

Живя на поверхности  Земли, мы находимся на дне воздушного океана, который непрерывно волнуется  и бурлит, преломляя лучи света  звезд, отчего они кажутся нам  мигающими и дрожащими. Космонавты на орбите видят звезды как цветные  немигающие точки.

Что же касается Звёздной эволюции в астрономии —  то это 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. В течение таких колоссальных промежутков времени изменения  оказываются весьма значительными.

Звезда начинает свою жизнь как холодное разрежённое  облако межзвёздного газа, сжимающееся  под действием собственного тяготения  и постепенно принимающее форму  шара. При сжатии энергия гравитации переходит в тепло, и температура  объекта возрастает. Когда температура  в центре достигает 15-20 миллионов  К, начинаются термоядерные реакции  и сжатие прекращается. Объект становится полноценной звездой.

Что ж, теперь, когда мы узнали основополагающие факты  можно начать детальное изучение.

 

Общие сведения о строение вселенной.

Многие, а может  быть, и почти все галактики  собраны в различные коллективы, которые называются группами, скоплениями  и сверхскоплениями. В группу может  входить всего три или четыре Галактики, а в сверхскопления –  десятки тысяч. Несколько лет  назад астрономы составили удивительную карту Вселенной. На ней каждая Галактика  представлена всего лишь точкой. На первый взгляд они рассеянны на карте  хаотично. Но приглядевшись можно  обнаружить группы, скопления и сверхскопления, причем последние представляются цепочками  точек.

Карта позволяет  обнаружить, что некоторые такие  цепочки соединяются и пересекаются, образуя какой-то сетчатый или ячеечный узор, напоминающий кружева или пчелиные соты размером ячеек в 100-300 мил. световых лет. Дальность действия современных телескопов достигает нескольких миллиардов световых лет. Это и есть размеры наблюдаемой Вселенной. Все небесные тела и системы поражают разнообразием свойств, сложностью строения. Хотя сама Вселенная в высшей степени однообразна и проста! Ее главное свойство – однородность.

У Вселенной  есть и еще одно важнейшее свойство, но о нем до конца 20-х годов 20-го века никто не догадывался: Вселенная  находится в движении – она  расширяется. Расстояние между скоплениями  и сверхскоплениями постоянно возрастает. Они как бы разбегаются друг от друга. А сеть ячеистой структуры  – растягивается.

Настоящий переворот  в науке о Вселенной произвели  в 1922 –24гг. работы петербургского математика Александра Александровича Фридмана. Опираясь на только что созданную  тогда Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир  – это не нечто застывшее и  неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь или  сжимаясь по строго определенным законам.

Окончательно  решить, расширяется Вселенная или  сжимается, помогли наблюдения в 1928-29гг. Хабблу. Он обнаружил, что далекие  Галактики и целые их коллективы разбегаются от нас во все стороны. В соответствии с предсказаниями Фридмана именно так и должно выглядеть  общее расширение Вселенной. Если Вселенная  расширяется, значит, в далеком прошлом  скопления и сверхскопления были ближе друг к другу. Более того, из теории Фридмана следует, что 15-20 миллиардов лет назад ни звезд, ни Галактик еще не существовало и все вещество было перемешано и сжато до колоссальной плотности. Это вещество имело тогда чудовищно высокую температуру.

В науке слово "Вселенная" имеет особый смысл. Под ним понимается наибольший объем  пространства вместе со всей материей и излучением, заключенными в нем, который может каким бы то ни было образом воздействовать на нас. Ученые Земли могут наблюдать только одну Вселенную, но никто не отрицает существование и других, только потому, что наши (далеко еще не совершенные) приборы не могут их установить.

Солнце - одна из миллиардов звезд. Есть звезды гораздо  больше Солнца (гиганты), есть и меньше него (карлики), Солнце ближе по своим  свойствам к карликовым звездам, чем к гигантам. Есть звезды горячие (они имеют бело-голубоватый цвет и температуру свыше 10000 градусов на поверхности, а некоторые до ста  тысяч градусов), есть холодные звезды (они красные, температура поверхности  около 3 тысяч градусов). Звезды находятся  очень далеко от нас, до ближайшей  звезды лететь со скоростью света (300000 км/с) целых 4 года, тогда как до Солнца можно долететь с такой скоростью за 8 минут.

Некоторые звезды образуют пары, тройки (двойные, тройные  звезды) и группы (рассеянные звездные скопления). Существуют и шаровые  звездные скопления, они содержат десятки  и сотни звезд и имеют форму  шара, с концентрацией звезд к  центру. В рассеянных скоплениях собраны  молодые звезды, а шаровые скопления  очень древние, в них звезды старые. Возле некоторых звезд существуют планеты. Есть ли на них жизнь, а тем  более цивилизации, пока не установлено. Но они вполне могут существовать.

Звезды образуют гигантские системы - Галактики. Галактика  имеет центр (ядро), плоские спиральные рукава, в которых сосредоточено  большинство звезд, и периферию, объемное облако из редких звезд. Звезды движутся в пространстве, они рождаются, живут и умирают. Такие звезды, как Солнце, живут примерно 10-15 миллиардов лет, и Солнце - звезда среднего возраста. Так что ему светить еще  очень долго. Массивные и горячие  звезды "сгорают" быстрее, и могут  взрываться как "сверхновые" звезды, оставляя после себя очень маленькие  и сверхплотные образования - белые  карлики, нейтронные звезды или "черные дыры", в которых плотность  материи столь высока, что никакие  частицы не могут преодолеть силы тяготения и вырваться оттуда. Кроме звезд, в Галактике содержатся облака космической пыли и газа, образующие туманности. Плоскость Галактики, где максимальное число звезд, газа и пыли, видна на небе как Млечный  Путь.

Наша Галактика - не единственная. Существует еще много  миллионов Галактик, состоящих из огромного числа звезд. Например, Магеллановы облака, Туманность Андромеды - это другие Галактики. Находятся  они на невообразимо больших расстояниях  от нас.

На нашем  небе звезды кажутся неподвижными, так как они очень далеко от нас, и их движение становится заметным только по прошествии десятков и сотен  тысяч лет. А рисунки созвездий  не изменились со времен Древней Греции и Рима и не изменятся еще очень  долго.

 

Созвездие - это  условно очерченная область на земном небе со всеми попавшими туда небесными  объектами. Границы созвездий были утверждены в 1925 году на конгрессе Международного астрономического союза. Звезды, входящие в созвездие, вовсе не обязательно близки между собой в пространстве. Одни из них близко к нам, другие - далеко, но это не существенно. Важно, чтобы они проецировались на данный участок земного неба.

Солнце, Луна и  планеты также проходят на фоне созвездий, но они все время движутся, смещаются  со временем на фоне звезд. Слово "планета" означает в переводе "блуждающая". Так древние наблюдатели отличали планеты от "неподвижных" звезд. Быстрее всего на фоне звезд перемещается Луна, за месяц она обходит полный круг, а Солнце - за год. Планеты при  этом двигаются одни быстрее, другие медленнее.

 

 

Эволюция звезд- как, зачем и  почему.

 

Итак, продолжим.

Первая стадия жизни звезды подобна солнечной  — в ней доминируют реакции  водородного цикла. В таком состоянии  он пребывает бо́льшую часть своей жизни, пока не закончатся запасы топлива в его ядре.

Когда в центре звезды весь водород превращается в  гелий, образуется гелиевое ядро, а  термоядерное горение водорода продолжается на его периферии.

В этот период структура звезды начинает меняться. Её светимость растёт, внешние слои расширяются, а температура поверхности  снижается — звезда становится красным  гигантом. Когда накопленная масса  гелиевого ядра становится значительной, оно не выдерживает собственного веса и начинает сжиматься; если звезда достаточно массивна, возрастающая при  этом температура может вызвать  дальнейшее термоядерное превращение  гелия в более тяжёлые элементы (гелий — в углерод, углерод  — в кислород, кислород — в  кремний, и наконец — кремний  в железо).

Эволюция звезды начинается в гигантском молекулярном облаке, также называемом звёздной колыбелью. Масса такого облака превышает  массу Солнца в 105 - 107 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 нём могут возникнуть возмущения, которые вызывают гравитационный коллапс  облака. Любые неоднородности в силах, действующих на массу облака, могут  инициировать процесс образования  звезды.

Молодые звёзды малой массы (до трёх масс Солнца) полностью  конвективны (перенос теплоты в жидкостях или газах происходит путем перемешивания самого вещества). Это ещё по сути протозвёзды, в центре которых только-только начинаются ядерные реакции, и всё излучение происходит, в основном, из-за гравитационного сжатия. Так как время нахождения этих звёзд в разряде молодых превышает возраст Вселенной, все представления об эволюции этих звёзд базируются только на численных расчётах и математическом моделировании.

 Молодые  звёзды промежуточной массы (от 2 до 8 массы Солнца) качественно эволюционируют  почти точно так же, как и  их меньшие сестры.

 Звезды  с массой больше 8 солнечных масс  уже обладают характеристиками  нормальных звезд, поскольку прошли  все промежуточные стадии и  достигли такой скорости ядерных  реакций, что они компенсировали  потери энергии на излучение,  пока накапливалась масса гидростатического  ядра. У этих звёзд истечение  массы и светимость настолько  велики, что не просто останавливают  коллапсирование ещё не ставших частью звезды внешних областей молекулярного облака, но, наоборот, отталкивает их прочь. Таким образом, масса образовавшейся звезды заметно меньше массы протозвёздного облака. Скорее всего, этим и объясняется отсутствие в нашей галактике звёзд больше чем 100—200 масс Солнца.