Автор работы: Пользователь скрыл имя, 04 Ноября 2014 в 00:56, реферат
Нашу звезду - Солнце - относят к средним или даже малым по величине, ничем не выдающимся небесным телам. Солнце – большой и массивный плазменный (плазма – ионизированный газ) шар, являющийся динамическим центром солнечной системы и источником света и тепла в ней. Эта звезда не прожила еще и половины срока, отведенного ей природой, - от рождения до смерти. Однако она уже израсходовала почти половину водорода, который в ядре светила превращается в гелий, высвобождая гигантскую энергию.
Солнце освещает и согревает нашу планету. Без его энергии была бы не возможна жизнь на нашей планете, не только человеку, но и всей флоре и фауне, которые нас окружают. Солнце – главный источник энергии, питающий происходящие на Земле процессы. Но не только тепло и свет получает Земля от Солнца. Различные виды солнечного излучения и потоки частиц постоянно оказывают влияние на жизнь нашей планеты. Огромное влияние оказывает Солнца на здоровье человека.
Английский учёный Хойл предложил гипотезу, по которой «протосолнце» при рождении было сгустком в некой газопылевой туманности, содержавшей магнитное поле. Тогда при некоторых условиях момент количества движения быстро вращающегося протосолнца уменьшился из-за тормозящего действия этого магнитного поля, а у вещества дисковой газопылевой туманности увеличился и далее сохранился у планет. Протосолнце стало вращаться медленно. Эта среда начала также пополняться истечением вещества с экватора протосолнца, когда скорость его вращения была всё же ещё достаточно велика, а диаметр равнялся диаметру орбиты Меркурия. Так создалось дисковое протопланетное облако. Дальнейшая эволюция облака соответствовала гипотезе Шмидта.
Изложенные выше гипотезы не давали объяснения многим вопросам, например: 1) откуда в Космосе появился водород и затем другие химические элементы, 2) почему образуется дискообразная или спиралевидная газопылевая туманность, 3) как первоначальное газопылевое облако могло окружить Солнце, чтобы из этого облака образовались планеты, 4) почему все планеты и обращаются вокруг Солнца и вращаются вокруг своих осей в одном направлении, 5) почему существуют «двойные» звёзды, 6) почему светятся холодные газопылевые массы космических туманностей, плотность распределения в которых молекул газа (в основном водорода) является ничтожной, т.е. недостаточной для этого.
Считается, например, в книге У Кэрри4, что из космического газа, состоящего в основном из водорода, возникают галактики и звёзды (новые солнца). В тоже время отмечается, что плотность водорода в пространстве Вселенной (например, в светлых туманностях) очень мала (0,05 - 1,6 атома в см3 ), а потому это количество атомов не может создавать такое свечение из-за их ионизации, чтобы оно могло быть обнаруженным с Земли при таком колоссальном удалении (выдвигаемая причина их ионизации - излучение ближайшей звезды - также является сомнительной). Не всегда земную аналогию о плывущих в небе облаках из паров воды можно переносить в Космос. Ведь согласно закону Авогадро каждый газ в нормальных условиях содержит в одном см3 26х1018 молекул.
Начиная с 1961 года эту гипотезу развивал английский космогонист Литтлтон, который внес в нее существенные улучшения.
Аналогичные представления можно увидеть в теории Джинса- Вулфсона, рассматриваемые дальше. Согласно гипотезе Джинса, исходная материя, из которой в дальнейшем образовывались планеты, была выброшена из Солнца (которое к тому времени было уже достаточно старым и похожим на нынешнее) при случайном прохождении в близи него некоторой звезды. Это прохождение было настолько близким, что практически его можно рассматривать как столкновение. При таком очень близком прохождении, благодаря примитивным силам, действовавшим со стороны налетевшей на Солнце звезды, из поверхностных слоев Солнца была выброшена струя газа. Эта струя остается в сфере притяжения Солнца и после того, как звезда уйдет от него. В дальнейшем струя сконденсируется и даст начало планетам. Но космогоническая гипотеза Джинса оказалась полностью несостоятельной .
Тем не менее, гипотеза Джинса - Вулфсона может считаться опорой совершенно нового взгляда на природу Солнца. Эта новейшая гипотеза разработана группой петербургских астрономов во главе с К.Бутусовым.
В 1973 году В. Бутусовым была опубликована работа «Свойства симметрии в Солнечной системе», где было описано «свойство дубплетности». Это свойство состоит в том, что почти каждое тело Солнечной системы продублировано, т.е. ему соответствует другое тело, близкое по массе и диаметру, причем тела, входящие в дубль, как правило находятся на соседних орбитах. Например, Юпитер - Сатурн, Уран - Нептун, Земля- Венера, Марс - Меркурий. Если мы предположим, что Солнце № 2 когда-то было основной компонентой в нашей системе, то оно ввиду своей большой массы быстрее расходовало энергию на излучение, быстрее сжигалось, и, в конце концов, пройдя стадию «красного гиганта» и сбросив оболочку, превратилось в нейтронную звезду, т.е. в «белого карлика». На настоящий момент, этот белый карлик остыл до «карлика коричневого» и вращается вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите. Несомненно, это тело что-то излучает, однако ввиду огромности незакартированного пространства в космосе и малых размеров тела (коричневый карлик может быть размером с землю) его поиски могут быть сопряжены со значительными трудностями.
Любопытно, что упоминание о втором Солнце можно найти и в древности. Цивилизация Шумеров (Шумерия), появившаяся 6 тысяч лет назад в южной части современного Ирака, на территории древней Месопотамии, обладала феноменальными астрономическими познаниями. На одной из древних шумерских иллюстраций изображено Солнце, окруженное всеми известными сегодня планетами. Между Марсом и Юпитером они помещали тело с сильно вытянутой орбитой, с периодом обращения 36 тысяч лет.
Еще более любопытным будет представление о строении Солнечной системы «Пифагорейцев» (4 век до н.э.). «Неопифагореец» Филолай помещал в центр мироздания центральный огонь - Хестну. Все планеты, в том числе и Земля, обращались вокруг этого огня, а Солнце, совершая тот же путь, играло роль зеркала, лишь отражая его блик. При этом на орбите Земли, в диаметрально противоположной точке, за хестной, двигалось подобное Земле тело - Антиземля.
Судя по всему, эта гипотеза является одной из первых научно обоснованных современных гипотез об образовании Солнечной системы. «Свойство симметрии Солнечной системы» открывают новые горизонты познаний ее строения. Следующим этапом в этом познании, будет поиск новых планет в нашей системе. Быть может, гипотетическая Антиземля существовала не только в воображении Филолая. Итак, на основании познаний естественных наук современного времени мы возвращаемся к истокам древности в представлении строения Солнечной системы.
Когда же в центре Солнца затухнут ядерные реакции синтеза, начнется новая схватка между центром и внешними слоями звезды. "Выгоревший" водород, пишут астрофизики, уступит внешнему давлению, центр сожмется. Но тогда повысится концентрация остатков еще не вступившего в ядерную реакцию водорода. Он разгорится "жарче", и центр снова расширится. В конце концов Солнце в возрасте 7,5 миллиарда лет "раздуется" и перейдет в стадию красного гиганта. Предполагается, что его диаметр превзойдет диаметр нынешнего Солнца в 160 раз. В таком состоянии светило проживет несколько миллионов лет. Оболочка этого шара будет относительно тонкой и нагретой лишь на 3000 градусов - отсюда и красный цвет звезды. Поверхностные слои сравнительно быстро рассеются. В центре же останется очень плотный шар, который станет еще разогреваться. При температуре 100 миллионов градусов ядерные реакции преодолеют новый порог: ядра гелия (полученные из водорода) начнут сливаться в ядра углерода. Гелий как топливо выделяет несоизмеримо больше энергии, чем сжигаемый водород. Солнце из красного гиганта за короткое время перейдет в состояние белого карлика. По размерам оно станет меньше нынешнего Солнца в десяток раз, но по светимости - в 40-50 раз больше. В таком виде наше светило проживет, возможно, около 100 миллионов лет.
Но когда придут к концу запасы и водорода и гелия, повторится бурное расширение светила - оно снова станет красным гигантом. Зона горения гелия переместится ближе к периферии. Светило, в которое превратится Солнце, потеряет стабильность: начнутся отдельные вспышки, происходящие оттого, что в ядерную реакцию включатся не затронутые ранее остатки гелия. Светимость будет то резко возрастать, то падать - такое показывают наблюдения за другими звездами. В отдельных случаях светимость звезды возрастает более чем в 5000 раз. Обычно это последний яркий акт умирания малых и средних по размеру звезд. Потом начинает усиливаться "солнечный ветер", то есть разбегание частиц звездной оболочки. Пройдут тысячи лет - и от красного гиганта останется лишь маленькое горячее ядро. Примерно 75 000 лет наше светило снова будет в стадии белого карлика, который излучает все слабее. Оставшаяся масса составит половину того, что Солнце имеет ныне, его диаметр уменьшится до 80 000 километров (вместо нынешних 1 391 980 километров), а плотность вещества достигнет двух миллионов тонн в каждом кубическом сантиметре. Вся история нашего ласкового, а порой и довольно жесткого Солнца, воспетого шаманами, жрецами, поэтами, займет 12,4 миллиарда лет5.
Совершенно ясно, что Солнце не будет существовать вечно, хотя впереди у него невероятно долгая жизнь Сейчас оно находится в среднем возрасте. Солнце имело запас топлива на 10-11 миллиардов лет. На переработку половины своего водородного топлива у него ушло 5 миллиардов лет. В конце своей жизни Солнце не будет просто медленно остывать, как думали раньше. Звезды не умирают тихо, а заканчивают существование в бурной борьбе со смертью. Когда полностью выгорит солнечное ядро, атомный огонь начнет медленно пожирать внешние слои звезды. Солнце, не менявшее на протяжении миллиардов лет своего размера, начнет увеличиваться в объеме и превратится в огромную красную звезду. Этот гигант поглотит сначала Меркурий и Венеру, а затем нагреет Землю до температуры свыше 1000 градусов. Всякая жизнь на нашей планете исчезнет на долгое время, испарится вода океанов и морей. Затем во внешних слоях Солнца возникнет новый источник энергии: из гелия будут рождаться более тяжелые атомы. Но и этот период быстро закончится. Внешняя оболочка Солнца будет сброшена, а ядро сожмется в так называемого белого карлика. Наперсток, заполненный веществом белого карлика, имеет массу в несколько тонн.
Астрономам известно множество звезд на всех стадиях их жизни. Среди них есть такие, каким было молодое Солнце. Есть звезды, похожие на наше светило в годы его зрелости. А, наблюдая за некоторыми, можно себе представить, как будет бороться Солнце со смертью. Учеными детально исследованы и белые карлики, и еще более плотные нейтронные звезды, словом, то, что остается от нормальных звезд. Часто говорят, что Солнце закончит свою жизнь в виде черной дыры. Так называют небольшие, но очень массивные объекты, притяжение которых столь велико, что задерживает вблизи себя даже свет. Поэтому их невозможно увидеть. Плотность вещества в черных дырах составляет миллиарды тонн в кубическом сантиметре. Иногда черные дыры - это остатки звезд, но только очень больших. Такие же звезды, как наше Солнце, остынет и сожмется, превратившись в шар ядерных отходов, так называемый белый карлик. В, нем плотность вещества составляет "всего" несколько тонн в кубическом сантиметре. Они не задерживают вблизи себя свет и хорошо видны в телескоп.
Итогом эволюции человеческих взглядов на строение Солнца в представлениях человечества о Солнечной системе стали многочисленные гипотезы, о ее происхождении.
Первой была гипотеза немецкого философа Э. Канта. В середине XVIII в. он изложил идею о возникновении Солнца из облака холодных пылинок, находящихся в хаотическом движении.
В 1796 г. французский учёный С. Лаплас подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности. По гипотезе Лапласа Солнечная система образовалась из огромной вращающейся раскалённой, газовой туманности с уплотнением в центре. Вращение привело к тому, что от центрального уплотнения отслаивались кольца. В кольцах образовывались сгустки, ставшие в итоге планетами. В Солнечной системе были обнаружены некоторые явления, которые теория Лапласа объяснить не могла.
В настоящее время все ведущие астрономы считают, что планеты (Земля и др.) никогда не были ни газовой, ни огненно-жидкой, а возникли из холодной газопылевой массы. Наиболее разработанной считается гипотеза советского академика О.Ю. Шмидта о возникновении планет из газопылевой среды По мнению Шмидта, планеты образовались из холодных, твёрдых частиц входящих в состав допланетной (протопланетной) туманности окружающей Солнце. Возникновение, которого в его гипотезе не рассматривается. Расчёты Шмидта объясняют существование планет – гигантов, однако согласно его расчётам получается что планеты – гиганты должны быть гораздо меньше, чем они есть на самом деле. Однако почти всё вышесказанное в этой гипотезе ряд ученых считает неубедительным. Трудность в ней вызывается также отсутствием объяснения того, как первоначальное газопылевое облако образовалось, могло окружить Солнце и получить момент вращения, имеющийся сейчас у планет.
Современная гипотеза предполагает возникновение Солнца из холодного газопылевого облака, которое увеличивалось, вращалось и состояло в основном из газа. Достигнув огромных размеров, гравитация заставила облако резко сжаться. Облако при этом сильно разогрелось. В его центре начались термоядерные реакции – родилась звезда Солнце. Извергаемые звездой газы устремились во внешнюю область допланетного облака, где остывали, образуя пыль (твердые частицы).
Существующие на сегодняшний день теории образования Солнечной системы, не являются окончательно завершёнными.
1 Тулинов, Владимир Филиппович. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М.: Юнити-дана, 2004 с.120.
2 Александровский Г. Солнечная система. Солнце. О будущем нашего Солнца журнал "Наука и Жизнь" № 8 2001
3 Шмuдm О. Ю. Возникновение планет и их спутников. Труды Геогр. Ин-та АН СССР. М.-Л, 1950, № 11
4 Кэри У. В поисках закономерностей развития Земли и Вселенной: История догм о науках о Земле. Пер. с англ. - М.: Мир, 1991 г
5 Александровский Г. Солнечная система. Солнце. О будущем нашего Солнца журнал "Наука и Жизнь" № 8 2001
Информация о работе Солнце как звезда, прошлое, настоящее и будущее солнца