Umur Matahari dianggarkan oleh kebanyakan ahli astrofizik pada sekitar 4.59 bilion tahun. Ia dikelaskan sebagai bintang sederhana atau bahkan kecil - bintang seperti itu telah wujud lebih lama daripada saudara perempuannya yang lebih besar dan cepat pudar. Matahari sejauh ini berjaya menggunakan kurang daripada separuh hidrogen yang dikandungnya: daripada 70.6 peratus bahagian jisim bahan suria yang asal, 36.3 masih ada. Semasa tindak balas termonuklear, hidrogen di dalam Matahari berubah menjadi helium.
Agar tindak balas peleburan termonuklear dapat berjalan, suhu tinggi dan tekanan tinggi diperlukan. Inti hidrogen adalah proton - zarah unsur dengan muatan positif, daya tolakan elektrostatik bertindak di antara mereka, menghalangnya mendekat. Tetapi di dalamnya ada kekuatan daya tarikan universal yang penting, yang mencegah proton dari bertaburan. Sebaliknya, mereka mendorong proton agar berdekatan sehingga peleburan nuklear bermula. Sebahagian daripada proton berubah menjadi neutron, dan daya tolakan elektrostatik semakin lemah; akibatnya, cahaya matahari terbit. Para saintis menganggarkan bahawa pada tahap awal keberadaan Matahari, kilauannya hanya 70 persen dari apa yang dipancarkannya hari ini, dan dalam 6.5 bilion tahun akan datang, cahaya cahaya bintang hanya akan meningkat.
Namun, mereka terus berdebat dengan sudut pandang ini, yang paling meluas dan termasuk dalam buku teks. Dan topik utama untuk spekulasi adalah tepatnya komposisi kimia teras solar, yang hanya dapat dinilai berdasarkan data yang sangat tidak langsung. Salah satu teori yang bersaing menunjukkan bahawa unsur utama dalam teras suria bukanlah hidrogen sama sekali, tetapi besi, nikel, oksigen, silikon dan sulfur. Unsur cahaya - hidrogen dan helium - hanya terdapat di permukaan matahari, dan tindak balas peleburan difasilitasi oleh sebilangan besar neutron yang dipancarkan dari inti.
Oliver Manuel mengembangkan teori ini pada tahun 1975 dan telah berusaha meyakinkan masyarakat saintifik tentang kesahihannya sejak itu. Dia mempunyai sejumlah penyokong, tetapi kebanyakan ahli astrofizik menganggapnya tidak masuk akal.
Foto: NASA dan Pasukan Warisan Hubble (AURA / STScI)
Bintang berubah-ubah V838 Monocerotis terletak di pinggir galaksi kita. Gambar ini menunjukkan sebahagian sampul surat yang berdebu bintang. Cengkerang ini berukuran enam tahun cahaya. Gema cahaya itu, yang dapat dilihat sekarang, ketinggalan dalam kaitannya dengan lampu kilat itu sendiri hanya dua tahun. Ahli astronomi menjangkakan gema cahaya akan terus menyala persekitaran berdebu V838 Mon ketika ia berkembang sekurang-kurangnya sepanjang dekad ini.
Mana-mana teori yang betul, "solar solar" lambat laun akan habis. Kerana kekurangan hidrogen, tindak balas termonuklear akan mulai berhenti, dan keseimbangan antara mereka dan daya tarikan akan dilanggar, menyebabkan lapisan luar menekan pada inti. Dari penguncupan, kepekatan hidrogen yang tinggal akan meningkat, tindak balas nuklear akan meningkat, dan inti akan mula mengembang. Teori yang diterima umum meramalkan bahawa pada usia 7,5-8 miliar tahun (iaitu, setelah 4-5 miliar tahun), Matahari akan berubah menjadi raksasa merah: diameternya akan meningkat lebih dari seratus kali, sehingga orbit tiga planet pertama sistem suria akan berada di dalam bintang … Inti sangat panas, dan suhu cangkang raksasa rendah (sekitar 3000 darjah) - dan oleh itu warnanya merah.
Ciri khas gergasi merah adalah bahawa hidrogen tidak lagi dapat berfungsi sebagai "bahan bakar" untuk tindak balas nuklear di dalamnya. Sekarang helium, terkumpul di sana dalam jumlah besar, mula "terbakar". Dalam kes ini, terbentuk isotop berilium yang tidak stabil, yang apabila dihujani zarah alfa (iaitu inti helium yang sama), berubah menjadi karbon.
Video promosi:
Di sinilah kehidupan di Bumi, dan Bumi itu sendiri, kemungkinan besar sudah dijamin tidak akan ada lagi. Bahkan suhu rendah yang akan ada di pinggir suria pada waktu itu akan cukup bagi planet kita untuk menguap sepenuhnya.
Sudah tentu, umat manusia secara keseluruhan, seperti setiap orang secara individu, mengharapkan kehidupan kekal. Saat Matahari berubah menjadi gergasi merah mengenakan sekatan tertentu pada impian ini: jika manusia berjaya bertahan dari bencana seperti itu, ia hanya akan berada di luar buaiannya. Tetapi wajar diingat di sini bahawa salah seorang ahli fizik terhebat pada zaman kita, Stephen Hawking, telah lama berpendapat bahawa saat satu-satunya cara bagi manusia untuk bertahan hidup adalah penjajahan planet lain hampir tiba. Sebab-sebab intraterrestrial akan menjadikan buaian ini tidak dapat didiami lebih awal daripada sesuatu yang buruk terjadi pada Matahari.
Mari kita perhatikan masa yang lebih dekat di sini:
Berat = 1.99 * 1030 kg.
Diameter = 1.392.000 km.
Magnitud mutlak = +4.8
Kelas spektral = G2
Suhu permukaan = 5800 ° K
Tempoh orbit = 25 jam (tiang) -35 jam (khatulistiwa)
Tempoh revolusi di sekitar pusat galaksi = 200,000,000 tahun
Jarak ke pusat galaksi = 25000 cahaya. tahun
Kelajuan pergerakan di sekitar pusat galaksi = 230 km / saat.
Matahari. Bintang yang menghasilkan semua makhluk hidup dalam sistem kita adalah kira-kira 750 kali jisim dari semua badan lain dalam sistem suria, oleh itu semua yang ada di dalam sistem kita boleh dianggap berputar mengelilingi matahari sebagai pusat jisim yang sama.
Matahari adalah bola plasma pijar simetri bulat dalam keseimbangan. Mungkin timbul bersama-sama dengan badan suria lain dari nebula gas dan habuk kira-kira 5 bilion tahun yang lalu. Pada awal hidupnya, matahari kira-kira 3/4 hidrogen. Kemudian, kerana pengecutan graviti, suhu dan tekanan dalam usus meningkat begitu banyak sehingga reaksi termonuklear bermula secara spontan, di mana hidrogen diubah menjadi helium. Akibatnya, suhu di tengah Matahari meningkat dengan sangat kuat (sekitar 15,000,000 K K), dan tekanan di kedalamannya meningkat begitu banyak (1,5x105 kg / m3) sehingga dapat mengimbangi kekuatan graviti dan menghentikan mampatan graviti. Ini adalah bagaimana struktur moden Matahari muncul.
Nota: Bintang mengandungi takungan tenaga graviti raksasa. Tetapi anda tidak dapat menarik tenaga daripadanya tanpa hukuman. Matahari perlu menyusut, dan matahari harus berkurang sebanyak 2 kali setiap 30 juta tahun. Jumlah bekalan tenaga haba dalam bintang kira-kira sama dengan tenaga graviti dengan tanda bertentangan, iaitu, mengikut urutan GM2 / R. Untuk Matahari, tenaga termal sama dengan 4 * 1041 J. Setiap detik Matahari kehilangan 4 * 1026 J. Cadangan tenaga termalnya hanya akan mencukupi selama 30 juta tahun. Penjimatan termonuklear menjimatkan - gabungan unsur cahaya, disertai dengan pelepasan tenaga gergasi. Untuk pertama kalinya, mekanisme ini, sejak 20-an abad ke-20, ditunjukkan oleh ahli astrofizik Inggeris A. Edington, yang menyedari bahawa empat inti atom hidrogen (proton) mempunyai jisim 6,69 * 10-27 kg, dan inti helium - 6, 65 * 10-27 kg. Kecacatan jisim dijelaskan oleh teori relativiti. Menurut formula Einstein, jumlah tenaga badan berkaitan dengan jisim dengan nisbah E = Ms2. Tenaga pengikat dalam helium adalah satu nukleon lebih banyak, yang bermaksud bahawa sumur potensinya lebih dalam dan jumlah tenaganya kurang. Sekiranya helium disintesiskan dari 1 kg hidrogen, tenaga yang sama dengan 6 * 1014 J. akan dibebaskan. Ini adalah kira-kira 1% daripada jumlah tenaga bahan bakar yang dibelanjakan. Begitu banyak untuk simpanan tenaga anda.
Walau bagaimanapun, orang-orang sezaman ragu-ragu terhadap hipotesis Edington. Menurut undang-undang mekanik klasik, untuk mendekatkan proton ke jarak urutan radius aksi kekuatan nuklear, perlu mengatasi kekuatan tolakan Coulomb. Untuk ini, tenaga mereka mesti melebihi nilai penghalang Coulomb. Pengiraan menunjukkan bahawa untuk memulai proses peleburan termonuklear, suhu sekitar 5 miliar darjah diperlukan, tetapi suhu di pusat Matahari sekitar 300 kali lebih sedikit. Oleh itu, Matahari nampaknya tidak cukup panas untuk memungkinkan peleburan helium.
Hipotesis Edington diselamatkan oleh mekanik kuantum. Pada tahun 1928, ahli fizik Soviet muda G. A. Gamow mendapati bahawa, menurut undang-undangnya, zarah-zarah dapat dengan beberapa kebarangkalian meresap melalui penghalang yang berpotensi walaupun tenaga mereka berada di bawah ketinggiannya. Fenomena ini dipanggil sub-penghalang atau simpang terowong. (Yang terakhir secara kiasan menunjukkan kemungkinan menemukan diri di seberang gunung tanpa mendaki ke puncaknya.) Dengan menggunakan peralihan terowong, Gamow menjelaskan undang-undang peluruhan radioaktif dan dengan itu untuk pertama kalinya membuktikan keberlakuan mekanik kuantum terhadap proses nuklear (hampir pada masa yang sama, peralihan terowongan dilakukan) ditemui oleh R. Henry dan E. Condon). Gamow juga menarik perhatian pada kenyataan bahawa, berkat peralihan terowongan, inti bertabrakan dapat mendekati satu sama lain dan menimbulkan reaksi nuklear pada tenaganilai penghalang Coulomb yang lebih kecil. Ini mendorong ahli fizik Austria F. Houtermans (yang diberitahu oleh Gamow mengenai karyanya sebelum penerbitannya) dan ahli astronomi R. Atkinson kembali ke idea Edington mengenai asal nuklear tenaga suria. Dan walaupun perlanggaran serentak empat proton dan dua elektron untuk membentuk inti helium adalah proses yang sangat tidak mungkin. Pada tahun 1939, G. Bethe berjaya menemui rantai (kitaran) tindak balas nuklear yang membawa kepada sintesis helium. Pemangkin untuk sintesis helium dalam kitaran Bethe adalah inti karbon C12, yang jumlahnya tidak berubahDan walaupun perlanggaran serentak empat proton dan dua elektron untuk membentuk inti helium adalah proses yang sangat tidak mungkin. Pada tahun 1939, G. Bethe berjaya menemui rantai (kitaran) tindak balas nuklear yang membawa kepada sintesis helium. Pemangkin untuk sintesis helium dalam kitaran Bethe adalah inti karbon C12, yang jumlahnya tidak berubahDan walaupun perlanggaran serentak empat proton dan dua elektron untuk membentuk inti helium adalah proses yang sangat tidak mungkin. Pada tahun 1939, G. Bethe berjaya menemui rantai (kitaran) tindak balas nuklear yang membawa kepada sintesis helium. Pemangkin untuk sintesis helium dalam kitaran Bethe adalah inti karbon C12, yang jumlahnya tidak berubah
Jadi - pada hakikatnya, hanya bahagian tengahnya dengan jisim 10% dari jumlah jisim yang dapat berfungsi sebagai bahan bakar bintang. Mari kita mengira berapa lama matahari akan mempunyai bahan bakar nuklear yang mencukupi.
Jumlah tenaga Matahari adalah M * c2 = 1047 J, tenaga nuklear (Ead) kira-kira 1%, iaitu 1045 J, dan dengan mengambil kira hakikat bahawa tidak semua bahan boleh terbakar, kita mendapat 1044 J. Membahagi nilai ini dengan kecerahan Matahari 4 * 1026 J / s, kita dapati bahawa tenaga nuklearnya akan bertahan selama 10 bilion tahun.
Secara amnya, jisim bintang secara pasti menentukan nasibnya yang lebih jauh, kerana tenaga nuklear bintang itu adalah Ead ~ Mc2, dan kilauan berkelakuan kira-kira seperti L ~ M3. Waktu pembakaran dipanggil masa nuklear; ia ditakrifkan sebagai tad = ~ Ead / L = lO10 (M / M of the Sun) -2 tahun.
Semakin besar bintang, semakin cepat ia membakar dirinya sendiri!.. Nisbah tiga masa ciri - dinamik, terma dan nuklear - menentukan watak evolusi bintang. Fakta bahawa masa dinamik jauh lebih pendek daripada masa terma dan nuklear bermaksud bahawa bintang selalu berjaya mencapai keseimbangan hidrostatik. Dan hakikat bahawa masa terma kurang daripada masa nuklear bermakna bintang mempunyai masa untuk datang ke keseimbangan terma, iaitu, keseimbangan antara jumlah tenaga yang dilepaskan di pusat per unit masa dan jumlah tenaga yang dipancarkan oleh permukaan bintang (luminositi bintang). Di Matahari setiap 30 juta tahun, bekalan tenaga haba diperbaharui. Tetapi tenaga di bawah sinar matahari dibawa oleh radiasi. Itu bermaksud foton. Foton, lahir dalam tindak balas termonuklear di pusat, muncul di permukaan selepas waktu termal, ~ 30 juta tahun). Foton bergerak pada kelajuan cahaya, tetapi,masalahnya ialah, ia terus diserap dan dipancarkan semula, sangat membingungkan lintasannya, sehingga panjangnya sama dengan 30 juta tahun cahaya. Untuk sekian lama, radiasi mempunyai masa untuk masuk ke keseimbangan terma dengan bahan di mana ia bergerak. Oleh itu, spektrum bintang dan dekat dengan spektrum badan hitam. Sekiranya sumber tenaga termonuklear "dimatikan" (seperti bola lampu) hari ini, Matahari akan terus bersinar selama berjuta-juta tahun.maka matahari akan terus bersinar selama berjuta-juta tahun.maka matahari akan terus bersinar selama berjuta-juta tahun.
Tetapi walaupun ramalan Hawking dan banyak pendahulunya dan orang-orang yang berpikiran serupa di seluruh dunia ditakdirkan untuk menjadi kenyataan dan umat manusia terus membangun "peradaban luar angkasa", nasib Bumi masih akan membimbangkan orang. Oleh itu, banyak ahli astronomi mempunyai minat khusus terhadap bintang yang serupa dengan Matahari dalam parameternya - terutamanya apabila bintang-bintang ini berubah menjadi raksasa merah.
Oleh itu, sekumpulan ahli astronomi yang diketuai oleh Sam Ragland, menggunakan kompleks optik inframerah dari tiga teleskop gabungan Array Teleskop Infrared-Optik Arizona, menyelidiki bintang dengan massa 0,75 hingga 3 kali massa Matahari, menghampiri akhir evolusi mereka. Hampir menghampiri dengan mudah dikenali oleh intensiti rendah garis hidrogen dalam spektrum mereka, dan, sebaliknya, oleh intensiti tinggi garis helium dan karbon.
Keseimbangan daya graviti dan elektrostatik pada bintang seperti itu tidak stabil, dan hidrogen dan helium di dalamnya bergantian sebagai sejenis bahan bakar nuklear, yang menyebabkan perubahan kecerahan bintang dengan jangka masa sekitar 100 ribu tahun. Banyak bintang seperti itu menghabiskan 200 ribu tahun terakhir hidup mereka sebagai pemboleh ubah jenis dunia. (Pembolehubah dunia adalah bintang yang kecerahannya berubah secara berkala dengan jangka masa antara 80 hingga 1 ribu hari. Mereka dinamakan sempena "nenek moyang" kelas, bintang-bintang Dunia dalam rasi bintang Cetus).
Ilustrasi: Wayne Peterson / LCSE / University of Minnesota
Model gergasi berdenyut merah yang dihasilkan di Makmal Sains dan Teknologi Komputasi di University of Minnesota. Pandangan dalaman teras bintang: kuning dan merah - kawasan bersuhu tinggi, biru dan aqua - kawasan suhu rendah.
Di kelas inilah penemuan yang agak tidak dijangka berlaku: berhampiran bintang V 391 di buruj Pegasus, sebuah eksoplanet ditemui, sebelumnya tenggelam dalam cengkerang bintang yang bengkak itu. Lebih tepat lagi, bintang V 391 berdenyut, kerana radiusnya meningkat dan berkurang. Planet ini, penemuan yang sekumpulan ahli astronomi dari berbagai negara melaporkan dalam jurnal Nature edisi September, mempunyai jisim lebih dari tiga kali jisim Musytari, dan radius orbitnya adalah satu setengah kali jarak yang memisahkan Bumi dari Matahari.
Ketika V 391 melepasi tahap gergasi merah, radiusnya mencapai sekurang-kurangnya tiga perempat dari orbitnya. Namun, pada awal pengembangan bintang, radius orbit di mana planet ini berada semakin kecil. Hasil penemuan ini meninggalkan Bumi peluang untuk bertahan hidup setelah ledakan Matahari, walaupun parameter orbit, dan radius planet itu sendiri, cenderung berubah.
Analogi ini agak merosakkan kenyataan bahawa planet ini, dan juga bintang induknya, tidak begitu serupa dengan Bumi dan Matahari. Dan yang paling penting, V 391, ketika berubah menjadi gergasi merah, "menjatuhkan" sebahagian besar jisimnya, yang "menyelamatkan" planet ini; tetapi itu hanya berlaku pada dua peratus raksasa. Walaupun "pembuangan" cangkang luar dengan transformasi gergasi merah menjadi kerdil putih yang secara beransur-ansur menyejukkan dikelilingi oleh nebula gas yang berkembang, tidak begitu jarang berlaku.
Pertemuan yang terlalu dekat dengan bintangnya adalah yang paling jelas, tetapi bukan satu-satunya masalah ketika menunggu Bumi dari badan kosmik besar yang lain. Kemungkinan Matahari akan berubah menjadi gergasi merah, setelah meninggalkan galaksi kita. Faktanya ialah galaksi Bima Sakti kita dan galaksi raksasa tetangga, Andromeda Nebula, telah berinteraksi graviti selama berjuta-juta tahun, yang akhirnya akan menyebabkan Andromeda menarik Bima Sakti ke arah dirinya sendiri, dan ia akan menjadi sebahagian dari galaksi besar ini. Di bawah keadaan baru, Bumi akan menjadi planet yang sama sekali berbeza, lebih-lebih lagi, sebagai hasil interaksi graviti, sistem suria, seperti ratusan sistem lain, secara harfiah dapat terkoyak. Oleh kerana tarikan graviti Nebula Andromeda jauh lebih kuat daripada graviti Bima Sakti,yang terakhir menghampirinya dengan kelajuan kira-kira 120 km / s. Dengan menggunakan model komputer yang dibuat dengan ketepatan 2.6 juta objek, para astronom telah menentukan bahawa dalam kira-kira 2 miliar tahun, galaksi akan berkumpul, dan daya graviti akan mulai mengubah bentuk strukturnya, membentuk ekor debu dan gas yang panjang dan menarik, bintang dan planet. Setelah 3 miliar tahun lagi, galaksi akan bersentuhan langsung, akibatnya galaksi bersatu yang baru akan mengambil bentuk elips (kedua galaksi dianggap sebagai lingkaran sekarang). Setelah 3 miliar tahun lagi, galaksi akan bersentuhan langsung, akibatnya galaksi bersatu yang baru akan mengambil bentuk elips (kedua galaksi dianggap sebagai lingkaran sekarang). Dalam 3 miliar tahun lagi, galaksi akan bersentuhan langsung, akibatnya galaksi bersatu yang baru akan mengambil bentuk elips (kedua galaksi dianggap sebagai lingkaran sekarang).
Foto: NASA, ESA, dan Pasukan Warisan Hubble (STScI)
Dalam gambar ini, dua galaksi lingkaran (yang besar adalah NGC 2207, yang kecil - IC 2163) saling melintas di wilayah buruj Big Dog, seperti kapal-kapal yang megah. Kekuatan pasang surut galaksi NGC 2207 telah memutarbelitkan bentuk IC 2163, membuang bintang dan gas ke dalam arus yang membentang selama beratus-ratus ribu tahun cahaya (di sudut kanan gambar).
Pusat Astrofizik Harvard Smithsonian, Prof Avi Loeb dan pelajarnya TJ Cox mencadangkan bahawa jika kita dapat melihat langit planet kita melalui 5 bilion tahun yang terkenal, kemudian daripada Bimasakti kita yang biasa - corak pucat yang berkelip-kelip - kita akan melihat berbilion bintang terang baru. Dalam kes ini, sistem suria kita akan berada "di pinggiran" galaksi baru - kira-kira seratus ribu tahun cahaya dari pusatnya dan bukannya 25 ribu tahun cahaya sekarang. Walau bagaimanapun, terdapat pengiraan lain: setelah penggabungan galaksi sepenuhnya, sistem suria mungkin bergerak lebih dekat ke pusat galaksi (67,000 tahun cahaya), atau mungkin terjadi bahawa ia jatuh ke "ekor" - penghubung penghubung antara galaksi. Dan dalam kes terakhir, kerana kesan graviti, planet-planet yang berada di sana akan musnah.
Mengingat masa depan Bumi, Matahari, sistem suria secara keseluruhan, dan Bima Sakti sangat menarik kerana secara saintifiknya konvensional. Jangkaan ramalan yang panjang, kekurangan fakta dan kelemahan teknologi yang relatif, serta pada kebiasaan kebiasaan orang moden untuk berfikir dari segi pawagam dan thriller, mempengaruhi kenyataan bahawa andaian mengenai masa depan lebih mirip fiksyen ilmiah, hanya dengan penekanan khusus pada kata pertama.
