Рождение и гибель звезд - раздел Политика, НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Еще В 1920 Г., Задолго До Создания Ядерной Физики Английский, Астрофизик Арту...
Еще в 1920 г., задолго до создания ядерной физики английский, астрофизик Артур Эддингтон указал на реакцию превращения водорода в гелий как на возможный источник энергии звезд. Обсуждая проблему источников энергии звезд, он понял, что энергия звезды генерируется со скоростью, зависящей от температуры и плотности вещества звезды. Этот процесс должен саморегулироваться, чтобы звезда могла находиться в устойчивом состоянии. Эддингтона считают основоположником теоретических исследований физики звезд и межзвездной среды. По его мнению, мир открывается не только через наблюдения и логическое мышление, но и через религиозное постижение «невидимого мира», в который можно проникнуть только путем мистического опыта. Религиозный мистицизм не мешал ему быть естествоиспытателем. В науке издавна существовал обязательный принцип: «Не должно вводить Бога в научную теорию, даже если ты веруешь в него». Так поступали Лаплас, Ломоносов, Дарвин, Эддингтон, Хаббл.
В нашей Галактике ежегодно рождается примерно десяток звезд общей массой, равной примерно пяти массам Солнца. Возраст массивных звезд составляет примерно 10 млн. лет. По сравнению с другими объектами Галактики это небольшой возраст. Следовательно, эти звезды родились совсем недавно и не могли уйти далеко от места своего рождения. Одно из таких мест-скопление очень молодых звезд – туманность Ориона. На фоне Млечного Пути встречаются темные провалы. Здесь сосредоточены не только газы, но и мелкие твердые частицы–пылинки размером около 1 мкм (10-6 м) в количестве ~1% от массы всего газа. Детальное изучение Млечного Пути показало, что такие провалы (невидимые в оптический телескоп) встречаются в областях звездообразования, подобных туманности Ориона.
Известно, что межзвездный газ состоит на 67% по массе из водорода, на 28% из гелия и менее 5% приходится на все остальные элементы, включая кислород, углерод и азот. При относительно высокой плотности и низкой температуре, царящей в межзвездном газе, часть атомарного вещества должна была объединиться в молекулы. Молекулы объединялись в молекулярные облака. Газообразные молекулярные облака недоступны наблюдению в оптическом диапазоне, т.е. в диапазоне длин волн, воспринимаемых человеческим глазом. С помощью ракет и спутников удалось установить главную молекулу межзвездной среды – молекулу водорода Н2. При наблюдении межзвездного пространства радиотелескопами сантиметрового и миллиметрового диапазонов были обнаружены не только молекулы водорода, но и более сложные соединения. Среди них молекулы воды (Н2О), аммиака (NH3), формальдегида (Н2С=О), этилового спирта (С2Н5ОН) и даже простейшей аминокислоты – глицина.
Молекулярные облака являются центрами рождения звезд. Они имеют довольно сложное строение. Внутренняя часть молекулярного облака, состоящая почти полностью из молекулярного газа, покрыта слоем пыли, которая поглощает излучение близлежащих звезд. Снаружи слой пыли охвачен оболочкой, которая почти полностью состоит из слоя атомарного газа, поскольку проникающее в этот слой излучение звезд разрушает химические связи в молекулах, превращая молекулы в атомы. Еще в 1902 г. двадцатипятилетний английский физик-теоретик Д. Джинс (1877-1946) исследовал уравнения движения газа с учетом гравитации и установил, что они имеют два решения. Если масса газа мала и гравитационные силы невелики, а нагрет газ достаточно сильно, то в нем распространяется волна сжатия и разрежения – обычные звуковые колебания. Но если облако массивное и холодное, то тяготение побеждает газовое давление и облако начинает сжиматься, превращаясь в плотный газовый шар – звезду.
Джинс не ошибся. Именно эта модель образования звезд принята современной наукой. Когда плотность молекулярного облака при невысокой температуре становится настолько большой, что гравитация преодолевает газовое давление, облако начинает неудержимо сжиматься. Известны молекулярные облака самых разнообразных размеров и масс. Например, темная туманность Угольный Мешок имеет диаметр 12 парсек и массу, равную массе 5 тысяч Солнц. Существуют молекулярные облака, масса которых достигает миллиона солнечных масс.
Когда молекулярное облако начинает сжиматься, то небольшие неоднородности плотности в процессе сжатия усиливаются, и оно разрывается на части, каждая из которых продолжает самостоятельное сжатие. При сжатии возрастает температура, и давление газа препятствует сжатию. Но пока облако прозрачно для излучения, оно теряет энергию, охлаждается и сжатие продолжается. Практически наблюдается свободное падение вещества к центру облака. Оно уменьшается в размерах, но еще в миллион раз превышает размеры Солнца. Облако переходит в стадию протозвезды (греч. protos-первый).
При сжатии протозвезды плотность настолько возрастает, что вещество уже не пропускает видимый свет. Но протозвезда еще остается прозрачной для инфракрасного излучения и теряет энергию при сжатии за счет инфракрасного излучения. Сжатие продолжается только потому, что давление и температура увеличиваются не настолько, чтобы препятствовать сжатию. Наступает момент, когда температура достигает нескольких тысяч градусов. Молекулы распадаются на атомы, а при повышении температуры до 10 тыс. градусов атомы распадаются на ядра и электроны. Силы гравитационного взаимодействия возрастают, и облако разогревается до нескольких миллионов градусов. Сжатие практически прекращается, т.к. начинается термоядерная реакция. Энергия термоядерного синтеза полностью компенсирует потери веществом энергии за счет излучения. Протозвезда становится звездой. Так зажигаются звезды. В табл.2 приведены характеристики протозвезды с массой, равной массе Солнца [24, с. 613].
Все темы данного раздела:
ЧЕЛОВЕК-МЕРА ВСЕХ ВЕЩЕЙ
В повседневной жизни мы привыкли соразмерять объекты и явления с доступными нашему воображению величинами. Обоняние, осязание, вкус, слух, зрение-вот те инструменты, с помощью которых человек пости
Масштабы времени и пространства
Ничтожно малые или, наоборот, гигантские размеры объектов, а также ничтожно малые или гигантские интервалы времени присущи различным частям Вселенной (рис. 2). Но их можно дать в одном масштабе изм
Две грани культуры
Деление культуры на естественную и гуманитарную грани обусловлено особенностями мышления и исторической эволюцией культуры. Левое и правое полушария головного мозга действуют согласованно, но выпол
Вопросы для проверки знаний
1. Как вы считаете, необходима ли ранняя специализация при обучении детей в школах и лицеях гуманитарного или естественного профиля?
2. Известны ли вам выдающиеся деятели, которые проявили
Наука и нравственность. Воспитание и образование
Образование-это процесс формирования системы знаний, умений и навыков. Система знаний, умений и навыков передается от поколения к поколению в виде тех духовных богатств, которые накоп
Вопросы для проверки знаний
1. Ответственна ли наука за те бедствия, которые принесли научные открытия, использованные для создания химического, бактериологического, атомного оружия?
2. Что следует понимать под истин
Наука. Религия. Искусство
Русский религиозный философ Н.А. Бердяев (1874-1948) отмечал: «Научное знание–это такое знание, для достижения которого человек использует материал опыта и законы логики. Каждый новый элемент знани
Баллада примет
Я знаю, кто по-щегольски одет,
Я знаю, весел кто и кто не в духе,
Я знаю тьму кромешную и свет,
Я знаю – у монаха крест на брюхе,
Я знаю, как трезвонят завирухи,
МИР СИСТЕМ
Наш мир–это мир систем. Все объекты материального мира существуют в виде систем разной степени сложности. Мы говорим: стереосистема, солнечная система, нервная система, отопительная система, систем
Иерархия систем. Принцип иерархичности
Понятие «иерархия» означает, что части или элементы целого располагаются в порядке от низшего к высшему элементу (рис.4).
Человека
Деятельность–это физические и умственные операции, направленные на достижение результата. Результат всегда системен. Он представляет собой систему знаний, проектную и техническую документаци
Вопросы для проверки знаний
1. Что подразумевают под проблемной ситуацией?
2. Что называют целью?
3. Чем отличается алгоритм практической деятельности от алгоритма в математике?
4. Что называют прак
Принципы системности
Системность–всеобщее свойство материи. Осознание системности мира и модельности мышления шло постепенно. Системность всегда была методом науки. Системный взгляд на мир включает в себя систему понят
Вопросы для проверки знаний
1. В чем суть принципа иерархичности?
2. Почему свойства целого не сводятся к сумме свойств его частей?
3. Справедливо ли утверждение о том, что структуру имеет любая система?
Модели и моделирование
Модель-есть способ существования знаний. Другими словами, все наши знания существуют в виде моделей. Моделью называется объект-заменитель объекта-оригинала, который сохраняет некоторые свойства
М О М О М О
Рис.9. Прагматическая модель-средство управления и организации практических действий, образец, эталон
Основное различие между познавательной
Вопросы для проверки знаний
1. Какие объекты называются моделями?
2. Какие модели называются прагматическими?
3. Какие модели называются познавательными?
4. В чем различие между прагматическими и по
Методы науки
Метод–это путь исследования или совокупность приемов, действий, позволяющих решить поставленную задачу. Первый шаг к познанию окружающего мира начинается с наблюдений, с установления фактов.
Вопросы для проверки знаний
1. Что называют методом в науке?
2. Чем отличается факт или наблюдение от научного факта?
3. Почему требуется проверка наблюдений?
4. Что называют гипотезой?
5.
МИР МИКРОСИСТЕМ
«Кирпичиками» мироздания выступают элементарные частицы. Они называются так потому, что их строение не установлено, хотя состав некоторых из них уже известен. Несколько сот открытых
Элементарные частицы. Вещество и поле
В классификации элементарных частиц прослеживается некоторая иерархичность. Вещество-вид материи, состоящей из кварков и лептонов. В основном вещество построено из электронов и нуклонов (протоно
Т а б л и ц а 1
Фундаментальные частицы вещества
Поколения
Классы
Вопросы для проверки знаний
1. Что такое материя?
2. В чем различие форм материи?
3. Какие частицы называют фундаментальными?
4. Из каких э
Атомный уровень организации вещества
Атом–это микросистема, состоящая из ядра и электронов, движущихся в поле ядра. Размер любого атома имеет порядок 10-10 м, а размеры ядра 10-
Вопросы для проверки знаний
1. Почему атом называют микросистемой?
2. Можно ли утверждать, что электромагнитное поле-это поток энергии, не обладающий массой?
3. Справедливо ли утверждение, что не только тела
Молекулярный уровень организации вещества
Атомы, за исключением благородных газов, не существуют в свободном состоянии при стандартных условиях. За стандартные условия принимается атмосферное давление, равное 1,013×105 Па,
МИР МАКРОСИСТЕМ
Макросистемы-это твердые, жидкие, газообразные вещества, состоящие из множества взаимосвязанных атомов, молекул или ионов. Газ при высоких температурах переходит в ион
Вопросы для проверки знаний
1. Какие четыре состояния вещества называют макросистемами?
2. Назовите типы кристаллических решеток, классифицированные по типу химической связи или межмолекулярному взаимодействию.
ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
Превращение вещества происходит на любом уровне его организации. Превращаются элементарные частицы, атомы, молекулы и, соответственно, изменяются состав структура, энергетическое состояние твердого
Ядерные реакции
Ядерными называются реакции взаимодействия ядер между собой и с элементарными частицами. Например:
14N7 + 4Не2 ® 17О8
Химические реакции
Ядерные превращения вещества связаны с сильным взаимодействием элементарных частиц и ядер на расстояниях, соизмеримых с размерами атомных ядер, т.е. на расстояниях 10-15
Метаболизм
В живых организмах происходят процессы превращения вещества. Их поддерживает поток солнечной энергии. Растения, животные, микробы участвуют в непрерывном движении вещества и энергии. Подобно потоку
Фотосинтез
(накопление энергии)
6СО2
Вопросы для проверки знаний
1. Какой процесс называют метаболическим?
2. Чем отличается катаболизм от анаболизма?
3. Чем отличаются продуценты от консументов?
4. Чем отличается фотосинтез от клеточн
ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ. ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ
Энергияесть качественная и количественная характеристика движения и взаимодействия. В общем случае полная энергия системы включает кинетическую энергию движения системы, пот
Вопросы для проверки знаний
1. Что подразумевают под понятием «энергия»?
2. В чем различие полной энергии от кинетической, потенциальной и внутренней энергии системы?
3. Почему теплоту и работу называют форм
Живые системы
Количество свойств любой системы не имеет ограничений. Система обладает столькими свойствами, сколько обнаружено разных отношений ее с окружающей средой. Общность перечисленных выше свойств, присущ
Стереоизомеры
а)
Вопросы для проверки знаний
1. Что называют жизнью?
2. Что такое информация?
3. Включают ли метаболические процессы обмен веществом, энергией и информацией?
4. Являются ли носителем информации: а) в
Происхождение жизни
Научные концепции опираются на материальное происхождение жизни естественным путем на основе общих законов природы. В 1924 г. была опубликована книга русского биохимика А.И. Опарина (1894-1980) «Пр
Эволюция биосферы
Биосфера представляет собой живые системы (растения, животные, микробы), расположенные в части атмосферы, во всей гидросфере и поверхностном слое литосферы и существующие за счет потока солнечно
Современные взгляды на эволюцию живых систем
Основные факторы процесса эволюции, признаваемые наукой,–это положения, выдвинутые Дарвиным: изменчивость, наследственность и естественный отбор. Однако эти факторы сегодня понимаются по-нов
ВСЕЛЕННАЯ
Великий немецкий философ Иммануил Кант (1724-1804) писал о космосе и Вселенной в 1775 г.: «Мироздание с его неизменным величием, с его сияющими отовсюду бесконечными разнообразием и красотою привод
Пространство и время
Среди важнейших научных открытий двадцатого столетия достойное место занимает открытие расширяющейся Вселенной. Естествознанию пришлось расстаться с одним из основополагающих принципов, утверждавши
Экспериментальные доказательства расширяющейся Вселенной
В 1929 г. американский астроном Э. Хаббл (1889-1953) использовал эффект Доплера для доказательства расширяющейся Вселенной. Эффект Доплера состоит в изменении частоты колебаний n или длины волны l
Судьба Вселенной
По известной средней плотности вещества Вселенной можно предсказать ее судьбу. Однако определить точно плотность Вселенной не удается. Пока известны лишь сценарии изменения состояния Вселенной при
Эволюция Вселенной
До сих пор остается открытым вопрос о том, что существовало до начала расширения Вселенной. В последнее десятилетие ХХ века развитие космологии и физики элементарных частиц позволило теоретически р
Т а б л и ц а 2
Фазы эволюции протозвезды
Характеристика
Фаза 1-
формирование
Фаза
Вопросы для проверки знаний
1. Как рождаются звезды по модели Джинса?
2. Что такое протозвезда и какие фазы в своем развитии
она проходит?
3. Что такое молекулярные облака?
4. Как умирают з
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА В ГАЛАКТИКЕ
Солнечная система входит в состав Млечного Пути, или нашей Галактики (греч. galaktikos-млечный, молочный) – звездной системы, состоящей из сотен миллиардов звезд. С Земли это грандиозное скопление
Т а б л и ц а 3
Спектр электромагнитного излучения Солнца
Область
спектра
Длины волн
Прохож
Вопросы для проверки знаний
1. Что такое Млечный Путь и какое место занимает в нем Солнце?
2. Что входит в состав солнечной системы? Назовите планеты солнечной системы.
3. Что известно о внутреннем строении
Планета Земля в солнечной системе
Солнечная система–это связанные силами взаимного притяжения небесные тела с центральным телом–Солнцем. Кроме 9 больших планет с их
спутниками (известно больше 60) и более 5 тыс. малых план
Биосфера. Ноосфера
«Вся совокупность живых существ на поверхности нашей планеты образует как бы своего рода тонкую оболочку или покров. Этот слой живых существ – растений и животных, - находящийся в районе поверхност
Вопросы для проверки знаний
1. Дайте определение биосферы и поясните его.
2. Каковы особенности биосферы?
3. С чем связаны 11-летние циклы напряжения человеческой деятельности?Сформулируйте один из основных
Стратегия устойчивого развития
Озабоченность судьбами мира заставила итальянского экономиста, специалиста в области управления промышленностью А. Печчеи организовать в 1968 г встречу ученых разных специальностей из разных стран
ФИЗИЧЕСКИЕ КАРТИНЫ МИРА
Физика является наукой о наиболее общих свойствах материи, наукой о природе. Так на греческом языке звучит слово природа-physike < physis. Изучение природы началось с момента появления мыслящего
Новости и инфо для студентов