Η επιφυλακτικότητα στην αμερικανική κοινωνία απέναντι στην πυρηνική ενέργεια που βασίζεται στην πυρηνική σχάση έχει οδηγήσει σε αύξηση του ενδιαφέροντος για τη σύντηξη υδρογόνου (θερμοπυρηνική αντίδραση). Αυτή η τεχνολογία έχει προταθεί ως εναλλακτικός τρόπος χρήσης των ιδιοτήτων του ατόμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή είναι μια εξαιρετική ιδέα στη θεωρία. Η σύντηξη υδρογόνου μετατρέπει την ύλη σε ενέργεια πιο αποτελεσματικά από την πυρηνική σχάση και αυτή η διαδικασία δεν συνοδεύεται από σχηματισμό ραδιενεργών αποβλήτων. Ωστόσο, δεν έχει δημιουργηθεί ακόμη ένας λειτουργικός θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας.

Σύντηξη στον ήλιο

Οι φυσικοί πιστεύουν ότι ο Ήλιος μετατρέπει το υδρογόνο σε ήλιο μέσω μιας αντίδρασης πυρηνικής σύντηξης. Ο όρος «σύνθεση» σημαίνει «συνδυασμός». Η σύντηξη υδρογόνου απαιτεί τις υψηλότερες θερμοκρασίες. Η ισχυρή βαρύτητα που δημιουργείται από την τεράστια μάζα του Ήλιου διατηρεί συνεχώς τον πυρήνα του σε συμπιεσμένη κατάσταση. Αυτή η συμπίεση παρέχει στον πυρήνα μια θερμοκρασία αρκετά υψηλή για την εμφάνιση θερμοπυρηνικής σύντηξης υδρογόνου.

Η ηλιακή σύντηξη υδρογόνου είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων. Πρώτον, δύο πυρήνες υδρογόνου (δύο πρωτόνια) συμπιέζονται έντονα, εκπέμποντας ένα ποζιτρόνιο, γνωστό και ως αντιηλεκτρόνιο. Ένα ποζιτρόνιο έχει την ίδια μάζα με ένα ηλεκτρόνιο, αλλά φέρει θετικό αντί αρνητικό φορτίο μονάδας. Εκτός από το ποζιτρόνιο, όταν τα άτομα υδρογόνου συμπιέζονται, απελευθερώνεται ένα νετρίνο - ένα σωματίδιο που μοιάζει με ηλεκτρόνιο, αλλά δεν έχει ηλεκτρικό φορτίο και είναι ικανό να διεισδύσει μέσω της ύλης σε μεγάλο βαθμό (Με άλλα λόγια, τα νετρίνα (χαμηλό -ενεργειακά νετρίνα) αλληλεπιδρούν εξαιρετικά ασθενώς με την ύλη. Η μέση ελεύθερη διαδρομή ορισμένων τύπων νετρίνων στο νερό είναι περίπου εκατό έτη φωτός. Είναι επίσης γνωστό ότι κάθε δευτερόλεπτο, χωρίς ορατές συνέπειες, περίπου 10 νετρίνα που εκπέμπονται από τον Ήλιο περνούν από το σώμα κάθε ανθρώπου στη Γη.).

Η σύνθεση δύο πρωτονίων συνοδεύεται από απώλεια μοναδιαίου θετικού φορτίου. Ως αποτέλεσμα, ένα από τα πρωτόνια γίνεται νετρόνιο. Έτσι λαμβάνεται ο πυρήνας του δευτερίου (που συμβολίζεται ως 2Η ή D) - ένα βαρύ ισότοπο υδρογόνου, που αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο.

Το δευτέριο είναι επίσης γνωστό ως βαρύ υδρογόνο. Ένας πυρήνας δευτερίου ενώνεται με ένα άλλο πρωτόνιο για να σχηματίσει έναν πυρήνα ηλίου-3 (He-3), που αποτελείται από δύο πρωτόνια και ένα νετρόνιο. Αυτό εκπέμπει μια δέσμη ακτινοβολίας γάμμα. Περαιτέρω, δύο πυρήνες ηλίου-3, που σχηματίστηκαν ως αποτέλεσμα δύο ανεξάρτητων επαναλήψεων της διαδικασίας που περιγράφηκε παραπάνω, συνδυάζονται για να σχηματίσουν έναν πυρήνα ηλίου-4 (He-4), που αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. Αυτό το ισότοπο ηλίου χρησιμοποιείται για την πλήρωση μπαλονιών ελαφρύτερων από τον αέρα. Στο τελικό στάδιο εκπέμπονται δύο πρωτόνια, τα οποία μπορεί να προκαλέσουν περαιτέρω ανάπτυξηαντιδράσεις σύνθεσης.

Στη διαδικασία της «ηλιακής σύντηξης», η συνολική μάζα της δημιουργούμενης ύλης υπερβαίνει ελαφρώς τη συνολική μάζα των αρχικών συστατικών. Το «τμήμα που λείπει» μετατρέπεται σε ενέργεια, σύμφωνα με τη διάσημη φόρμουλα του Αϊνστάιν:

όπου E είναι η ενέργεια σε τζάουλ, m είναι η "μάζα που λείπει" σε χιλιόγραμμα και c είναι η ταχύτητα του φωτός, η οποία είναι (στο κενό) 299.792.458 m/s. Ο ήλιος παράγει τεράστια ποσότητα ενέργειας με αυτόν τον τρόπο, αφού οι πυρήνες του υδρογόνου μετατρέπονται σε πυρήνες ηλίου ασταμάτητα και σε τεράστιες ποσότητες. Υπάρχει αρκετή ύλη στον Ήλιο για να συνεχιστεί η διαδικασία της σύντηξης του υδρογόνου για εκατομμύρια χιλιετίες. Με τον καιρό, η παροχή υδρογόνου θα τελειώσει, αλλά αυτό δεν θα συμβεί στη διάρκεια της ζωής μας.

Η εσωτερική δομή των αστεριών

Θεωρούμε το αστέρι ως σώμα που υπόκειται στη δράση διαφόρων δυνάμεων. Η βαρυτική δύναμη τείνει να έλκει την ύλη του άστρου προς το κέντρο, ενώ η πίεση του αερίου και του φωτός, που κατευθύνονται από το εσωτερικό, τείνουν να το ωθούν μακριά από το κέντρο. Εφόσον το αστέρι υπάρχει ως ένα σταθερό σώμα, επομένως, υπάρχει κάποιο είδος ισορροπίας μεταξύ των δυνάμεων που αγωνίζονται. Για να γίνει αυτό, η θερμοκρασία των διαφορετικών στρωμάτων σε ένα αστέρι πρέπει να ρυθμιστεί έτσι ώστε σε κάθε στρώμα η προς τα έξω ροή ενέργειας να οδηγεί στην επιφάνεια όλη την ενέργεια που είχε προκύψει κάτω από αυτό. Η ενέργεια παράγεται σε έναν μικρό κεντρικό πυρήνα. Για την αρχική περίοδο της ζωής ενός αστεριού, η συστολή του είναι πηγή ενέργειας. Αλλά μόνο μέχρι να ανέβει τόσο πολύ η θερμοκρασία ώστε να αρχίσουν οι πυρηνικές αντιδράσεις.

Σχηματισμός αστέρων και γαλαξιών

Η ύλη στο Σύμπαν βρίσκεται σε συνεχή ανάπτυξη, σε ποικίλες μορφές και καταστάσεις. Δεδομένου ότι οι μορφές της ύπαρξης της ύλης αλλάζουν, επομένως, διάφορα και διαφορετικά αντικείμενα δεν μπορούσαν να προκύψουν όλα ταυτόχρονα, αλλά σχηματίστηκαν σε διαφορετικές εποχές και επομένως έχουν τη δική τους συγκεκριμένη ηλικία, μετρημένη από την αρχή της γενιάς τους.

Τα επιστημονικά θεμέλια της κοσμογονίας τέθηκαν από τον Νεύτωνα, ο οποίος έδειξε ότι η ύλη στο διάστημα υπό την επίδραση της δικής της βαρύτητας χωρίζεται σε συμπιέσιμα κομμάτια. Η θεωρία του σχηματισμού συστάδων ύλης από τις οποίες σχηματίζονται τα αστέρια αναπτύχθηκε το 1902 από τον Άγγλο αστροφυσικό J. Jeans. Αυτή η θεωρία εξηγεί επίσης την προέλευση των Γαλαξιών. Σε ένα αρχικά ομοιογενές μέσο με σταθερή θερμοκρασία και πυκνότητα, μπορεί να συμβεί συμπύκνωση. Εάν η δύναμη της αμοιβαίας βαρύτητας σε αυτό υπερβαίνει τη δύναμη της πίεσης του αερίου, τότε το μέσο θα αρχίσει να συρρικνώνεται και εάν επικρατήσει η πίεση του αερίου, τότε η ουσία θα διαλυθεί στο διάστημα.

Πιστεύεται ότι η ηλικία του Μεταγαλαξία είναι 13-15 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτή η ηλικία δεν έρχεται σε αντίθεση με τις εκτιμήσεις ηλικίας για τα παλαιότερα αστέρια και τα σφαιρικά αστρικά σμήνη στον Γαλαξία μας.

Εξέλιξη αστεριών

Οι συμπυκνώσεις που έχουν προκύψει στο περιβάλλον αερίου και σκόνης του Γαλαξία και συνεχίζουν να συρρικνώνονται υπό την επίδραση της δικής τους βαρύτητας ονομάζονται πρωτάστρα. Καθώς το πρωτοάστρο συρρικνώνεται, η πυκνότητα και η θερμοκρασία του αυξάνονται και αρχίζει να ακτινοβολεί άφθονη στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος. Η διάρκεια της συμπίεσης των πρωτοαστέρων είναι διαφορετική: με μάζα μικρότερη από την ηλιακή μάζα - εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, και για τεράστια - μόνο εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια. Όταν η θερμοκρασία στα βάθη του πρωτοάστρου ανεβαίνει σε αρκετά εκατομμύρια Kelvin, αρχίζουν σε αυτά θερμοπυρηνικές αντιδράσεις μετατροπής του υδρογόνου σε ήλιο. Σε αυτή την περίπτωση, απελευθερώνεται τεράστια ενέργεια, αποτρέποντας την περαιτέρω συμπίεση και τη θέρμανση της ουσίας σε αυτοφωταύγεια - το πρωτοάστρο μετατρέπεται σε ένα συνηθισμένο αστέρι. Έτσι, το στάδιο συμπίεσης αντικαθίσταται από ένα στατικό στάδιο, που συνοδεύεται από μια σταδιακή «καύση» υδρογόνου. Στο στατικό στάδιο, το αστέρι περνά το μεγαλύτερο μέρος της ζωής του. Σε αυτό το στάδιο της εξέλιξης βρίσκονται τα αστέρια, τα οποία βρίσκονται στην κύρια ακολουθία «φάσματος-φωτεινότητα». Ο χρόνος παραμονής ενός άστρου στην κύρια ακολουθία είναι ανάλογος με τη μάζα του αστέρα, αφού η παροχή πυρηνικού καυσίμου εξαρτάται από αυτό και αντιστρόφως ανάλογος με τη φωτεινότητα, η οποία καθορίζει τον ρυθμό κατανάλωσης του πυρηνικού καυσίμου.

Όταν όλο το υδρογόνο στην κεντρική περιοχή μετατρέπεται σε ήλιο, σχηματίζεται ένας πυρήνας ηλίου μέσα στο αστέρι. Τώρα το υδρογόνο θα μετατραπεί σε ήλιο όχι στο κέντρο του άστρου, αλλά σε ένα στρώμα δίπλα στον πολύ καυτό πυρήνα του ηλίου. Όσο δεν υπάρχουν πηγές ενέργειας μέσα στον πυρήνα του ηλίου, θα συρρικνώνεται συνεχώς και, ταυτόχρονα, θα θερμαίνεται ακόμη περισσότερο. Η συστολή του πυρήνα οδηγεί σε μια πιο γρήγορη απελευθέρωση πυρηνικής ενέργειας σε ένα λεπτό στρώμα κοντά στο όριο του πυρήνα. Σε αστέρια με μεγαλύτερη μάζα, η θερμοκρασία του πυρήνα κατά τη συμπίεση γίνεται υψηλότερη από 80 εκατομμύρια Kelvin και αρχίζουν θερμοπυρηνικές αντιδράσεις σε αυτό, μετατρέποντας το ήλιο σε άνθρακα και στη συνέχεια σε άλλα βαρύτερα χημικά στοιχεία. Η ενέργεια που φεύγει από τον πυρήνα και τα περίχωρά του προκαλεί αύξηση της πίεσης του αερίου, υπό την επίδραση της οποίας διαστέλλεται η φωτόσφαιρα. Η ενέργεια που έρχεται στη φωτόσφαιρα από το εσωτερικό του άστρου απλώνεται τώρα σε μια μεγαλύτερη περιοχή από πριν. Ως αποτέλεσμα, η θερμοκρασία της φωτόσφαιρας μειώνεται. Το αστέρι κατεβαίνει από την κύρια ακολουθία, γίνεται σταδιακά κόκκινος γίγαντας ή υπεργίγαντας ανάλογα με τη μάζα και γίνεται παλιό αστέρι. Περνώντας από το στάδιο ενός κίτρινου υπεργίγαντα, το αστέρι μπορεί να αποδειχθεί παλλόμενο, δηλαδή σωματικό μεταβλητό αστέρι, και μείνε έτσι στη σκηνή του κόκκινου γίγαντα. Το διογκωμένο κέλυφος ενός αστεριού μικρής μάζας έλκεται ήδη ασθενώς από τον πυρήνα και, σταδιακά απομακρύνεται από αυτόν, σχηματίζει ένα πλανητικό νεφέλωμα. Μετά την τελική διασπορά του κελύφους, παραμένει μόνο ο θερμός πυρήνας του αστεριού - ένας λευκός νάνος.

Τα πιο ογκώδη αστέρια έχουν διαφορετική μοίρα. Εάν η μάζα ενός αστεριού είναι περίπου διπλάσια από τη μάζα του Ήλιου, τότε τέτοια αστέρια χάνουν τη σταθερότητά τους στα τελευταία στάδια της εξέλιξής τους. Συγκεκριμένα, μπορούν να εκραγούν ως σουπερνόβα και στη συνέχεια να συρρικνωθούν καταστροφικά σε μέγεθος σφαιρών με ακτίνα αρκετών χιλιομέτρων, δηλαδή να μετατραπούν σε αστέρια νετρονίων.

Ένα αστέρι με μάζα μεγαλύτερη από τη διπλάσια μάζα του Ήλιου θα χάσει την ισορροπία του και θα αρχίσει να συστέλλεται, είτε γίνεται αστέρι νετρονίων είτε αποτυγχάνοντας καθόλου να φτάσει σε μια σταθερή κατάσταση. Στη διαδικασία της απεριόριστης συμπίεσης, είναι πιθανό να μπορέσει να μετατραπεί σε μαύρη τρύπα.

λευκοί νάνοι

Οι λευκοί νάνοι είναι ασυνήθιστοι, πολύ μικροί, πυκνοί αστέρες με υψηλές επιφανειακές θερμοκρασίες. Σπίτι διακριτικό γνώρισμα εσωτερική δομήλευκοί νάνοι - γιγάντιοι σε σύγκριση με αστέρια κανονικής πυκνότητας. Λόγω της τεράστιας πυκνότητας, το αέριο στα βάθη των λευκών νάνων βρίσκεται σε ασυνήθιστη κατάσταση - εκφυλισμένο. Οι ιδιότητες ενός τέτοιου εκφυλισμένου αερίου δεν είναι καθόλου παρόμοιες με εκείνες των συνηθισμένων αερίων. Η πίεσή του, για παράδειγμα, είναι πρακτικά ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία. Η σταθερότητα ενός λευκού νάνου υποστηρίζεται από το γεγονός ότι η τεράστια βαρυτική δύναμη που τον συμπιέζει αντιτίθεται από την πίεση του εκφυλισμένου αερίου στα βάθη του.

Οι λευκοί νάνοι βρίσκονται στο τελικό στάδιο της εξέλιξης των άστρων όχι πολύ μεγάλων μαζών. Δεν υπάρχουν πια πυρηνικές πηγές στο αστέρι, και εξακολουθεί να λάμπει για πολύ καιρό, κρυώνοντας σιγά-σιγά. Οι λευκοί νάνοι είναι σταθεροί εάν η μάζα τους δεν υπερβαίνει περίπου το 1,4 ηλιακές μάζες.

αστέρια νετρονίων

Τα αστέρια νετρονίων είναι πολύ μικρά, υπερπυκνά ουράνια σώματα. Η μέση διάμετρός τους δεν είναι μεγαλύτερη από μερικές δεκάδες χιλιόμετρα. Τα αστέρια νετρονίων σχηματίζονται μετά την εξάντληση των θερμοπυρηνικών πηγών ενέργειας στο εσωτερικό ενός συνηθισμένου άστρου, εάν η μάζα του αυτή τη στιγμή υπερβαίνει τις 1,4 ηλιακές μάζες. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει πηγή θερμοπυρηνικής ενέργειας, η σταθερή ισορροπία του άστρου καθίσταται αδύνατη και αρχίζει η καταστροφική συμπίεση του άστρου προς το κέντρο - βαρυτική κατάρρευση. Εάν η αρχική μάζα του άστρου δεν υπερβαίνει μια ορισμένη κρίσιμη τιμή, τότε η κατάρρευση στα κεντρικά μέρη σταματά και σχηματίζεται ένα καυτό αστέρι νετρονίων. Η διαδικασία κατάρρευσης διαρκεί ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. Μπορεί να ακολουθηθεί είτε από τη ροή του εναπομείναντος κελύφους του άστρου στο καυτό αστέρι νετρονίων με την εκπομπή νετρίνων, είτε από την εκτίναξη του κελύφους λόγω της θερμοπυρηνικής ενέργειας της «άκαυτης» ύλης ή της ενέργειας περιστροφής. Μια τέτοια εκτίναξη συμβαίνει πολύ γρήγορα και από τη Γη μοιάζει με έκρηξη σουπερνόβα. Τα παρατηρούμενα αστέρια νετρονίων - τα πάλσαρ συχνά συνδέονται με υπολείμματα σουπερνόβα. Εάν η μάζα ενός αστέρα νετρονίων υπερβαίνει τις 3-5 ηλιακές μάζες, η ισορροπία του θα γίνει αδύνατη και ένα τέτοιο αστέρι θα είναι μια μαύρη τρύπα. Πολύ σημαντικά χαρακτηριστικά των άστρων νετρονίων είναι η περιστροφή και το μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο μπορεί να είναι δισεκατομμύρια ή τρισεκατομμύρια φορές ισχυρότερο από το μαγνητικό πεδίο της Γης.

Η πηγή ενέργειας του ήλιου

Η γνώση είναι δύναμη

κύκλος άνθρακα

Πώς μετατρέπεται το υδρογόνο σε ήλιο στο εσωτερικό των άστρων;Η πρώτη απάντηση σε αυτό το ερώτημα βρέθηκε ανεξάρτητα από τον Hans Bethe στις ΗΠΑ και τον Karl-Friedrich von Weizsäcker στο Γερμανία. Το 1938, ανακάλυψαν την πρώτη αντίδραση που μετατρέπει το υδρογόνο σε ήλιο και μπορεί να παρέχει την ενέργεια που απαιτείται για να διατηρηθούν ζωντανά τα αστέρια. Ήρθε η ώρα για αυτό: στις 11 Ιουλίου 1938, το χειρόγραφο του Weizsäcker ελήφθη από τους εκδότες του περιοδικού "Zeitschrift für Physik", και στις 7 Σεπτεμβρίου του ίδιου έτους, το χειρόγραφο του Bethe ελήφθη από τους εκδότες του περιοδικού "Physical Ανασκόπηση". Και τα δύο έγγραφα περιέγραψαν την ανακάλυψη του κύκλου του άνθρακα. Η Bethe και ο Critchfield έστειλαν ήδη μια εργασία στις 23 Ιουνίου που περιείχε το πιο σημαντικό μέρος του κύκλου πρωτονίων-πρωτονίων.

Αυτή η διαδικασία είναι αρκετά περίπλοκη. Για την εμφάνισή του, είναι απαραίτητο, εκτός από το υδρογόνο, να υπάρχουν στα αστέρια άτομα άλλων στοιχείων, όπως ο άνθρακας. Οι πυρήνες των ατόμων άνθρακα παίζουν το ρόλο των καταλυτών. Γνωρίζουμε καλά για τους καταλύτες από τη χημεία. Τα πρωτόνια συνδέονται με πυρήνες άνθρακα, όπου σχηματίζονται άτομα ηλίου. Στη συνέχεια, ο πυρήνας του άνθρακα ωθεί προς τα έξω τους πυρήνες ηλίου που σχηματίζονται από πρωτόνια, και ο ίδιος παραμένει αμετάβλητος ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας.

Το σχήμα δείχνει το σχήμα αυτής της αντίδρασης, που έχει τη μορφή κλειστού κύκλου. Σκεφτείτε αυτήν την αντίδρασηξεκινώντας από την κορυφή του σχήματος. Η διαδικασία ξεκινά με τον πυρήνα ενός ατόμου υδρογόνου που συγκρούεται με έναν πυρήνα άνθρακα με μαζικό αριθμό 12. Τον ορίζουμε ως C 12 . Λόγω του φαινομένου της σήραγγας, το πρωτόνιο μπορεί να υπερνικήσει τις ηλεκτρικές δυνάμεις απώθησης του πυρήνα του άνθρακα και να ενωθεί μαζί του.

Η μετατροπή του υδρογόνου σε ήλιο στον κύκλο του άνθρακα των αντιδράσεων Bethe στο εσωτερικό των άστρων. Τα κόκκινα κυματιστά βέλη δείχνουν ότι το άτομο εκπέμπει ένα κβάντο ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Ο νέος πυρήνας αποτελείται ήδη από δεκατρία βαριά στοιχειώδη σωματίδια. Λόγω του θετικού φορτίου του πρωτονίου, το φορτίο του αρχικού πυρήνα άνθρακα αυξάνεται. Στην περίπτωση αυτή, προκύπτει ένας πυρήνας αζώτου με μαζικό αριθμό 13. Ονομάζεται ως N 13. Αυτό το ισότοπο αζώτου είναι ραδιενεργό και μετά από λίγο εκπέμπει δύο σωματίδια φωτός: ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο - ένα στοιχειώδες σωματίδιο, για το οποίο θα ακούσουμε αργότερα. Έτσι, ο πυρήνας του αζώτου μετατρέπεται σε πυρήνα άνθρακα με μαζικό αριθμό 13, δηλ. στο Γ 13 . Αυτός ο πυρήνας έχει πάλι το ίδιο φορτίο με τον πυρήνα του άνθρακα στην αρχή του κύκλου, αλλά ο μαζικός του αριθμός είναι ήδη ένας ακόμη. Τώρα έχουμε έναν πυρήνα άλλου ισοτόπου άνθρακα. Εάν ένα άλλο πρωτόνιο συγκρουστεί με αυτόν τον πυρήνα, τότε ο πυρήνας του αζώτου εμφανίζεται ξανά. Ωστόσο, τώρα έχει μαζικό αριθμό 14, που είναι N 14 . Εάν ένα νέο άτομο αζώτου συγκρουστεί με ένα άλλο πρωτόνιο, τότε πηγαίνει στο O 15, δηλ. σε έναν πυρήνα οξυγόνου με μαζικό αριθμό 15. Αυτός ο πυρήνας είναι επίσης ραδιενεργός, εκπέμπει πάλι ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο και πηγαίνει σε N 15 - άζωτο με αριθμό μάζας 15. Βλέπουμε ότι η διαδικασία ξεκίνησε με άνθρακα με μάζα αριθμός 12 και οδήγησε στην εμφάνιση αζώτου με αριθμό μάζας 15. Έτσι, η διαδοχική προσθήκη πρωτονίων οδηγεί στην εμφάνιση ολοένα και βαρύτερων πυρήνων. Αφήστε ένα άλλο πρωτόνιο να ενώσει τον πυρήνα N 15, στη συνέχεια δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια πετάξουν έξω από τον σχηματισμένο πυρήνα μαζί, τα οποία σχηματίζουν τον πυρήνα του ηλίου. Ο βαρύς πυρήνας μετατρέπεται και πάλι στον αρχικό πυρήνα άνθρακα. Ο κύκλος είναι κλειστός.

Ως αποτέλεσμα, τέσσερα πρωτόνια συνδυάζονται και σχηματίζουν έναν πυρήνα ηλίου: το υδρογόνο μετατρέπεται σε ήλιο. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία είναι αρκετή για να λάμπουν τα αστέρια για δισεκατομμύρια χρόνια.

Η θέρμανση της αστρικής ύλης δεν συμβαίνει σε όλα τα στάδια της αλυσίδας των αντιδράσεων που εξετάσαμε. Η αστρική ύλη θερμαίνεται εν μέρει λόγω των κβάντων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, τα οποία μεταφέρουν την ενέργειά τους στο αστρικό αέριο, και εν μέρει λόγω των ποζιτρονίων, τα οποία σχεδόν αμέσως εκμηδενίζονται με τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του αστρικού αερίου. Κατά την εκμηδένιση των ποζιτρονίων και των ηλεκτρονίων σχηματίζονται επίσης κβάντα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η ενέργεια αυτών των κβαντών μεταφέρεται στην αστρική ύλη. Ένα μικρό μέρος της απελευθερωμένης ενέργειας απομακρύνεται από το αστέρι μαζί με τα εξερχόμενα νετρίνα. Θα εξετάσουμε αργότερα μερικές σκοτεινές ερωτήσεις που σχετίζονται με τα νετρίνα.

Το 1967 βραβεύτηκε το Beta βραβείο Νόμπελστη φυσική για την ανακάλυψη του κύκλου του άνθρακα, τον οποίο έκανε το 1938 μαζί με τον von Weizsäcker. Σε αυτή την περίπτωση, η Επιτροπή Νόμπελ προφανώς ξέχασε ότι η τιμή αυτής της ανακάλυψης δεν ανήκει μόνο στην Beta.

Γνωρίζουμε ότι ο κυκλικός μετασχηματισμός συμβαίνει παρουσία καταλυτικών στοιχείων: άνθρακα και αζώτου. Αλλά στο αστρικό εσωτερικό, και τα τρία στοιχεία δεν χρειάζεται να υπάρχουν. Ένα από αυτά είναι αρκετό. Εάν ξεκινήσει τουλάχιστον μία αντίδραση του κύκλου, τότε τα στοιχεία-καταλύτες θα εμφανιστούν ως αποτέλεσμα των επόμενων σταδίων των αντιδράσεων. Επιπλέον, η ροή μιας κυκλικής αντίδρασης οδηγεί στο γεγονός ότι υπάρχει μια καλά καθορισμένη ποσοτική αναλογία μεταξύ των απρόθυμων ισοτόπων. Αυτή η ποσοτική αναλογία εξαρτάται από τη θερμοκρασία στην οποία πραγματοποιείται ο κύκλος. Οι αστροφυσικοί μπορούν τώρα, με τη βοήθεια των φασματοσκοπικών μεθόδων τους, να πραγματοποιήσουν μια αρκετά ακριβή ποσοτική ανάλυση της κοσμικής ύλης. Με την αναλογία μεταξύ του αριθμού των ισοτόπων C 12 , C 13 , N 14 και N 15 είναι συχνά δυνατό όχι μόνο να διαπιστωθεί ότι στο αστρικό εσωτερικό υπάρχει ένας μετασχηματισμός της ύλης σύμφωνα με τον κύκλο του άνθρακα, αλλά και σε ποια θερμοκρασία εμφανίζονται αντιδράσεις. Ωστόσο, το υδρογόνο μπορεί να μετατραπεί σε ήλιο όχι μόνο μέσω του κύκλου του άνθρακα. Μαζί με τις αντιδράσεις του κύκλου του άνθρακα, συμβαίνουν και άλλοι, απλούστεροι μετασχηματισμοί. Αυτοί έχουν την κύρια συμβολή τουλάχιστονστον Ήλιο) στην απελευθέρωση ενέργειας. Στη συνέχεια, στραφούμε στην εξέταση αυτών των αντιδράσεων.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι στην πρώιμη περίοδο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το μικροσκοπικό, πολύ καυτό σύμπαν επεκτάθηκε και ψύχθηκε έως ότου τα πρωτόνια και τα νετρόνια μπόρεσαν να συνδυαστούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν ατομικούς πυρήνες. Ποιοι πυρήνες προέκυψαν και σε ποια αναλογία; Αυτό είναι ένα πολύ ενδιαφέρον πρόβλημα για τους κοσμολόγους (επιστήμονες που ασχολούνται με την προέλευση του σύμπαντος), ένα πρόβλημα που τελικά θα μας φέρει πίσω στην εξέταση των νέων και των σουπερνόβα. Ας το δούμε λοιπόν με κάποια λεπτομέρεια.

Οι ατομικοί πυρήνες έχουν μια σειρά από ποικιλίες. Για να κατανοήσουμε αυτές τις ποικιλίες, ταξινομούνται ανάλογα με τον αριθμό των πρωτονίων που υπάρχουν σε αυτούς τους πυρήνες. Αυτός ο αριθμός κυμαίνεται από 1 έως 100 ή περισσότερο.

Κάθε πρωτόνιο έχει ηλεκτρικό φορτίο +1. Τα άλλα σωματίδια που υπάρχουν στους πυρήνες είναι νετρόνια, τα οποία δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Επομένως, το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο ενός ατομικού πυρήνα είναι ίσο με τον αριθμό των πρωτονίων που περιέχονται σε αυτόν. Ένας πυρήνας που περιέχει ένα πρωτόνιο έχει φορτίο +1, ένας πυρήνας με δύο πρωτόνια έχει φορτίο +2, ένας πυρήνας με δεκαπέντε πρωτόνια έχει φορτίο +15 κ.ο.κ. Ο αριθμός των πρωτονίων σε έναν δεδομένο πυρήνα (ή ένας αριθμός που εκφράζει το ηλεκτρικό φορτίο του πυρήνα) ονομάζεται ατομικός αριθμός.

Το σύμπαν ψύχεται όλο και περισσότερο, και κάθε πυρήνας είναι ήδη σε θέση να πιάσει έναν ορισμένο αριθμό ηλεκτρονίων. Κάθε ηλεκτρόνιο έχει ηλεκτρικό φορτίο -1 και επειδή έλκονται αντίθετα φορτία, το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο τείνει να παραμένει κοντά στον θετικά φορτισμένο πυρήνα. Υπό κανονικές συνθήκες, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που μπορεί να συγκρατήσει ένας μόνος πυρήνας είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων σε αυτόν τον πυρήνα. Όταν ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που τον περιβάλλουν, το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο του πυρήνα και των ηλεκτρονίων είναι μηδέν και ο συνδυασμός τους δίνει ένα ουδέτερο άτομο. Ο αριθμός των πρωτονίων ή των ηλεκτρονίων αντιστοιχεί στον ατομικό αριθμό.

Μια ουσία που αποτελείται από άτομα με τον ίδιο ατομικό αριθμό ονομάζεται στοιχείο. Για παράδειγμα, το υδρογόνο είναι ένα στοιχείο που αποτελείται από άτομα των οποίων οι πυρήνες περιέχουν ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο κοντά του. Ένα τέτοιο άτομο ονομάζεται "άτομο υδρογόνου", και ο πυρήνας ενός τέτοιου ατόμου ονομάζεται "πυρήνας υδρογόνου". Έτσι, ο ατομικός αριθμός του υδρογόνου είναι 1. Το ήλιο αποτελείται από άτομα ηλίου που περιέχουν πυρήνες με δύο πρωτόνια, επομένως ο ατομικός αριθμός του ηλίου είναι 2. Ομοίως, το λίθιο έχει ατομικό αριθμό 3, το βηρύλλιο - 4, το βόριο - 5, ο άνθρακας - 6, άζωτο - 7, οξυγόνο - 8, κ.λπ.

Με τη βοήθεια της χημικής ανάλυσης της ατμόσφαιρας, του ωκεανού και του εδάφους της Γης, διαπιστώθηκε ότι υπάρχουν 81 σταθερά στοιχεία, δηλαδή 81 στοιχεία που δεν θα υποστούν επ' αόριστον καμία αλλαγή στις φυσικές συνθήκες.

Ελάχιστα σύνθετο άτομοστη Γη (από τα πραγματικά υπάρχοντα) είναι ένα άτομο υδρογόνου. Η αύξηση του ατομικού αριθμού θα μας οδηγήσει στο πιο περίπλοκο σταθερό άτομο στη Γη. Αυτό είναι ένα άτομο βισμούθιου με ατομικό αριθμό 83, δηλαδή, κάθε πυρήνας βισμούθιου περιέχει 83 πρωτόνια.

Δεδομένου ότι υπάρχουν συνολικά 81 σταθερά στοιχεία, δύο αριθμοί πρέπει να παραληφθούν από τη λίστα των ατομικών αριθμών, και αυτό ισχύει: τα άτομα με 43 πρωτόνια και 61 πρωτόνια είναι ασταθή, τα στοιχεία με ατομικούς αριθμούς 43 και 61 που έχουν υποστεί χημική ανάλυση δεν είναι βρίσκεται σε φυσικά υλικά.

Αυτό, ωστόσο, δεν σημαίνει ότι στοιχεία με ατομικούς αριθμούς 43 και 61 ή με αριθμούς μεγαλύτερους από 83, δεν μπορούν να υπάρχουν προσωρινά. Αυτά τα άτομα είναι ασταθή, επομένως αργά ή γρήγορα, σε ένα ή περισσότερα βήματα, θα διασπαστούν σε άτομα που παραμένουν σταθερά. Αυτό δεν συμβαίνει απαραίτητα αμέσως, αλλά μπορεί να πάρει πολύ χρόνο. Το θόριο (ατομικός αριθμός 90) και το ουράνιο (ατομικός αριθμός 92) απαιτούν δισεκατομμύρια χρόνια ατομικής διάσπασης για να γίνουν σταθερά άτομα μολύβδου (ατομικός αριθμός 82).

Στην πραγματικότητα, για όλα τα μεγάλα δισεκατομμύρια χρόνια ύπαρξης της Γης, μόνο ένα μέρος του θορίου και του ουρανίου, που υπήρχαν αρχικά στη δομή της, κατάφερε να αποσυντεθεί. Περίπου το 80% του αρχικού θορίου και το 50% του ουρανίου έχουν ξεφύγει από την αποσύνθεση και σήμερα μπορούν να βρεθούν ακόμα στα πετρώματα της επιφάνειας της γης.

Αν και και τα 81 σταθερά στοιχεία (συν το θόριο και το ουράνιο) υπάρχουν στον φλοιό της γης (τα ανώτερα στρώματά της), αλλά σε διαφορετικές ποσότητες. Τα πιο κοινά είναι το οξυγόνο (ατομικός αριθμός 8), το πυρίτιο (14), το αλουμίνιο (13) και ο σίδηρος (26). Το οξυγόνο αποτελεί το 46,6% του φλοιού της γης, το πυρίτιο - 27,7%, το αλουμίνιο - 8,13%, ο σίδηρος -5%. Αυτά τα τέσσερα σχηματίζουν σχεδόν τα επτά όγδοα του φλοιού της γης, το ένα όγδοο - όλα τα άλλα στοιχεία.

Φυσικά, αυτά τα στοιχεία σπάνια υπάρχουν στην καθαρή τους μορφή. Με την ανάμειξη, τείνουν να συνδέονται μεταξύ τους. Αυτοί οι συνδυασμοί (ή συνδυασμοί στοιχείων) ατόμων ονομάζονται ενώσεις. Τα άτομα πυριτίου και οξυγόνου συνδέονται μεταξύ τους με πολύ ιδιότροπο τρόπο, εδώ κι εκεί άτομα σιδήρου, αλουμινίου και άλλων στοιχείων ενώνουν αυτή την ένωση (πυρίτιο / οξυγόνο). Τέτοιες ενώσεις - πυριτικά - είναι κοινά πετρώματα, από τα οποία αποτελείται κυρίως ο φλοιός της γης.

Δεδομένου ότι τα ίδια τα άτομα οξυγόνου είναι ελαφρύτερα από άλλα πιο κοινά στοιχεία του φλοιού της γης, η συνολική μάζα οξυγόνου περιέχει περισσότερα άτομα από μια παρόμοια μάζα άλλων στοιχείων. Για κάθε 1000 άτομα του φλοιού της γης, υπάρχουν 625 άτομα οξυγόνου, 212 πυρίτιο, 65 αλουμίνιο και 19 σίδηρος, δηλαδή το 92% των ατόμων του φλοιού της γης πέφτουν, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, σε αυτά τα τέσσερα στοιχεία.

Ο φλοιός της Γης δεν είναι δείγμα δοκιμής του Σύμπαντος και ακόμη και της Γης συνολικά. Ο «πυρήνας» της Γης (η κεντρική περιοχή που περιλαμβάνει το ένα τρίτο της μάζας του πλανήτη) λέγεται ότι αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από σίδηρο. Αν το λάβουμε αυτό υπόψη, τότε ο σίδηρος αποτελεί το 38% της μάζας ολόκληρης της Γης, το οξυγόνο - 28%, το πυρίτιο - το 15%. Το τέταρτο πιο άφθονο στοιχείο μπορεί να είναι το μαγνήσιο και όχι το αλουμίνιο, το οποίο αποτελεί έως και το 7% της μάζας της γης. Αυτά τα τέσσερα στοιχεία μαζί αποτελούν τα επτά όγδοα της μάζας ολόκληρης της Γης. Τότε για κάθε 1000 άτομα γενικά στη Γη υπάρχουν 480 άτομα οξυγόνου, 215 σιδήρου, 150 πυριτίου και 80 μαγνησίου, δηλαδή μαζί αυτά τα τέσσερα αποτελούν το 92,5% όλων των ατόμων της Γης. Αλλά η Γη δεν είναι ένας τυπικός πλανήτης ηλιακό σύστημα. Ίσως η Αφροδίτη, ο Ερμής, ο Άρης και η Σελήνη, που μοιάζουν πολύ με τη Γη στη δομή τους, αποτελούνται από πετρώδη υλικά και, όπως η Αφροδίτη και ο Ερμής, έχουν πυρήνα πλούσιο σε σίδηρο. Σε κάποιο βαθμό, το ίδιο ισχύει για τους δορυφόρους και ορισμένους αστεροειδείς, αλλά όλοι αυτοί οι βραχώδεις κόσμοι (με ή χωρίς πυρήνες σιδήρου) δεν αποτελούν το μισό τοις εκατό της συνολικής μάζας όλων των αντικειμένων που περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο. Το υπόλοιπο 99,5% της μάζας του ηλιακού συστήματος (χωρίς τη μάζα του Ήλιου) ανήκει στους τέσσερις γιγάντιους πλανήτες: τον Δία, τον Κρόνο, τον Ουρανό και τον Ποσειδώνα. Μόνο ο Δίας (ο μεγαλύτερος όλων) αποτελεί περισσότερο από το 70% της συνολικής μάζας.

Πιθανώς ο Δίας έχει έναν σχετικά μικρό πυρήνα από βραχώδες μέταλλο. Η δομή του γιγάντιου πλανήτη, αν κρίνουμε από τα δεδομένα της φασματοσκοπίας και τα δείγματα των πλανητών, αποτελείται από υδρογόνο και ήλιο. Αυτό φαίνεται να ισχύει και για άλλους γιγάντιους πλανήτες.

Αλλά ας επιστρέψουμε στον Ήλιο, του οποίου η μάζα είναι 500 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα όλων των πλανητικών σωμάτων μαζί - από τον Δία έως ένα μικροσκοπικό κομμάτι σκόνης. θα διαπιστώσουμε (κυρίως λόγω φασματοσκοπίας) ότι ο όγκος του είναι γεμάτος με το ίδιο υδρογόνο και ήλιο. Στην πραγματικότητα, περίπου το 75% της μάζας του πέφτει στο υδρογόνο, το 22% στο ήλιο και το 3% είναι όλα τα άλλα στοιχεία μαζί. Η ποσοτική σύσταση των ατόμων του Ήλιου θα είναι τέτοια ώστε για κάθε 1000 άτομα Ήλιου να υπάρχουν 920 άτομα υδρογόνου και 80 άτομα ηλίου. Λιγότερο από ένα άτομο στα χίλια αντιπροσωπεύει όλα τα άλλα στοιχεία.

Αναμφίβολα, ο Ήλιος έχει τη μερίδα του λέοντος από τη μάζα ολόκληρου του ηλιακού συστήματος και δεν θα κάνουμε πολύ λάθος όταν αποφασίσουμε ότι η στοιχειακή του σύνθεση είναι αντιπροσωπευτική ολόκληρου του συστήματος στο σύνολό του. Η συντριπτική πλειονότητα των άστρων μοιάζει με τον Ήλιο στη στοιχειακή τους σύνθεση. Επιπλέον, είναι γνωστό ότι τα σπάνια αέρια που γεμίζουν τον διαστρικό και διαγαλαξιακό χώρο είναι επίσης κυρίως υδρογόνο και ήλιο.

Επομένως, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι από τα 1000 άτομα ολόκληρου του Σύμπαντος, τα 920 είναι υδρογόνο, τα 80 είναι ήλιο και λιγότερο από ένα είναι όλα τα άλλα.

ΥΔΡΟΓΟΝΟ ΚΑΙ ΗΛΙΟ

Γιατί αυτό? Είναι το σύμπαν υδρογόνου-ηλίου συνδεδεμένο με τη Μεγάλη Έκρηξη; Προφανώς ναι. Τουλάχιστον όσον αφορά το σύστημα συλλογισμού του Gamow, ένα σύστημα βελτιώθηκε αλλά ουσιαστικά αμετάβλητο.

Ετσι δουλευει. Πολύ σύντομα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, σε κλάσματα του δευτερολέπτου, το διαστελλόμενο σύμπαν ψύχθηκε στο σημείο όπου σχηματίστηκαν τα συστατικά των ατόμων που είναι γνωστά σε εμάς: πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Στις συνθήκες της τεράστιας θερμοκρασίας που επικρατούσε ακόμα εκείνη την εποχή, τίποτα πιο περίπλοκο δεν θα μπορούσε να υπάρξει. Τα σωματίδια δεν μπορούσαν να συνδεθούν μεταξύ τους: σε μια τέτοια θερμοκρασία, ακόμη και σε σύγκρουση, αναπήδησαν αμέσως σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Αυτό παραμένει αληθινό σε συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου ή νετρονίων-νετρονίων, ακόμη και σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες, όπως η θερμοκρασία του παρόντος σύμπαντος. Ωστόσο, καθώς η θερμοκρασία των πρώτων σταδίων της εξέλιξης του σύμπαντος συνέχισε να πέφτει, ήρθε μια στιγμή που, σε συγκρούσεις πρωτονίων-νετρονίων, έγινε δυνατό δύο σωματίδια να παραμείνουν μαζί. Τους συγκρατεί η λεγόμενη ισχυρή δύναμη, η ισχυρότερη από τις τέσσερις γνωστές δυνάμεις.

Το πρωτόνιο-1 είναι ο πυρήνας του υδρογόνου, όπως συζητήθηκε νωρίτερα σε αυτό το κεφάλαιο. Αλλά ο συνδυασμός πρωτονίου-νετρονίου είναι επίσης ένας πυρήνας υδρογόνου, επειδή έχει ένα πρωτόνιο, το οποίο είναι το μόνο που χρειάζεται για να χαρακτηριστεί ως πυρήνας υδρογόνου. Αυτοί οι δύο τύποι πυρήνων υδρογόνου (πρωτόνιο και πρωτόνιο - νετρόνιο) ονομάζονται ισότοπα υδρογόνου και ορίζονται ανάλογα με τον συνολικό αριθμό των σωματιδίων που περιλαμβάνουν. Ένα πρωτόνιο με ένα μόνο σωματίδιο είναι ο πυρήνας του υδρογόνου-1. Ο συνδυασμός πρωτονίων-νετρονίων, που περιλαμβάνει μόνο δύο σωματίδια, είναι ο πυρήνας υδρογόνου-2.

Στις υψηλές θερμοκρασίες του πρώιμου σύμπαντος, όταν σχηματίστηκαν διάφοροι πυρήνες, ο πυρήνας του υδρογόνου-2 δεν ήταν πολύ σταθερός. Επιδίωξε είτε να διασπαστεί σε ξεχωριστά πρωτόνια και νετρόνια, είτε να συνδυαστεί με πρόσθετα σωματίδια, με τον επακόλουθο σχηματισμό πιο πολύπλοκων (αλλά ίσως πιο σταθερών) πυρήνων. Ένας πυρήνας υδρογόνου-2 μπορεί να συγκρουστεί και να ενώσει ένα πρωτόνιο, σχηματίζοντας έναν πυρήνα που αποτελείται από δύο πρωτόνια και ένα νετρόνιο. Σε αυτόν τον συνδυασμό, υπάρχουν δύο πρωτόνια, και παίρνουμε έναν πυρήνα ηλίου, και δεδομένου ότι υπάρχουν τρία σωματίδια στον πυρήνα, αυτό είναι το ήλιο-3.

Εάν το υδρογόνο-2 συγκρουστεί και κλείσει με ένα νετρόνιο, σχηματίζεται ένας πυρήνας, που αποτελείται από ένα πρωτόνιο και δύο νετρόνια (και πάλι, τρία σωματίδια μαζί). Το αποτέλεσμα είναι υδρογόνο-3.

Το Hydrogen-3 είναι ασταθές σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, ακόμη και στη χαμηλή θερμοκρασία του σύγχρονου σύμπαντος, επομένως υφίσταται αέναη αλλαγή, ακόμα κι αν είναι απαλλαγμένο από την επίδραση άλλων σωματιδίων ή συγκρούσεις με αυτά. Ένα από τα δύο νετρόνια στον πυρήνα του υδρογόνου-3 αργά ή γρήγορα μετατρέπεται σε πρωτόνιο και το υδρογόνο-3 γίνεται ήλιο-3. Υπό τις τρέχουσες συνθήκες, αυτή η αλλαγή δεν είναι πολύ γρήγορη: οι μισοί από τους πυρήνες του υδρογόνου-3 μετατρέπονται σε ήλιο-3 σε λίγο περισσότερο από δώδεκα χρόνια. Στις τεράστιες θερμοκρασίες του πρώιμου σύμπαντος, αυτή η αλλαγή ήταν αναμφίβολα πιο γρήγορη.

Έτσι, έχουμε τώρα τρεις τύπους πυρήνων που είναι σταθεροί μέσα σύγχρονες συνθήκες: υδρογόνο-1, υδρογόνο-2 και ήλιο-3.

Τα σωματίδια ηλίου-3 συνδέονται μεταξύ τους ακόμη πιο αδύναμα από τα σωματίδια υδρογόνου-2, και ειδικά όταν υψηλές θερμοκρασίεςπρώιμο σύμπαν, το ήλιο-3 έχει μια ισχυρή τάση να αποσυντίθεται ή να αλλάζει με περαιτέρω προσθήκη σωματιδίων.

Εάν το ήλιο-3 έπεφτε σε ένα πρωτόνιο και έπρεπε να το ενώσει, τότε θα είχαμε έναν πυρήνα που θα αποτελείται από τρία πρωτόνια και ένα νετρόνιο. Θα ήταν το λίθιο-4, το οποίο είναι ασταθές σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, αφού ακόμη και στην ψυχρή θερμοκρασία της επιφάνειας της γης, ένα από τα πρωτόνια του μετατρέπεται γρήγορα σε νετρόνιο. Το αποτέλεσμα είναι ένας συνδυασμός δύο πρωτονίων - δύο νετρονίων, ή ήλιο-4.

Το ήλιο-4 είναι ένας πολύ σταθερός πυρήνας, ο πιο σταθερός σε συνηθισμένες θερμοκρασίες εκτός από ένα μόνο πρωτόνιο που σχηματίζει το υδρογόνο-1. Μόλις σχηματιστεί, δεν έχει σχεδόν καμία τάση αποσύνθεσης, ακόμη και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.

Εάν το ήλιο-3 συγκρουστεί και ενωθεί με ένα νετρόνιο, το ήλιο-4 σχηματίζεται αμέσως. Εάν δύο πυρήνες υδρογόνου-2 συγκρουστούν και συντηχθούν, σχηματίζεται πάλι ήλιο-4. Εάν το ήλιο-3 συγκρουστεί με το υδρογόνο-2 ή άλλο ήλιο-3, σχηματίζεται ήλιο-4 και τα πλεονάζοντα σωματίδια κοσκινίζονται ως μεμονωμένα πρωτόνια και νετρόνια. Έτσι, το ήλιο-4 σχηματίζεται σε βάρος του υδρογόνου-2 και του ηλίου-3.

Στην πραγματικότητα, όταν το Σύμπαν ψύχθηκε σε μια θερμοκρασία στην οποία τα πρωτόνια και τα νετρόνια, όταν συνδυαστούν, μπορούσαν να δημιουργήσουν πιο σύνθετους πυρήνες, τότε ο πρώτος τέτοιος πυρήνας, που σχηματίστηκε σε μεγάλες ποσότητες, ήταν ακριβώς το ήλιο-4.

Καθώς το σύμπαν συνέχιζε να διαστέλλεται και να ψύχεται, το υδρογόνο-2 και το ήλιο-3 έγιναν όλο και λιγότερο πρόθυμα να αλλάξουν, και μερικά από αυτά, θα λέγαμε, παγώνουν σε μια αμετάβλητη ύπαρξη. Επί του παρόντος, μόνο ένα άτομο υδρογόνου σε κάθε 7.000 είναι υδρογόνο-2. Το ήλιο-3 είναι ακόμη πιο σπάνιο - μόνο ένα άτομο ηλίου ανά εκατομμύριο. Έτσι, χωρίς να λάβουμε υπόψη το υδρογόνο-2 και το ήλιο-3, μπορούμε να πούμε ότι αμέσως μετά την ψύξη του σύμπαντος αρκετά, αποτελείται από πυρήνες υδρογόνου-1 και ηλίου-4. Έτσι, η μάζα του Σύμπαντος αποτελούνταν από 75% υδρογόνο-1 και 25% ήλιο-4.

Με τον καιρό, σε μέρη όπου η θερμοκρασία ήταν αρκετά χαμηλή, οι πυρήνες προσέλκυσαν αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, τα οποία συγκρατήθηκαν από τους θετικά φορτισμένους πυρήνες από τη δύναμη της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης - τη δεύτερη ισχυρότερη από τις τέσσερις αλληλεπιδράσεις. Ένα μοναδικό πρωτόνιο του πυρήνα του υδρογόνου-1 που σχετίζεται με ένα ηλεκτρόνιο και δύο πρωτόνια του πυρήνα του ηλίου-4 που σχετίζονται με δύο ηλεκτρόνια. Έτσι σχηματίστηκαν τα άτομα υδρογόνου και ηλίου. Σε ποσοτικούς όρους, για κάθε 1.000 άτομα στο σύμπαν υπάρχουν 920 άτομα υδρογόνου-1 και 80 άτομα ηλίου-4.

Αυτή είναι η εξήγηση για το σύμπαν υδρογόνου-ηλίου. Αλλά περίμενε ένα λεπτό! Τι γίνεται με τα άτομα βαρύτερα από το ήλιο και με μεγαλύτερα ατομικά βάρη; (Ας συλλέξουμε όλα τα άτομα που περιέχουν περισσότερα από τέσσερα σωματίδια στους πυρήνες κάτω από το σύμβολο "βαριά άτομα"). Υπάρχουν πολύ λίγα βαριά άτομα στο σύμπαν, ωστόσο υπάρχουν. Πώς εμφανίστηκαν; Η λογική υπαγορεύει ότι αν και το ήλιο-4 είναι πολύ σταθερό, εξακολουθεί να έχει μια ελαφρά τάση να συνδυάζεται με ένα πρωτόνιο, νετρόνιο, υδρογόνο-2, ήλιο-3 ή άλλο ήλιο-4, σχηματίζοντας μικρές ποσότητες από διάφορα βαρέα άτομα. αυτή είναι η πηγή περίπου του 3% της μάζας του σημερινού σύμπαντος, που αποτελείται από αυτά τα άτομα.

Δυστυχώς, αυτή η απάντηση δεν θα αντέξει σε έλεγχο. Εάν το ήλιο-4 συγκρουόταν με το υδρογόνο-1 (ένα πρωτόνιο) και συγχωνεύονταν, θα υπήρχε ένας πυρήνας με τρία πρωτόνια και δύο νετρόνια. Θα ήταν λίθιο-5. Εάν το ήλιο-4 συγκρούονταν και συντήκονταν με ένα νετρόνιο, το αποτέλεσμα θα ήταν ένας πυρήνας με δύο πρωτόνια και τρία νετρόνια, ή ήλιο-5.

Ούτε το λίθιο-5 ούτε το ήλιο-5, που σχηματίστηκαν ακόμη και στις συνθήκες του ψυχρού σύμπαντος μας, δεν θα επιβιώσουν για περισσότερα από μερικά τρισεκατομμυριοστά του τρισεκατομμυρίου του δευτερολέπτου. Είναι κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου που θα διασπαστούν είτε σε ήλιο-4, είτε σε πρωτόνιο ή νετρόνιο.

Η πιθανότητα σύγκρουσης και συγχώνευσης του ηλίου-4 με το υδρογόνο-2 ή το ήλιο-3 είναι πολύ άπιαστη, δεδομένου του πόσο σπάνιοι είναι οι δύο τελευταίοι πυρήνες στο αρχέγονο μείγμα. Οποιαδήποτε βαριά άτομα θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί με αυτόν τον τρόπο είναι πολύ λίγα για να εξηγήσουν τόσα πολλά από τα άτομα που υπάρχουν σήμερα. Είναι πιο πιθανό να συνδυαστεί ένας πυρήνας ηλίου-4 με έναν άλλο πυρήνα ηλίου-4. Ένας τέτοιος διπλός πυρήνας, που αποτελείται από τέσσερα πρωτόνια και τέσσερα νετρόνια, θα πρέπει να γίνει βηρύλλιο-8. Ωστόσο, το βηρύλλιο είναι ένας άλλος εξαιρετικά ασταθής πυρήνας: ακόμη και στις συνθήκες του σημερινού μας σύμπαντος, υπάρχει για λιγότερο από μερικά εκατοστά του τρισεκατομμυρίου του δευτερολέπτου. Μόλις σχηματιστεί, διασπάται αμέσως σε δύο πυρήνες ηλίου-4.

Φυσικά, κάτι λογικό θα είχε συμβεί εάν τρεις πυρήνες ηλίου-4 συναντιόντουσαν ως αποτέλεσμα μιας «τριπλής» σύγκρουσης και κολλούσαν ο ένας στον άλλο. Αλλά η ελπίδα ότι αυτό θα συμβεί σε ένα περιβάλλον όπου το ήλιο-4 περιβάλλεται από υδρογόνο-1 που κυριαρχεί είναι πολύ μικρή για να ληφθεί υπόψη.

Ως εκ τούτου, από τη στιγμή που το σύμπαν έχει διασταλεί και ψυχθεί στο σημείο στο οποίο έχει τελειώσει ο σχηματισμός σύνθετων πυρήνων, μόνο το υδρογόνο-1 και το ήλιο-4 βρίσκονται σε αφθονία. Εάν παραμείνουν ελεύθερα νετρόνια, διασπώνται σε πρωτόνια (υδρογόνο-1) και ηλεκτρόνια. Δεν σχηματίζονται βαριά άτομα.

Σε ένα τέτοιο σύμπαν, τα σύννεφα αερίου υδρογόνου-ηλίου διασπώνται σε μάζες γαλαξιακού μεγέθους και οι τελευταίες συμπυκνώνονται σε αστέρια και γιγάντιους πλανήτες. Ως αποτέλεσμα, τόσο τα αστέρια όσο και οι γιγάντιοι πλανήτες αποτελούνται σχεδόν εξ ολοκλήρου από υδρογόνο και ήλιο. Και έχει νόημα να ανησυχούμε για ορισμένα βαριά άτομα εάν αποτελούν μόνο το 3% της μάζας και λιγότερο από το 1% του αριθμού των υπαρχόντων ατόμων;

Είναι λογικό! Αυτό το 3% πρέπει να εξηγηθεί. Δεν πρέπει να παραμελούμε την αμελητέα ποσότητα βαρέων ατόμων στα αστέρια και τους γιγάντιους πλανήτες, γιατί ένας πλανήτης όπως η Γη αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από βαριά άτομα. Επιπλέον, σε ανθρώπινο σώμακαι γενικά, στα ζωντανά όντα, το υδρογόνο αποτελεί μόνο το 10% της μάζας και το ήλιο απουσιάζει εντελώς. Όλο το υπόλοιπο 90% της μάζας είναι βαριά άτομα.

Με άλλα λόγια, εάν το σύμπαν είχε παραμείνει αμετάβλητο λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και είχε ολοκληρωθεί η διαδικασία σχηματισμού των πυρήνων, πλανήτες όπως η Γη και η ίδια η ζωή σε αυτήν, σε μια συγκεκριμένη μορφή, θα ήταν εντελώς αδύνατες.

Προτού μπορέσουμε να εμφανιστούμε εσείς και εγώ σε αυτόν τον κόσμο, έπρεπε πρώτα να σχηματιστούν βαριά άτομα. Αλλά πως?

ΔΙΑΡΡΟΗ ΑΠΟ ΤΑ ΑΣΤΕΡΙΑ

Στην πραγματικότητα, αυτό δεν είναι πλέον μυστήριο για εμάς, αφού έχουμε ήδη μιλήσει για το πώς σχηματίζονται οι πυρήνες στα βάθη των άστρων. Στον Ήλιο μας, για παράδειγμα, στις κεντρικές του περιοχές, το υδρογόνο μετατρέπεται συνεχώς σε ήλιο (σύντηξη υδρογόνου, που χρησιμεύει ως πηγή ενέργειας του Ήλιου. Η σύντηξη υδρογόνου πραγματοποιείται επίσης σε όλα τα άλλα αστέρια της κύριας ακολουθίας).

Εάν αυτός ήταν ο μόνος πιθανός μετασχηματισμός και αυτός ο μετασχηματισμός προοριζόταν να διαρκέσει επ 'αόριστον με τον τρέχοντα ρυθμό του, τότε όλο το υδρογόνο θα συντεθεί και το Σύμπαν θα αποτελούνταν από καθαρό ήλιο για περίπου 500 δισεκατομμύρια χρόνια (30 - 40 φορές μεγαλύτερη από την ηλικία του Σύμπαντος μας) . Ωστόσο, η εμφάνιση τεράστιων ατόμων δεν είναι ξεκάθαρη.

Τα τεράστια άτομα, όπως γνωρίζουμε τώρα, προέρχονται από τον αστρικό πυρήνα. Όμως γεννιούνται μόνο όταν έρθει η ώρα για ένα τέτοιο αστέρι να φύγει από την κύρια σειρά. Σε αυτήν την κλιμακτηριακή στιγμή, ο πυρήνας είναι τόσο πυκνός και καυτός που οι πυρήνες ηλίου-4 συγκρούονται μεταξύ τους με τη μεγαλύτερη ταχύτητα και συχνότητα. Από καιρό σε καιρό, τρεις πυρήνες ηλίου-4 συγκρούονται και συγχωνεύονται σε έναν σταθερό πυρήνα, που αποτελείται από έξι πρωτόνια και έξι νετρόνια. Είναι άνθρακας-12.

Πώς μπορεί να συμβεί μια τριπλή σύγκρουση στον πυρήνα ενός άστρου τώρα, και όχι στην περίοδο αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη;

Λοιπόν, στους πυρήνες των αστεριών που ετοιμάζονται να εγκαταλείψουν την κύρια ακολουθία, η θερμοκρασία φτάνει περίπου τους 100.000.000 °C υπό τεράστια πίεση. Τέτοιες θερμοκρασίες και πιέσεις είναι επίσης εγγενείς σε ένα πολύ νέο σύμπαν. Αλλά ο πυρήνας ενός άστρου έχει ένα σημαντικό πλεονέκτημα: Είναι πολύ πιο εύκολο να συμβεί μια τριπλή σύγκρουση ηλίου-4 εάν δεν υπάρχουν άλλοι πυρήνες στον πυρήνα του άστρου εκτός από πυρήνες υδρογόνου-1 που μεταφέρουν πυρήνες ηλίου-4.

Αυτό σημαίνει ότι βαρείς πυρήνες έχουν σχηματιστεί στο εσωτερικό των αστεριών σε όλη την ιστορία του Σύμπαντος, παρά το γεγονός ότι τέτοιοι πυρήνες δεν σχηματίστηκαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Επιπλέον, τόσο σήμερα όσο και στο μέλλον, θα σχηματιστούν βαρείς πυρήνες στους πυρήνες των άστρων. Και όχι μόνο οι πυρήνες άνθρακα, αλλά και όλοι οι άλλοι μαζικοί πυρήνες, συμπεριλαμβανομένου του σιδήρου, που, όπως ειπώθηκε, είναι το τέλος των κανονικών διεργασιών σύντηξης στα αστέρια.

Και όμως δύο ερωτήματα παραμένουν: 1) πώς οι βαρείς πυρήνες, έχοντας προκύψει στα κέντρα των αστεριών, εξαπλώνονται στο Σύμπαν με τέτοιο τρόπο ώστε να βρίσκονται και στη Γη και στον εαυτό μας; 2) Πώς καταφέρνουν να σχηματιστούν στοιχεία με πυρήνες μεγαλύτερου όγκου από τους πυρήνες σιδήρου; Εξάλλου, ο πιο ογκώδης σταθερός πυρήνας σιδήρου είναι ο σίδηρος-58, που αποτελείται από 26 πρωτόνια και 32 νετρόνια. Και όμως υπάρχουν ακόμη βαρύτεροι πυρήνες στη Γη, μέχρι το ουράνιο-238, το οποίο έχει 92 πρωτόνια και 146 νετρόνια.

Ας δούμε πρώτα την πρώτη ερώτηση. Υπάρχουν διεργασίες που συμβάλλουν στην εξάπλωση του αστρικού υλικού στο Σύμπαν;

Υπάρχει. Και μερικά από αυτά μπορούμε ξεκάθαρα να τα νιώσουμε μελετώντας τον δικό μας Ήλιο.

Με γυμνό μάτι (με τις απαραίτητες προφυλάξεις), ο Ήλιος μπορεί να φαίνεται σαν μια ήρεμη, χωρίς χαρακτηριστικά φωτεινή σφαίρα, αλλά γνωρίζουμε ότι βρίσκεται σε κατάσταση αέναης καταιγίδας. Οι τεράστιες θερμοκρασίες στο εσωτερικό του προκαλούν μετααγωγικές κινήσεις στα ανώτερα στρώματα (όπως σε μια κατσαρόλα με νερό που ετοιμάζεται να βράσει). Η ηλιακή ύλη συνεχώς ανεβαίνει εδώ κι εκεί, σπάζοντας την επιφάνεια, επομένως η επιφάνεια του Ήλιου καλύπτεται με «κόκκους», οι οποίοι είναι κολώνες μεταφοράς για αυτήν. (Ένας τέτοιος κόκκος φαίνεται πολύ μικρός στις φωτογραφίες της ηλιακής επιφάνειας, αλλά στην πραγματικότητα έχει την περιοχή ενός αξιοπρεπούς αμερικανικού ή ευρωπαϊκού κράτους.)

Το μετααγωγικό υλικό διαστέλλεται και ψύχεται καθώς ανεβαίνει και, μόλις βρεθεί στην επιφάνεια, τείνει να κατεβαίνει ξανά για να δημιουργήσει χώρο για μια νέα, θερμότερη ροή.

Αυτός ο αιώνιος κύκλος δεν σταματά ούτε στιγμή, βοηθά στη μεταφορά θερμότητας από τον πυρήνα στην επιφάνεια του Ήλιου. Από την επιφάνεια, η ενέργεια απελευθερώνεται στο διάστημα με τη μορφή ακτινοβολίας, το μεγαλύτερο μέρος της είναι το φως που βλέπουμε και από το οποίο εξαρτάται η ίδια η ζωή στη Γη.

Η διαδικασία της μεταφοράς μπορεί μερικές φορές να οδηγήσει σε ασυνήθιστα γεγονότα στην επιφάνεια του άστρου, όταν όχι μόνο η ακτινοβολία διαφεύγει στο διάστημα, αλλά και ολόκληροι σωροί πραγματικής ηλιακής ύλης εκτινάσσονται.

Το 1842, μια ολική έκλειψη Ήλιου παρατηρήθηκε στη νότια Γαλλία και στη βόρεια Ιταλία. Εκείνη την εποχή, οι εκλείψεις σπάνια μελετήθηκαν λεπτομερώς, αφού συνήθως γίνονταν σε περιοχές απομακρυσμένες από μεγάλα αστρονομικά παρατηρητήρια και το να ταξιδεύεις μεγάλες αποστάσεις με πλήρες φορτίο ειδικού εξοπλισμού δεν ήταν καθόλου εύκολο. Όμως η έκλειψη του 1842 πέρασε κοντά στα αστρονομικά κέντρα της Δυτικής Ευρώπης και οι αστρονόμοι με τα όργανά τους συγκεντρώθηκαν όλοι εκεί.

Για πρώτη φορά παρατηρήθηκε ότι γύρω από το ηλιακό χείλος υπάρχουν μερικά καυτό, μωβ αντικείμενα που έγιναν καθαρά ορατά όταν ο δίσκος του Ήλιου καλύφθηκε από τη Σελήνη. Έμοιαζε με πίδακες ηλιακού υλικού που εκτοξεύτηκαν στο διάστημα, και αυτές οι πύρινες γλώσσες ονομάζονταν «προεξοχές».

Για λίγο, οι αστρονόμοι εξακολουθούσαν να δίσταζαν για το αν αυτές οι προεξοχές ανήκαν στη Σελήνη ή στον Ήλιο, αλλά το 1851 συνέβη μια άλλη έκλειψη, αυτή τη φορά που παρατηρήθηκε στη Σουηδία, και η προσεκτική παρατήρηση έδειξε ότι οι προεξοχές είναι ένα φαινόμενο, ηλιακό, και το φεγγάρι έχει καμία σχέση με αυτούς.

Έκτοτε, οι προεξοχές μελετώνται τακτικά και πλέον μπορούν να παρατηρηθούν με κατάλληλα όργανα ανά πάσα στιγμή. Δεν χρειάζεται να περιμένετε μια ολική έκλειψη για να το κάνετε αυτό. Ορισμένες προεξοχές υψώνονται σε ένα ισχυρό τόξο και φτάνουν σε ύψη δεκάδων χιλιάδων χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια του Ήλιου. Άλλα εκρήγνυνται προς τα πάνω με ταχύτητα 1300 km / s. Αν και οι προεξοχές είναι το πιο θεαματικό φαινόμενο που παρατηρείται στην επιφάνεια του Ήλιου, εξακολουθούν να μην φέρουν την περισσότερη ενέργεια.

Το 1859, ο Άγγλος αστρονόμος Richard Carrington (1826-1875) παρατήρησε ένα φωτεινό σημείο σε σχήμα αστεριού να αναβοσβήνει στην επιφάνεια του ήλιου, το οποίο έκαιγε για πέντε λεπτά και στη συνέχεια εξαφανίστηκε. Ήταν η πρώτη καταγεγραμμένη θέαση αυτού που σήμερα ονομάζουμε ηλιακή έκλαμψη. Ο ίδιος ο Κάρινγκτον σκέφτηκε ότι ένας μεγάλος μετεωρίτης έπεσε στον Ήλιο.

Η παρατήρηση του Carrington δεν τράβηξε την προσοχή μέχρι που ο Αμερικανός αστρονόμος George Hale εφηύρε το φασματοηλιοσκόπιο το 1926. Αυτό κατέστησε δυνατή την παρατήρηση του Ήλιου υπό το φως ειδικών μηκών κύματος. Οι ηλιακές εκλάμψεις είναι αισθητά πλούσιες σε ορισμένα μήκη κύματος φωτός και όταν ο Ήλιος παρατηρείται σε αυτά τα μήκη κύματος, οι εκλάμψεις φαίνονται πολύ φωτεινά.

Τώρα γνωρίζουμε ότι οι ηλιακές εκλάμψεις είναι κοινές, συνδέονται με ηλιακές κηλίδες και όταν υπάρχουν πολλές ηλιακές κηλίδες στον Ήλιο, μικρές εκλάμψεις συμβαίνουν κάθε λίγες ώρες και μεγαλύτερες κάθε λίγες εβδομάδες.

Οι ηλιακές εκλάμψεις είναι εκρήξεις υψηλής ενέργειας στην ηλιακή επιφάνεια και εκείνα τα μέρη της επιφάνειας που εκλάμψουν είναι πολύ πιο ζεστά από άλλες περιοχές γύρω τους. Μια έκλαμψη που καλύπτει ακόμη και το ένα χιλιοστό της επιφάνειας του Ήλιου μπορεί να εκπέμψει περισσότερη ακτινοβολία υψηλής ενέργειας (UV, ακτίνες Χ, ακόμη και ακτίνες γάμμα) από ό,τι θα έστελνε ολόκληρη η κανονική επιφάνεια του Ήλιου.

Αν και οι προεξοχές φαίνονται πολύ εντυπωσιακές και μπορούν να υπάρχουν για αρκετές ημέρες, ο Ήλιος χάνει πολύ λίγη ύλη μέσω αυτών. Το φλας είναι εντελώς διαφορετικό θέμα. Είναι λιγότερο αισθητά, πολλά από αυτά διαρκούν μόνο λίγα λεπτά, ακόμη και τα μεγαλύτερα εξαφανίζονται εντελώς μετά από μερικές ώρες, αλλά έχουν τόσο υψηλή ενέργεια που εκτοξεύουν την ύλη στο διάστημα. αυτό το θέμα χάνεται για πάντα στον ήλιο.

Αυτό άρχισε να γίνεται κατανοητό το 1843, όταν ο Γερμανός αστρονόμος Samuel Heinrich Schwabe (1789-1875), ο οποίος παρατηρούσε τον ήλιο καθημερινά για δεκαεπτά χρόνια, ανέφερε ότι ο αριθμός των ηλιακών κηλίδων στην επιφάνειά του κηρώθηκε και μειώθηκε σε μια περίοδο περίπου έντεκα ετών.

Το 1852, ο Άγγλος φυσικός Edward Sabin (1788–1883) παρατήρησε ότι οι διαταραχές στο μαγνητικό πεδίο της γης («μαγνητικές καταιγίδες») ανεβαίνουν και πέφτουν ταυτόχρονα με τον κύκλο των ηλιακών κηλίδων.

Στην αρχή ήταν απλώς μια στατιστική δήλωση, γιατί κανείς δεν ήξερε ποια θα μπορούσε να είναι η σύνδεση. Ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου, όταν άρχισαν να κατανοούν την ενεργειακή φύση των ηλιακών εκλάμψεων, ανακαλύφθηκε μια σύνδεση. Δύο ημέρες μετά την έκρηξη μιας μεγάλης ηλιακής έκλαμψης κοντά στο κέντρο του ηλιακού δίσκου (έτσι ήταν ακριβώς στραμμένο προς τη Γη), οι βελόνες της πυξίδας στη Γη έγιναν ασύστολες και το βόρειο σέλας πήρε μια εντελώς ασυνήθιστη εμφάνιση.

Αυτή η διήμερη αναμονή είχε πολύ νόημα. Εάν αυτές οι επιπτώσεις προκλήθηκαν από την ηλιακή ακτινοβολία, τότε το χρονικό διάστημα μεταξύ της εστίας και των συνεπειών της θα ήταν οκτώ λεπτά: η ηλιακή ακτινοβολία πετά προς τη Γη με την ταχύτητα του φωτός. Όμως η καθυστέρηση των δύο ημερών σήμαινε ότι όποια κι αν είναι ο «ταραχοποιός» που προκαλεί αυτά τα αποτελέσματα, πρέπει να κινηθεί από τον Ήλιο στη Γη με ταχύτητα περίπου 300 km/h. Φυσικά, είναι επίσης γρήγορο, αλλά σε καμία περίπτωση δεν είναι ανάλογο με την ταχύτητα του φωτός. Μια τέτοια ταχύτητα μπορεί να αναμένεται από υποατομικά σωματίδια. Αυτά τα σωματίδια, που εκτοξεύτηκαν ως αποτέλεσμα ηλιακών γεγονότων προς την κατεύθυνση της Γης, μετέφεραν ηλεκτρικά φορτία και, περνώντας τη Γη, θα έπρεπε να έχουν επηρεάσει με αυτόν τον τρόπο τις βελόνες της πυξίδας και το βόρειο σέλας. Όταν η ιδέα των υποατομικών σωματιδίων που εκτοξεύονται από τον Ήλιο έγινε κατανοητή και υιοθετήθηκε, ένα άλλο χαρακτηριστικό του Ήλιου άρχισε να γίνεται σαφές.

Όταν ο Ήλιος βρίσκεται σε κατάσταση ολικής έκλειψης, τότε με ένα απλό μάτι μπορείς να δεις γύρω του μια μαργαριταρένια λάμψη, στο κέντρο, στη θέση του Ήλιου, βρίσκεται ο μαύρος δίσκος της συννεφιασμένης Σελήνης. Αυτή η λάμψη (ή φωτεινότητα) είναι η ηλιακή κορώνα, η οποία πήρε το όνομά της από τη λατινική λέξη corona - στέμμα (το στέμμα περιβάλλει τον Ήλιο με ένα είδος ακτινοβόλο στέμμα ή φωτοστέφανο).

Η αναφερόμενη έκλειψη ηλίου του 1842 οδήγησε στην έναρξη της επιστημονικής μελέτης των προεξοχών. Τότε για πρώτη φορά το στέμμα εξετάστηκε προσεκτικά. Αποδείχθηκε ότι και αυτή ανήκει στον Ήλιο, όχι στη Σελήνη. Από το 1860, η φωτογραφία, και αργότερα η φασματοσκοπία, έχει εμπλακεί στην έρευνα της κορώνας.

Το 1870, κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης ηλίου στην Ισπανία, ο Αμερικανός αστρονόμος Τσαρλς Γιανγκ (1834–1908) μελέτησε για πρώτη φορά το φάσμα της κορώνας. Στο φάσμα, βρήκε μια φωτεινή πράσινη γραμμή που δεν αντιστοιχούσε στη θέση οποιασδήποτε γνωστής γραμμής οποιουδήποτε από τα γνωστά στοιχεία. Ανακαλύφθηκαν επίσης και άλλες περίεργες γραμμές και ο Young υπέθεσε ότι αντιπροσώπευαν κάποιο νέο στοιχείο και το ονόμασε "corony".

Σε τι χρησιμεύει αυτή η «στεφανιαία», μόνο και όλα αυτά που υπάρχει κάποιο είδος φασματικής γραμμής. Μέχρι τότε, όχι, μέχρι να περιγραφεί η φύση της δομής του ατόμου. Αποδείχθηκε ότι κάθε άτομο αποτελείται από έναν βαρύ πυρήνα στο κέντρο, που περιβάλλεται από ένα ή περισσότερα ελαφρά ηλεκτρόνια στην περιφέρεια. Κάθε φορά που ένα ηλεκτρόνιο φεύγει από ένα άτομο, οι φασματικές γραμμές που παράγονται από αυτό το άτομο αλλάζουν. Οι χημικοί μπορούσαν να προσδιορίσουν το φάσμα των ατόμων που είχαν χάσει δύο ή τρία ηλεκτρόνια, αλλά η τεχνική για την αφαίρεση ένας μεγάλος αριθμόςηλεκτρόνια και η μελέτη του φάσματος υπό αυτές τις συνθήκες δεν ήταν ακόμη διαθέσιμη σε αυτούς.

Το 1941, ο Bengt Edlen κατάφερε να δείξει ότι το "coronium" δεν είναι καθόλου νέο στοιχείο. Τα συνηθισμένα στοιχεία - σίδηρος, νικέλιο και ασβέστιο αφήνουν ακριβώς τις ίδιες γραμμές, αν αφαιρέσετε μια ντουζίνα ηλεκτρόνια από αυτά. Άρα το «στεφάνι» ήταν ένα συνηθισμένο στοιχείο που του έλειπαν πολλά ηλεκτρόνια.

Ένα τόσο μεγάλο έλλειμμα ηλεκτρονίων θα μπορούσε να προκληθεί μόνο από εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες και ο Edlen πρότεινε ότι το ηλιακό στέμμα θα έπρεπε να έχει θερμοκρασία ενός ή δύο εκατομμυρίων βαθμών. Στην αρχή αυτό αντιμετωπίστηκε με γενική δυσπιστία, αλλά στο τέλος, όταν έφτασε η ώρα της τεχνολογίας πυραύλων, διαπιστώθηκε ότι το ηλιακό στέμμα εκπέμπει ακτίνες Χ και αυτό μπορούσε να συμβεί μόνο σε θερμοκρασίες που είχε προβλέψει ο Edlen.

Έτσι, το στέμμα είναι η εξωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου, που τροφοδοτείται συνεχώς από την ύλη που εκτοξεύεται από τις ηλιακές εκλάμψεις. Η κορώνα είναι εξαιρετικά ακτινοβόλο ύλη, σπανιασμένη τόσο πολύ που υπάρχουν λιγότερα από ένα δισεκατομμύριο σωματίδια σε ένα κυβικό εκατοστό, και αυτό είναι περίπου το ένα τρισεκατομμυριοστό της πυκνότητας. ατμόσφαιρα της γηςστο επίπεδο της θάλασσας.

Στην πραγματικότητα, αυτό είναι ένα πραγματικό κενό. Η ενέργεια που εκτοξεύεται από την επιφάνεια του Ήλιου από τις εκλάμψεις, τα μαγνητικά πεδία και τις τεράστιες ηχητικές δονήσεις από τα ασταμάτητα βουητά συναγωγικά ρεύματα κατανέμεται σε έναν σχετικά μικρό αριθμό σωματιδίων. Αν και όλη η θερμότητα που περιέχεται στο στέμμα είναι μικρή (δεδομένου του εύλογου όγκου του), η ποσότητα θερμότητας που κατέχει καθένα από αυτά τα λίγα σωματίδια είναι αρκετά υψηλή και είναι αυτή η «θερμότητα ανά σωματίδιο» που εννοείται με τη μετρούμενη θερμοκρασία.

Τα σωματίδια κορώνας είναι μεμονωμένα άτομα που εκτοξεύονται προς τα έξω από την ηλιακή επιφάνεια, των οποίων τα περισσότερα ή όλα τα ηλεκτρόνια έχουν αφαιρεθεί από τις υψηλές θερμοκρασίες. Επειδή ο Ήλιος αποτελείται κυρίως από υδρογόνο, τα περισσότερα από αυτά τα σωματίδια είναι πυρήνες υδρογόνου ή πρωτόνια. Το υδρογόνο ακολουθείται ποσοτικά από πυρήνες ηλίου. Ο αριθμός όλων των άλλων βαρύτερων πυρήνων είναι αρκετά αμελητέος. Και παρόλο που ορισμένοι βαρείς πυρήνες προκαλούν τις περίφημες γραμμές του κορωνίου, υπάρχουν μόνο με τη μορφή ιχνών.

Τα σωματίδια της κορώνας απομακρύνονται από τον Ήλιο προς όλες τις κατευθύνσεις. Καθώς εξαπλώνονται, η κορώνα καταλαμβάνει όλο και περισσότερο όγκο και γίνεται πιο σπάνια. Ως αποτέλεσμα, το φως του εξασθενεί όλο και περισσότερο, ώσπου σε κάποια απόσταση από τον Ήλιο εξαφανίζεται εντελώς.

Ωστόσο, το ίδιο το γεγονός ότι η κορώνα εξασθενεί σε σημείο πλήρους εξαφάνισης για τα μάτια του παρατηρητή δεν σημαίνει ότι δεν συνεχίζει να υπάρχει με τη μορφή σωματιδίων που ορμούν στο διάστημα. Ο Αμερικανός φυσικός Eugene Parker (γεν. 1927) το 1959 ονόμασε αυτά τα γρήγορα σωματίδια ηλιακό άνεμο.

Ο ηλιακός άνεμος, διαστελλόμενος, φτάνει στους κοντινότερους πλανήτες και περνά ακόμα πιο μακριά. Οι δοκιμές πυραύλων έχουν δείξει ότι ο ηλιακός άνεμος είναι ανιχνεύσιμος πέρα ​​από την τροχιά του Κρόνου και είναι πιθανό να είναι ανιχνεύσιμος ακόμη και πέρα ​​από τις τροχιές του Ποσειδώνα και του Πλούτωνα.

Με άλλα λόγια, όλοι οι πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από τον Ήλιο κινούνται μέσα στην ευρύτερη ατμόσφαιρά του. Ωστόσο, αυτή η ατμόσφαιρα είναι τόσο σπάνια που δεν επηρεάζει την κίνηση των πλανητών με κανένα απτό τρόπο.

Κι όμως ο ηλιακός άνεμος δεν είναι κάτι τόσο απόκοσμο που να μην εκδηλώνεται με πολλούς τρόπους. Τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου είναι ηλεκτρικά φορτισμένα και αυτά τα σωματίδια, που συλλαμβάνονται από το μαγνητικό πεδίο της Γης, σχηματίζουν «ζώνες Βαν Άλεν» που αναφλέγουν το σέλας, μπερδεύουν τις πυξίδες και τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Οι ηλιακές εκλάμψεις ενισχύουν τον ηλιακό άνεμο για μια στιγμή και αυξάνουν πολύ την ένταση αυτών των επιπτώσεων για λίγο.

Στην περιοχή της Γης, τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου ταξιδεύουν με ταχύτητα 400–700 km/s και ο αριθμός τους σε 1 cm 3 κυμαίνεται από 1 έως 80. Αν αυτά τα σωματίδια χτυπήσουν η επιφάνεια της γης, θα είχαν την πιο βλαβερή επίδραση σε όλα τα έμβια όντα, ευτυχώς, προστατευόμαστε από το μαγνητικό πεδίο της Γης και την ατμόσφαιρά της.

Η ποσότητα ύλης που χάνεται από τον Ήλιο μέσω του ηλιακού ανέμου είναι 1 δισεκατομμύριο kg/s. Σύμφωνα με τα ανθρώπινα πρότυπα είναι τρομερά πολλά, για τον Ήλιο είναι ένα απλό ασήμαντο. Ο Ήλιος βρίσκεται στην κύρια ακολουθία για περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια και θα παραμείνει σε αυτήν για άλλα 5-6 δισεκατομμύρια χρόνια. Εάν σε όλο αυτό το διάστημα έχανε και θα συνεχίσει να χάνει τη μάζα του με τον άνεμο με τον τρέχοντα ρυθμό, τότε η συνολική απώλεια του Ήλιου σε όλη την περίοδο της ζωής του ως αστέρι της κύριας ακολουθίας θα είναι το 1/5 του μάζα.

Ωστόσο, το 1/5 της μάζας οποιουδήποτε συμπαγούς αστέρα δεν είναι μια μέση ποσότητα που προστίθεται στη συνολική παροχή ύλης που παρασύρεται στους απέραντους χώρους μεταξύ των αστεριών. Αυτό είναι απλώς ένα παράδειγμα του πώς η ύλη μπορεί να απομακρυνθεί από τα αστέρια και να ενταχθεί στη συνολική παροχή διαστρικού αερίου.

Ο Ήλιος μας δεν είναι ασυνήθιστος από αυτή την άποψη. Έχουμε κάθε λόγο να πιστεύουμε ότι κάθε αστέρι που δεν έχει ακόμη καταρρεύσει εκπέμπει έναν αστρικό άνεμο.

Φυσικά, δεν μπορούμε να μελετήσουμε τα αστέρια με τον ίδιο τρόπο που μελετάμε τον ήλιο, αλλά μπορούν να γίνουν κάποιες γενικεύσεις. Υπάρχουν, για παράδειγμα, μικροί, ψυχροί κόκκινοι νάνοι που, σε ακανόνιστα διαστήματα, εμφανίζουν ξαφνικά αύξηση της φωτεινότητας, συνοδευόμενη από λεύκανση του φωτός. Αυτή η ενίσχυση διαρκεί από αρκετά λεπτά έως μία ώρα και έχει τέτοια χαρακτηριστικά που μπορεί να θεωρηθεί λάθος ως λάμψη στην επιφάνεια ενός μικρού αστεριού.

Αυτοί οι κόκκινοι νάνοι ονομάζονται λοιπόν αστέρες αναλαμπές.

Μια έκλαμψη, λιγότερο αδύναμη σε μέγεθος από μια ηλιακή έκλαμψη, θα αποκτήσει πολύ πιο αισθητή επίδραση σε ένα μικρό αστέρι. Εάν μια αρκετά μεγάλη έκλαμψη μπορεί να αυξήσει την ακτινοβολία του Ήλιου κατά 1%, τότε η ίδια έκλαμψη θα ήταν αρκετή για να ενισχύσει το φως ενός αμυδρού αστέρα κατά 250 φορές.

Ως αποτέλεσμα, μπορεί κάλλιστα να αποδειχθεί ότι οι κόκκινοι νάνοι στέλνουν έναν αστρικό άνεμο πολύ εντυπωσιακής ποιότητας.

Μερικά αστέρια είναι πιθανό να εκπέμπουν ασυνήθιστα ισχυρούς αστρικούς ανέμους. Οι κόκκινοι γίγαντες, για παράδειγμα, έχουν μια υπερβολικά τεντωμένη δομή, η μεγαλύτερη από τις οποίες είναι 500 φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο σε διάμετρο. Ως εκ τούτου, η επιφανειακή τους βαρύτητα είναι σχετικά μικρή, καθώς η μεγάλη μάζα του τεράστιου κόκκινου γίγαντα μόλις εξισορροπείται από την ασυνήθιστα μεγάλη απόσταση από το κέντρο προς την επιφάνεια. Επιπλέον, οι κόκκινοι γίγαντες πλησιάζουν στο τέλος της ύπαρξής τους και θα τελειώσουν με την κατάρρευσή του. Ως εκ τούτου, είναι εξαιρετικά ταραχώδεις.

Από αυτό μπορεί να υποτεθεί ότι ισχυρές δίνες παρασύρουν την αστρική ύλη παρά την ασθενή έλξη της επιφάνειας.

Ο μεγάλος κόκκινος γίγαντας Betelgeuse είναι αρκετά κοντά σε εμάς, ώστε οι αστρονόμοι να είναι σε θέση να συλλέξουν κάποια δεδομένα για αυτόν. Για παράδειγμα, ο αστρικός άνεμος του Betelgeuse πιστεύεται ότι είναι ένα δισεκατομμύριο φορές ισχυρότερος από τον ήλιο. Ακόμη και αν σκεφτεί κανείς ότι η μάζα του Betelgeuse είναι 16 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου, αυτή η μάζα με αυτόν τον ρυθμό εξάντλησης θα μπορούσε να λιώσει εντελώς σε περίπου ένα εκατομμύριο χρόνια (αν δεν καταρρεύσει πολύ νωρίτερα).

Προφανώς, μπορούμε να υποθέσουμε ότι ο ηλιακός άνεμος του άστρου μας δεν απέχει πολύ από τη μέση ένταση όλων των αστρικών ανέμων γενικά. Αν υποθέσουμε ότι υπάρχουν 300 δισεκατομμύρια αστέρια στον γαλαξία μας, τότε η συνολική μάζα που χάνεται μέσω του αστρικού ανέμου θα είναι 3 x 1020 kg/s.

Αυτό σημαίνει ότι κάθε 200 χρόνια, μια ποσότητα ύλης διαφεύγει από τα αστέρια στο διαστρικό διάστημα, ίσο με τη μάζαΉλιος. Υποθέτοντας ότι ο Γαλαξίας μας είναι 15 δισεκατομμυρίων ετών και ότι οι ηλιακοί άνεμοι «φυσούσαν» το ίδιο κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, παίρνουμε ότι η συνολική μάζα της ύλης που μεταφέρεται από τα αστέρια στο διάστημα είναι ίση με τη μάζα 75 εκατομμυρίων αστέρων, όπως ο Ήλιος μας , ή περίπου το 1/3 της μάζας του γαλαξία.

Αλλά οι αστρικοί άνεμοι προέρχονται από τα επιφανειακά στρώματα των άστρων και αυτά τα στρώματα αποτελούνται εξ ολοκλήρου (ή σχεδόν εξ ολοκλήρου) από υδρογόνο και ήλιο. Επομένως, οι αστρικοί άνεμοι εξ ολοκλήρου (ή σχεδόν εξ ολοκλήρου) περιέχουν το ίδιο υδρογόνο και ήλιο και δεν εισάγουν κανέναν βαρύ πυρήνα στο γαλαξιακό μείγμα.

Στο κέντρο του άστρου σχηματίζονται βαρείς πυρήνες και, όντας μακριά από την αστρική επιφάνεια, παραμένουν ακίνητοι κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του αστρικού ανέμου.

Όταν υπάρχουν κάποια ίχνη βαρέων πυρήνων στα ανώτερα στρώματα της αστρικής δομής (όπως έχουμε στον Ήλιο), ο αστρικός άνεμος φυσικά περιλαμβάνει αυτούς τους λίγους πυρήνες. Οι βαρείς πυρήνες δεν σχηματίστηκαν αρχικά στο εσωτερικό των αστεριών, αλλά εμφανίστηκαν εκεί όταν το αστέρι είχε ήδη σχηματιστεί. Προέκυψαν από τη δράση κάποιας εξωτερικής πηγής που πρέπει να βρούμε.

ΕΞΟΔΟΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗ

Εάν οι αστρικοί άνεμοι δεν είναι ο μηχανισμός με τον οποίο οι βαρείς πυρήνες μεταφέρονται από το κέντρο ενός άστρου στο διάστημα, τότε στραφούμε στα βίαια γεγονότα που συμβαίνουν όταν ένα αστέρι φεύγει από την κύρια ακολουθία.

Εδώ πρέπει αμέσως να διαγράψουμε τα περισσότερα αστέρια.

Περίπου το 75-80% των υπαρχόντων άστρων είναι πολύ μικρότερα από τον Ήλιο. Παραμένουν στην κύρια ακολουθία για οπουδήποτε από 20 έως 200 δισεκατομμύρια χρόνια, ανάλογα με το πόσο μικρά είναι, πράγμα που σημαίνει ότι κανένα από τα μικρά αστέρια που υπάρχουν σήμερα δεν έχει φύγει ποτέ από την κύρια ακολουθία. Ακόμη και τα παλαιότερα από αυτά, που σχηματίστηκαν στην αυγή του σύμπαντος κατά τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, δεν είχαν ακόμη χρόνο να εξαντλήσουν το καύσιμο υδρογόνου τους στο σημείο που θα έπρεπε να εγκαταλείψουν την κύρια ακολουθία.

Επίσης, όταν ένα μικρό αστέρι εγκαταλείπει την κύρια ακολουθία, το κάνει αθόρυβα. Από όσο γνωρίζουμε, όσο μικρότερο είναι το αστέρι, τόσο πιο ήρεμο φεύγει από αυτή την ακολουθία. Ένα μικρό αστέρι (όπως γενικά, όλα τα αστέρια) θα επεκταθεί σε έναν κόκκινο γίγαντα, αλλά σε αυτή την περίπτωση, αυτή η επέκταση θα οδηγήσει στο σχηματισμό ενός μικρού κόκκινου γίγαντα. Πιθανότατα θα ζήσει πολύ περισσότερο από άλλους, μεγαλύτερο και πιο αισθητό, και τελικά, με την κατάρρευση, θα μετατραπεί λίγο πολύ αθόρυβα σε λευκό νάνο, φυσικά, όχι τόσο πυκνό όσο ο Σείριος Β.

Βαριά στοιχεία που σχηματίζονται στα βάθη ενός μικρού άστρου (κυρίως άνθρακας, άζωτο και οξυγόνο), που παραμένουν στον πυρήνα του κατά τη διάρκεια της ύπαρξής του στην κύρια ακολουθία, θα παραμείνουν εκεί μετά τη μετατροπή του αστεριού σε λευκό νάνο. Σε καμία περίπτωση δεν θα περάσουν στην αποθήκευση διαστρικού αερίου σε περισσότερες από ασήμαντες ποσότητες. Εκτός από πολύ σπάνιες περιπτώσεις, τα βαριά στοιχεία που προέρχονται από μικρά αστέρια παραμένουν σε αυτά τα αστέρια επ' αόριστον.

Αστέρια ίσα σε μάζα με τον Ήλιο (10–20% εξ αυτών) καταρρέουν και μετατρέπονται σε λευκούς νάνους, έχοντας παραμείνει στην κύρια ακολουθία μόνο για 5 έως 15 δισεκατομμύρια χρόνια. Ο Ήλιος μας, ο οποίος θα έπρεπε να βρίσκεται στην κύρια ακολουθία για περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια, εξακολουθεί να βρίσκεται πάνω του επειδή σχηματίστηκε μόλις πριν από 5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Αστέρια που μοιάζουν με τον ήλιο, παλαιότερα από τον Ήλιο μας, έχουν ήδη εγκαταλείψει εδώ και καιρό την κύρια ακολουθία. Το ίδιο συνέβη και με άλλα παρόμοια αστέρια που προέκυψαν στη βρεφική ηλικία του Σύμπαντος μας. Αστέρια ίσα σε μάζα με τον Ήλιο σχηματίζουν μεγαλύτερους κόκκινους γίγαντες από τα μικρά αστέρια, και αυτοί οι κόκκινοι γίγαντες, έχοντας φτάσει στο σημείο να γίνουν λευκός νάνος, καταρρέουν πιο βίαια από αυτά τα αστέρια. Η ενέργεια της κατάρρευσης διώχνει τα ανώτερα πέπλα του άστρου και τα μεταφέρει στο διάστημα, σχηματίζοντας ένα πλανητικό νεφέλωμα του τύπου που περιγράφηκε προηγουμένως.

Το διαστελλόμενο φορτίο αερίου που σχηματίζεται κατά την κατάρρευση ενός αστεριού σε σχήμα ήλιου μπορεί να περιέχει από 10 έως 20% της αρχικής του μάζας. Ωστόσο, αυτή η ύλη απομακρύνεται από τις εξωτερικές περιοχές του άστρου, και ακόμη και όταν τέτοια αστέρια βρίσκονται στα πρόθυρα της κατάρρευσης, αυτές οι περιοχές δεν είναι, στην ουσία, τίποτα περισσότερο από ένα μείγμα υδρογόνου και ηλίου.

Ακόμη και όταν, ως αποτέλεσμα της ανατάραξης ενός άστρου που στέκεται στο σημείο της κατάρρευσης, βαρείς πυρήνες από το εσωτερικό του έρχονται στην επιφάνεια και εκτινάσσονται στο διάστημα ως μέρος ενός ρεύματος αερίου, εξακολουθεί να είναι ένα μικροσκοπικό, ελάχιστα αντιληπτό μέρος του εκείνους τους βαρείς πυρήνες που υπάρχουν στα διαστρικά νέφη αερίων.

Αλλά αφού σταματήσαμε στο πώς σχηματίζονται οι λευκοί νάνοι, το ερώτημα είναι κατάλληλο: τι συμβαίνει σε εκείνες τις ειδικές περιπτώσεις που ο λευκός νάνος δεν σημαίνει το τέλος, αλλά χρησιμεύει ως παράγοντας στην κατανομή της ύλης στο διάστημα;

Νωρίτερα σε αυτό το βιβλίο, μιλήσαμε για λευκούς νάνους ως μέρος ενός στενού δυαδικού συστήματος ικανού να συσσωρεύει ύλη σε βάρος ενός συντροφικού αστέρα που πλησιάζει το στάδιο ενός κόκκινου γίγαντα. Από καιρό σε καιρό, μέρος αυτής της ύλης στην επιφάνεια ενός λευκού νάνου καλύπτεται από μια πυρηνική αντίδραση και η τεράστια ενέργεια που απελευθερώνεται, που ρίχνει τα προϊόντα σύντηξης στο διάστημα με δύναμη, την κάνει να φουντώνει με μια νέα φωτεινότητα.

Αλλά το υλικό που δημιουργείται από τον λευκό νάνο είναι κυρίως υδρογόνο και ήλιο από τα εξωτερικά στρώματα του διαστελλόμενου κόκκινου γίγαντα. Η αντίδραση σύντηξης μετατρέπει το υδρογόνο σε ήλιο και είναι το σύννεφο ηλίου που πετά στο διάστημα κατά τη διάρκεια της έκρηξης.

Αυτό σημαίνει ότι σε αυτήν την τελευταία περίπτωση, αν κάποιοι βαρείς πυρήνες προήλθαν από το συνοδό αστέρι ή σχηματίστηκαν στη διαδικασία της σύνθεσης, τότε ο αριθμός τους είναι τόσο αμελητέος που δεν μπορούν να εξηγήσουν τους πολλούς βαρείς πυρήνες που είναι διάσπαρτοι στα διαστρικά νέφη.

Τι μας μένει;

Η μόνη πιθανή πηγή βαρέων πυρήνων είναι ένας σουπερνόβα.

Ένας σουπερνόβα τύπου 1, όπως εξήγησα προηγουμένως, εμφανίζεται στο ίδιο έδαφος με τους συνηθισμένους καινοφανείς: ένας λευκός νάνος λαμβάνει ύλη από έναν κοντινό σύντροφο που πρόκειται να γίνει κόκκινος γίγαντας. Η διαφορά είναι ότι εδώ ο λευκός νάνος βρίσκεται στο όριο μάζας Chandrasekhar, οπότε η προστιθέμενη μάζα τον ωθεί τελικά πέρα ​​από αυτό το όριο. Ο λευκός νάνος είναι καταδικασμένος να καταρρεύσει. Ταυτόχρονα, μια ισχυρή πυρηνική αντίδραση συμβαίνει σε αυτό και εκρήγνυται.

Ολόκληρη η δομή του, ίση σε μάζα με 1,4 ηλιακές μάζες, θρυμματίζεται σε σκόνη και μετατρέπεται σε σύννεφο διαστελλόμενου αερίου.

Για κάποιο διάστημα το παρατηρούμε ως σουπερνόβα, αλλά αυτή η ακτινοβολία, πολύ ισχυρή την πρώτη στιγμή, σταδιακά εξαφανίζεται. Το μόνο που μένει είναι ένα νέφος αερίου που διαστέλλεται για εκατομμύρια χρόνια μέχρι να συγχωνευθεί με το γενικό υπόβαθρο του διαστρικού αερίου.

Όταν ένας λευκός νάνος εκρήγνυται, τεράστιες ποσότητες άνθρακα, αζώτου, οξυγόνου και νέον (από όλους τους βαρείς πυρήνες των πιο κοινών στοιχείων) διασκορπίζονται στο διάστημα. Κατά τη διάρκεια της ίδιας της έκρηξης, λαμβάνει χώρα μια περαιτέρω πυρηνική αντίδραση, με αποτέλεσμα το σχηματισμό μικρών ποσοτήτων πυρήνων ακόμη πιο βαρέων από το νέον. Φυσικά, μόνο λίγοι λευκοί νάνοι έχουν αρκετή μάζα και αρκετά κοντά σε ένα μεγάλο συνοδό αστέρι για να γίνουν σουπερνόβα τύπου 1, αλλά κατά τη διάρκεια των 14 δισεκατομμυρίων ετών ζωής του Γαλαξία, υπήρξαν τόσες πολλές τέτοιες εκρήξεις που θα μπορούσαν να γίνουν περισσότερες εξηγεί έναν σημαντικό αριθμό βαρέων πυρήνων, που είναι διαθέσιμοι στο διαστρικό αέριο.

Οι υπόλοιποι βαρείς πυρήνες υπάρχουν στο διαστρικό μέσο ως αποτέλεσμα της εξέλιξης των σουπερνόβα τύπου 2. Είναι περίπου, όπως ειπώθηκε, για τεράστια αστέρια, τα οποία είναι 10, 20 και ακόμη και 60 φορές βαρύτερα από τον Ήλιο.

Στο στάδιο της ύπαρξης αστεριών με τη μορφή ερυθρών γιγάντων, συμβαίνει πυρηνική σύντηξη στους πυρήνες τους, η οποία συνεχίζεται μέχρι να αρχίσουν να σχηματίζονται πυρήνες σιδήρου σε μεγάλους αριθμούς εκεί. Ο σχηματισμός σιδήρου είναι ένα αδιέξοδο πέρα ​​από το οποίο η πυρηνική σύντηξη δεν μπορεί πλέον να υπάρχει ως συσκευή παραγωγής ενέργειας. Επομένως, το αστέρι υφίσταται κατάρρευση.

Αν και ο πυρήνας του άστρου περιέχει διαδοχικά βαθύτερα στρώματα βαρέων πυρήνων, μέχρι πυρήνες σιδήρου, οι εξωτερικές περιοχές του άστρου εξακολουθούν να έχουν εντυπωσιακές ποσότητες ανέπαφου υδρογόνου, ποτέ δεν εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις που θα μπορούσαν να το αναγκάσουν να εισέλθει σε πυρηνική αντίδραση.

Η κατάρρευση ενός γιγάντιου άστρου είναι τόσο γρήγορη που βιώνει μια απότομη, καταστροφική αύξηση τόσο στη θερμοκρασία όσο και στην πίεση. Όλο το υδρογόνο (και το ήλιο, επίσης), που μέχρι τώρα ήταν αδιατάρακτο, τώρα αντιδρά, και ταυτόχρονα. Το αποτέλεσμα είναι μια κολοσσιαία έκρηξη που παρατηρούμε από τη Γη ως σουπερνόβα τύπου 2.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή την περίπτωση μπορεί και πηγαίνει σε πυρηνικές αντιδράσεις ικανές να σχηματίσουν πυρήνες βαρύτερους από εκείνους του σιδήρου. Τέτοιος σχηματισμός πυρήνων απαιτεί εισροή ενέργειας, αλλά στη μέση της μανίας ενός σουπερνόβα, η ενέργεια δεν πρέπει να καταλαμβάνεται... Έτσι σχηματίζονται οι πυρήνες μέχρι το ουράνιο και βαρύτεροι. Υπάρχει αρκετή ενέργεια για το σχηματισμό ραδιενεργών (δηλαδή ασταθών) πυρήνων, οι οποίοι θα διασπαστούν με την πάροδο του χρόνου.

Στην πραγματικότητα, όλοι οι βαρείς πυρήνες που υπάρχουν στο σύμπαν σχηματίστηκαν ως αποτέλεσμα εκρήξεων σουπερνόβα τύπου 2.

Φυσικά, τέτοια τεράστια αστέρια, από τα οποία είναι βέβαιο ότι θα προκύψει μια σουπερνόβα τύπου 2, δεν είναι συνηθισμένα. Μόνο ένα αστέρι στο εκατομμύριο, ή ίσως ακόμη λιγότερο, έχει αρκετή μάζα για αυτό. Ωστόσο, δεν πρόκειται για μια τόσο σπάνια περίπτωση όσο φαίνεται με την πρώτη ματιά.

Έτσι, στον Γαλαξία μας υπάρχουν δεκάδες χιλιάδες αστέρια που είναι πιθανοί σουπερνόβα τύπου 2.

Δεδομένου ότι τα γιγάντια αστέρια μπορούν να παραμείνουν στην κύρια ακολουθία το πολύ για μερικά εκατομμύρια χρόνια, έχουμε το δικαίωμα να αναρωτηθούμε: γιατί δεν εξερράγησαν και εξαφανίστηκαν όλα πριν από πολύ καιρό; Το γεγονός είναι ότι νέα αστέρια σχηματίζονται συνεχώς και μερικά από αυτά είναι αστέρια με πολύ μεγάλη μάζα. Οι σουπερνόβα τύπου 2 που παρατηρούμε τώρα είναι οι εκρήξεις αστεριών που σχηματίστηκαν μόλις πριν από μερικά εκατομμύρια χρόνια. Οι σουπερνόβα τύπου 2, που θα συμβούν στο μακρινό μέλλον, θα είναι εκρήξεις μεγάλων αστεριών που δεν υπάρχουν ακόμη σήμερα. Ίσως υπάρχουν σουπερνόβα και πιο μεγαλειώδεις. Μέχρι σχετικά πρόσφατα, οι αστρονόμοι ήταν σίγουροι ότι αστέρια με μάζα 60 φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο πιθανότατα δεν υπάρχουν καθόλου. Πιστεύεται ότι τέτοια αστέρια στους πυρήνες τους θα ανέπτυξαν τόση θερμότητα που θα εκραγούν αμέσως, παρά την τεράστια βαρύτητα.

Με άλλα λόγια, ποτέ δεν θα μπορούσαν καν να σχηματιστούν.

Ωστόσο, στη δεκαετία του 1980 έγινε αντιληπτό ότι ορισμένες πτυχές της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν δεν ελήφθησαν υπόψη σε αυτά τα επιχειρήματα. Αφού αυτές οι πτυχές λήφθηκαν υπόψη σε αστρονομικούς υπολογισμούς, αποδείχθηκε ότι αστέρια με 100 ηλιακές διαμέτρους και 2000 φορές τη μάζα του Ήλιου θα μπορούσαν ακόμα να είναι σταθερά. Επιπλέον, αρκετές αστρονομικές παρατηρήσεις έχουν επιβεβαιώσει ότι υπάρχουν τέτοια υπερμεγέθη αστέρια.

Φυσικά, τα υπερμεγέθη αστέρια τελικά κατέρρευσαν και εξερράγησαν ως σουπερνόβα, τα οποία παρήγαγαν πολύ περισσότερη ενέργεια και για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από τα συνηθισμένα σουπερνόβα. Αυτές οι υπερεκρήξεις θα πρέπει προφανώς να θεωρηθούν ως σουπερνόβα τύπου 3.

Περίπου την ίδια εποχή, ο Σοβιετικός αστρονόμος V.P. Utrobin αποφάσισε να μελετήσει αναδρομικά τα αστρονομικά αρχεία των περασμένων ετών για να βρει εκεί μια σουπερνόβα, η οποία από τη φύση της θα ήταν σουπερνόβα τύπου 3. Πρότεινε ότι μια σουπερνόβα ανακαλύφθηκε το 1901 στον γαλαξία του ο αστερισμός του Περσέα, αυτό ακριβώς είναι η περίπτωση. Αντί να κορυφωθεί σε λίγες μέρες ή εβδομάδες, αυτός ο σουπερνόβα χρειάστηκε έναν ολόκληρο χρόνο για να φτάσει στη μέγιστη φωτεινότητά του, μετά τον οποίο έσβησε πολύ αργά, παραμένοντας στην όραση για εννέα επόμενα χρόνια.

Η συνολική ενέργεια που εκπέμπεται από αυτό ήταν 10 φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια ενός συνηθισμένου σουπερνόβα. Ακόμη και στην εποχή μας, οι αστρονόμοι νόμιζαν ότι αυτό ήταν φανταστικό και ήταν ξεκάθαρα μπερδεμένοι.

Τέτοια υπερβαριά αστέρια είναι εξαιρετικά σπάνια, αλλά ο αριθμός των βαρέων πυρήνων που παράγουν είναι χίλιες φορές ή περισσότερο μεγαλύτερος από τον αριθμό των πυρήνων που παράγονται από συνηθισμένους σουπερνόβα. Αυτό σημαίνει ότι η συμβολή των βαρέων πυρήνων στα διαστρικά νέφη αερίων, που δημιουργούνται από υπερβαριά αστέρια, είναι πολύ μεγάλη. Στον Γαλαξία μας κατά τη διάρκεια της ύπαρξής του, προφανώς, υπήρξαν 300 εκατομμύρια εκρήξεις διαφόρων σουπερνόβα (και ένας παρόμοιος αριθμός, προσαρμοσμένος για τη διαφορά μεγέθους μεταξύ τους) και αυτό είναι αρκετά για να εξηγήσει τα αποθέματα βαρέων πυρήνων στο διαστρικό αέριο , στα εξωτερικά στρώματα των συνηθισμένων αστεριών (και εκτός από το πλανητικό μας σύστημα - σε οποιουσδήποτε πλανήτες).

Τώρα βλέπετε ότι σχεδόν ολόκληρη η Γη και όλοι μας αποτελούνται σχεδόν εξ ολοκλήρου από άτομα που σχηματίζονται στο εσωτερικό των αστεριών (εκτός του Ήλιου μας) και διασκορπίζονται στο διάστημα κατά τις πρώτες εκρήξεις σουπερνόβα. Δεν μπορούμε να δείξουμε μεμονωμένα άτομα και να πούμε σε ποιο αστέρι γεννήθηκαν και πότε ακριβώς πετάχτηκαν στο διάστημα, αλλά γνωρίζουμε ότι γεννήθηκαν σε κάποιο μακρινό αστέρι και ήρθαν σε εμάς ως αποτέλεσμα μιας έκρηξης στο μακρινό παρελθόν.

Εμείς, και ο κόσμος μας, λοιπόν, όχι μόνο προερχόμαστε από αστέρια, αλλά από αστέρια που εκρήγνυνται. Ήρθαμε από σουπερνόβα!

Σημειώσεις:

Το πιο εσωτερικό μέρος της ζώνης ακτινοβολίας που βρίσκεται πιο κοντά στη Γη, η «ζώνη Van Allen», σχηματίζεται από πρωτόνια και ηλεκτρόνια που προκύπτουν από τη διάσπαση των νετρονίων που αναδύονται από τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης - Σημείωση. εκδ.

>Από τι είναι φτιαγμένος ο Ήλιος;

Βρίσκω, από τι είναι φτιαγμένος ο ήλιος: περιγραφή της δομής και της σύνθεσης του αστεριού, μια λίστα χημικών στοιχείων, ο αριθμός και τα χαρακτηριστικά των στρωμάτων με μια φωτογραφία, ένα διάγραμμα.

Από τη Γη, ο Ήλιος μοιάζει με μια λεία μπάλα φωτιάς και πριν από την ανακάλυψη των ηλιακών κηλίδων από το κωμικό πλοίο Galileo, πολλοί αστρονόμοι νόμιζαν ότι ήταν τέλεια διαμορφωμένος χωρίς ατέλειες. Τώρα το ξέρουμε Ο ήλιος είναι φτιαγμένοςαπό πολλά στρώματα, όπως η Γη, καθένα από τα οποία εκτελεί τη δική του λειτουργία. Αυτή η δομή του Ήλιου, όπως ένας τεράστιος φούρνος, είναι ο προμηθευτής όλης της ενέργειας στη Γη που είναι απαραίτητη για τη γήινη ζωή.

Από ποια στοιχεία αποτελείται ο ήλιος;

Αν μπορούσατε να ξεχωρίσετε ένα αστέρι και να συγκρίνετε τα συστατικά στοιχεία, θα καταλάβατε ότι η σύνθεση είναι 74% υδρογόνο και 24% ήλιο. Επίσης, ο Ήλιος αποτελείται από 1% οξυγόνο και το υπόλοιπο 1% είναι τέτοια χημικά στοιχεία του περιοδικού πίνακα όπως χρώμιο, ασβέστιο, νέον, άνθρακας, μαγνήσιο, θείο, πυρίτιο, νικέλιο, σίδηρος. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι ένα στοιχείο βαρύτερο από το ήλιο είναι ένα μέταλλο.

Πώς προέκυψαν όλα αυτά τα στοιχεία του Ήλιου; Η Μεγάλη Έκρηξη παρήγαγε υδρογόνο και ήλιο. Στην αρχή του σχηματισμού του Σύμπαντος, το πρώτο στοιχείο, το υδρογόνο, εμφανίστηκε από στοιχειώδη σωματίδια. Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης, οι συνθήκες στο Σύμπαν ήταν σαν στον πυρήνα ενός άστρου. Αργότερα, το υδρογόνο συντήχθηκε σε ήλιο για όσο διάστημα υπήρχε υψηλή θερμοκρασία στο σύμπαν για να πραγματοποιηθεί η αντίδραση σύντηξης. Οι υπάρχουσες αναλογίες υδρογόνου και ηλίου, που βρίσκονται τώρα στο Σύμπαν, σχηματίστηκαν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και δεν άλλαξαν.

Τα υπόλοιπα στοιχεία του Ήλιου δημιουργούνται σε άλλα αστέρια. Η σύντηξη του υδρογόνου σε ήλιο γίνεται συνεχώς στους πυρήνες των άστρων. Αφού παράγουν όλο το οξυγόνο στον πυρήνα, μεταπηδούν σε πυρηνική σύντηξη βαρύτερων στοιχείων όπως λίθιο, οξυγόνο, ήλιο. Πολλά από τα βαρέα μέταλλα που βρίσκονται στον Ήλιο σχηματίστηκαν επίσης σε άλλα αστέρια στο τέλος της ζωής τους.

Ο σχηματισμός των βαρύτερων στοιχείων, του χρυσού και του ουρανίου, συνέβη όταν πυροδοτήθηκαν αστέρια πολλαπλάσια του μεγέθους του Ήλιου μας. Σε κλάσματα δευτερολέπτου του σχηματισμού μιας μαύρης τρύπας, τα στοιχεία συγκρούστηκαν με μεγάλη ταχύτητα και σχηματίστηκαν τα βαρύτερα στοιχεία. Η έκρηξη σκόρπισε αυτά τα στοιχεία σε όλο το σύμπαν, όπου βοήθησαν να σχηματιστούν νέα αστέρια.

Ο Ήλιος μας έχει συλλέξει στοιχεία που δημιουργήθηκαν από τη Μεγάλη Έκρηξη, στοιχεία από αστέρια που πεθαίνουν και σωματίδια από νέες εκρήξεις αστεριών.

Ποια είναι τα στρώματα του Ήλιου;

Με την πρώτη ματιά, ο Ήλιος είναι απλώς μια μπάλα ηλίου και υδρογόνου, αλλά μια πιο προσεκτική ματιά αποκαλύπτει ότι αποτελείται από διαφορετικά στρώματα. Όταν κινούμαστε προς τον πυρήνα, η θερμοκρασία και η πίεση αυξάνονται, με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν στρώματα, αφού το υδρογόνο και το ήλιο έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά υπό διαφορετικές συνθήκες.

ηλιακός πυρήνας

Ας ξεκινήσουμε την κίνησή μας μέσα από τα στρώματα από τον πυρήνα προς το εξωτερικό στρώμα της σύνθεσης του Ήλιου. Σε εσωτερική στρώσηΟ ήλιος βρίσκεται στον πυρήνα, η θερμοκρασία και η πίεση είναι πολύ υψηλές, ευνοώντας τη ροή της πυρηνικής σύντηξης. Ο ήλιος δημιουργεί άτομα ηλίου από το υδρογόνο, ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, σχηματίζεται φως και θερμότητα, που φτάνουν μέχρι. Είναι γενικά αποδεκτό ότι η θερμοκρασία στον Ήλιο είναι περίπου 13.600.000 βαθμοί Kelvin και η πυκνότητα του πυρήνα είναι 150 φορές μεγαλύτερη από την πυκνότητα του νερού.

Οι επιστήμονες και οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι ο πυρήνας του Ήλιου φτάνει περίπου το 20% του μήκους της ηλιακής ακτίνας. Και μέσα στον πυρήνα, η υψηλή θερμοκρασία και πίεση βοηθούν στη διάσπαση των ατόμων υδρογόνου σε πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Ο ήλιος τα μετατρέπει σε άτομα ηλίου, παρά την κατάσταση ελεύθερης επίπλευσης.

Μια τέτοια αντίδραση ονομάζεται εξώθερμη. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, ένας μεγάλος αριθμός απόθερμότητα ίση με 389 x 10 31 j. ανά δευτερόλεπτο.

Ζώνη ακτινοβολίας του Ήλιου

Αυτή η ζώνη ξεκινά από τα όρια του πυρήνα (20% της ηλιακής ακτίνας) και φτάνει σε μήκος έως και 70% της ηλιακής ακτίνας. Μέσα σε αυτή τη ζώνη βρίσκεται η ηλιακή ύλη, η οποία είναι αρκετά πυκνή και θερμή σε σύσταση, οπότε η θερμική ακτινοβολία διέρχεται από αυτήν χωρίς να χάνει θερμότητα.

Μέσα στον ηλιακό πυρήνα λαμβάνει χώρα μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης - η δημιουργία ατόμων ηλίου ως αποτέλεσμα της σύντηξης πρωτονίων. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, εμφανίζεται μεγάλη ποσότητα ακτινοβολίας γάμμα. Σε αυτή τη διαδικασία, εκπέμπονται φωτόνια ενέργειας, στη συνέχεια απορροφώνται στη ζώνη ακτινοβολίας και εκπέμπονται ξανά από διάφορα σωματίδια.

Η τροχιά ενός φωτονίου ονομάζεται «τυχαίος περίπατος». Αντί να κινείται σε μια ευθεία διαδρομή προς την επιφάνεια του Ήλιου, το φωτόνιο κινείται σε τεθλασμένο μοτίβο. Ως αποτέλεσμα, κάθε φωτόνιο χρειάζεται περίπου 200.000 χρόνια για να ξεπεράσει τη ζώνη ακτινοβολίας του Ήλιου. Όταν περνά από ένα σωματίδιο σε ένα άλλο σωματίδιο, το φωτόνιο χάνει ενέργεια. Για τη Γη, αυτό είναι καλό, γιατί θα μπορούσαμε να λάβουμε μόνο ακτινοβολία γάμμα που προέρχεται από τον Ήλιο. Ένα φωτόνιο που εισέρχεται στο διάστημα χρειάζεται 8 λεπτά για να ταξιδέψει στη Γη.

Ένας μεγάλος αριθμός άστρων έχουν ζώνες ακτινοβολίας και το μέγεθός τους εξαρτάται άμεσα από την κλίμακα του αστεριού. Όσο μικρότερο είναι το αστέρι, τόσο μικρότερες θα είναι οι ζώνες, οι περισσότερες από τις οποίες θα καταλαμβάνονται από τη ζώνη μεταφοράς. Τα μικρότερα αστέρια μπορεί να στερούνται ζώνες ακτινοβολίας και η ζώνη μεταφοράς θα φτάσει την απόσταση μέχρι τον πυρήνα. Για τα μεγαλύτερα αστέρια, η κατάσταση είναι αντίστροφη, η ζώνη ακτινοβολίας εκτείνεται στην επιφάνεια.

συναγωγική ζώνη

Η ζώνη μεταφοράς είναι έξω από τη ζώνη ακτινοβολίας, όπου η εσωτερική θερμότητα του Ήλιου ρέει μέσω στηλών θερμού αερίου.

Σχεδόν όλα τα αστέρια έχουν μια τέτοια ζώνη. Στον Ήλιο μας, εκτείνεται από το 70% της ακτίνας του Ήλιου προς την επιφάνεια (φωτόσφαιρα). Το αέριο στα βάθη του άστρου, στον ίδιο τον πυρήνα, θερμαίνεται και ανεβαίνει στην επιφάνεια, σαν φυσαλίδες κεριού σε μια λάμπα. Όταν φτάσει στην επιφάνεια του άστρου, υπάρχει απώλεια θερμότητας· όταν κρυώσει, το αέριο βυθίζεται πίσω στο κέντρο, για την ανανέωση της θερμικής ενέργειας. Για παράδειγμα, μπορείτε να φέρετε μια κατσαρόλα με βραστό νερό πάνω από μια φωτιά.

Η επιφάνεια του Ήλιου είναι σαν χαλαρό χώμα. Αυτές οι ανωμαλίες είναι οι στήλες του θερμού αερίου που μεταφέρουν θερμότητα στην επιφάνεια του Ήλιου. Το πλάτος τους φτάνει τα 1000 χλμ. και ο χρόνος διάχυσης φτάνει τα 8-20 λεπτά.

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι τα αστέρια χαμηλής μάζας, όπως οι κόκκινοι νάνοι, έχουν μόνο μια ζώνη μεταφοράς που εκτείνεται μέχρι τον πυρήνα. Δεν έχουν ζώνη ακτινοβολίας, κάτι που δεν μπορεί να ειπωθεί για τον Ήλιο.

Photosphere

Το μόνο στρώμα του Ήλιου ορατό από τη Γη είναι το . Κάτω από αυτό το στρώμα, ο Ήλιος γίνεται αδιαφανής και οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν άλλες μεθόδους για να μελετήσουν το εσωτερικό του άστρου μας. Οι επιφανειακές θερμοκρασίες έως και 6000 Kelvin λάμπουν κίτρινο-λευκό ορατό από τη Γη.

Η ατμόσφαιρα του Ήλιου βρίσκεται πίσω από τη φωτόσφαιρα. Αυτό το τμήμα του Ήλιου που είναι ορατό κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης ονομάζεται.

Η δομή του Ήλιου στο διάγραμμα

Η NASA έχει αναπτύξει ειδικά για εκπαιδευτικούς σκοπούς μια σχηματική αναπαράσταση της δομής και της σύνθεσης του Ήλιου, υποδεικνύοντας τη θερμοκρασία για κάθε στρώμα:

• (Ορατή, IR και UV ακτινοβολία) είναι η ορατή ακτινοβολία, η υπέρυθρη ακτινοβολία και η υπεριώδης ακτινοβολία. Η ορατή ακτινοβολία είναι το φως που βλέπουμε να προέρχεται από τον ήλιο. Η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι η θερμότητα που νιώθουμε. Η υπεριώδης ακτινοβολία είναι η ακτινοβολία που μας δίνει ένα μαύρισμα. Ο ήλιος παράγει αυτές τις ακτινοβολίες ταυτόχρονα.
• (Φωτόσφαιρα 6000 K) - Η φωτόσφαιρα είναι το ανώτερο στρώμα του Ήλιου, η επιφάνειά του. Μια θερμοκρασία 6000 Kelvin είναι ίση με 5700 βαθμούς Κελσίου.
• Ραδιοεκπομπές - Εκτός από την ορατή ακτινοβολία, την υπέρυθρη ακτινοβολία και την υπεριώδη ακτινοβολία, ο Ήλιος εκπέμπει ραδιοεκπομπές, τις οποίες οι αστρονόμοι ανίχνευσαν με ραδιοτηλεσκόπιο. Ανάλογα με τον αριθμό των ηλιακών κηλίδων, αυτή η εκπομπή αυξάνεται και μειώνεται.
• Coronal Hole - Αυτά είναι μέρη στον Ήλιο όπου το στέμμα έχει χαμηλή πυκνότητα πλάσματος, με αποτέλεσμα ένα πιο σκοτεινό και ψυχρότερο στέμμα.
• 2100000 K (2100000 Kelvin) - Η ζώνη ακτινοβολίας του Ήλιου έχει αυτή τη θερμοκρασία.
• Συναγωγική ζώνη/Τυρβώδης συναγωγή (μεταβ. Συναγόμενη ζώνη/Τυρβώδης συναγωγή) - Είναι σημεία στον Ήλιο όπου η θερμική ενέργεια του πυρήνα μεταφέρεται με συναγωγή. Οι στήλες πλάσματος φτάνουν στην επιφάνεια, εκπέμπουν τη θερμότητά τους και ορμούν προς τα κάτω ξανά για να ζεσταθούν ξανά.
• Στεφανιαίοι βρόχοι (μεταφρ. Coronal loops) - βρόχοι που αποτελούνται από πλάσμα στην ατμόσφαιρα του Ήλιου, που κινούνται κατά μήκος μαγνητικών γραμμών. Μοιάζουν με τεράστιες καμάρες που εκτείνονται από την επιφάνεια για δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα.
• Πυρήνας (μτφρ. Core) είναι η ηλιακή καρδιά στην οποία συμβαίνει η πυρηνική σύντηξη, με τη βοήθεια του υψηλή θερμοκρασίακαι πίεση. Όλη η ηλιακή ενέργεια προέρχεται από τον πυρήνα.
• 14.500.000 K (ανά 14.500.000 Kelvin) - Η θερμοκρασία του ηλιακού πυρήνα.
• Radiative Zone (trans. Radiation zone) - Το στρώμα του Ήλιου όπου η ενέργεια μεταφέρεται χρησιμοποιώντας ακτινοβολία. Το φωτόνιο ξεπερνά τη ζώνη ακτινοβολίας πέρα ​​από τις 200.000 και πηγαίνει στο διάστημα.
• Τα νετρίνα (μετ. Νετρίνο) είναι σωματίδια αμελητέας μάζας που προέρχονται από τον Ήλιο ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης πυρηνικής σύντηξης. Εκατοντάδες χιλιάδες νετρίνα περνούν από το ανθρώπινο σώμα κάθε δευτερόλεπτο, αλλά δεν μας κάνουν κακό, δεν τα νιώθουμε.
• Chromospheric Flare (μτφρ. Chromospheric Flare) - Το μαγνητικό πεδίο του άστρου μας μπορεί να συστραφεί, και στη συνέχεια να σπάσει απότομα σε διάφορες μορφές. Ως αποτέλεσμα σπασίματος στα μαγνητικά πεδία, εμφανίζονται ισχυρές εκλάμψεις ακτίνων Χ, που προέρχονται από την επιφάνεια του Ήλιου.
• Βρόχος Μαγνητικού Πεδίου - Το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου βρίσκεται πάνω από τη φωτόσφαιρα και είναι ορατό καθώς το καυτό πλάσμα κινείται κατά μήκος των μαγνητικών γραμμών στην ατμόσφαιρα του Ήλιου.
• Κηλίδα - Μια ηλιακή κηλίδα (μετ. Ηλιακές κηλίδες) - Αυτά είναι μέρη στην επιφάνεια του Ήλιου όπου μαγνητικά πεδία διέρχονται από την επιφάνεια του Ήλιου και η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη, συχνά σε βρόχο.
• Ενεργειακά σωματίδια (μετβ. Ενεργειακά σωματίδια) - Προέρχονται από την επιφάνεια του Ήλιου, με αποτέλεσμα να δημιουργείται ο ηλιακός άνεμος. Στις ηλιακές καταιγίδες, η ταχύτητά τους φτάνει την ταχύτητα του φωτός.
• Ακτίνες Χ (μεταφρ. ακτίνες Χ) - ακτίνες αόρατες στο ανθρώπινο μάτι, που σχηματίζονται κατά τις εκλάμψεις στον Ήλιο.
• Φωτεινές κηλίδες και βραχύβιες μαγνητικές περιοχές (μετ. Φωτεινές κηλίδες και βραχύβιες μαγνητικές περιοχές) - Λόγω διαφορών θερμοκρασίας, εμφανίζονται φωτεινά και αμυδρά σημεία στην επιφάνεια του Ήλιου.