Дневная звезда. Рассказ о нашем Солнце
Шрифт:
Рис. Туманность «Лагуна» (Мессье 8) —это гигантское скопление космического газа и пыли. Темные сгустки вещества на краю туманности типичны для областей, в которых происходит рождение звезд. Гравитационное притяжение объединяет эти сгустки в единое целое. По мере сжатия эти сгустки распадаются на мелкие фрагменты; часть из них, сжимаясь, достигает плотности, достаточной для «поджигания» ядерных реакций в их центральных частях. Таким образом, перед нами семейство молодых звезд, образовавшихся из межзвездной среды. (Обсерватория Китт-Пик, США.)
Наша Галактика имеет два спиральных рукава, и там, где находится Солнце, газ и звезды делают полный оборот примерно за 250 млн. лет. Периодически (скажем, каждые 125 млн. лет) определенное
Я уже сказал выше, что, согласно критерию Джинса, масса облака, из которого появилось Солнце, могла быть равной нескольким тысячам солнечных масс. При конденсации оно разбилось на небольшие облака из-за возникших в отдельных частях облака неустойчивостей. Эти облачка в свою очередь разбиваются на еще более мелкие фрагменты в процессе сжатия всего облака. В конце концов остаются темные протозвезды и прото-Солнце, продолжающиеся сжиматься, однако уже близкие к своей окончательной форме. Весь этот процесс длился для Солнца около 400 000 лет.
Что происходило дальше, не совсем ясно. Прото-Солнце на этой стадии не было достаточно горячим, чтобы начались ядерные реакции. Осталась также проблема вращения, так как из-за сжатия прото-Солнце стало очень быстро вращаться (подобно тому как ребенок, сидящий на вращающемся кресле с вытянутыми руками, начинает вращаться быстрее, когда он сложит руки). Возможно, некоторое замедление вращения произошло в результате перепутывания магнитного поля прото-Солнца с магнитным полем Галактики. Магнитные силовые линии немного напоминают резину: чем сильнее вы ее растягиваете, тем большее сопротивление она оказывает. При вращении прото-Солнца образуется закрученное локальное магнитное поле, и оно в свою очередь начинает тормозить вращение. Более того, совместное действие вращения и магнитного поля должно было помочь процессу образования диска, когда размер облака приближался к размеру Солнца.
Конечная стадия процесса рождения Солнца продолжалась около 100000 лет. Внутри прото-Солнца образовалось ядро, сжимающееся под действием силы гравитации, причем температура и давление в нем все время росли. «Включилась» первая ядерная реакция: ядро лития-7 соединилось с протоном, что привело к образованию двух ядер гелия. Такая реакция происходит при температуре около 1 млн.градусов. Этот процесс вскоре истощился. Литий послужил топливом лишь для разжигания ядерного очага. С возникновением ядерных реакций изолированные фрагменты газа наконец-то превратились в молодое Солнце, однако прошло еще какое-то время, прежде чем все окончательно установилось. В первые несколько миллионов лет число ядерных реакций непрерывно росло. Эта фаза закончилась через 50 млн. лет. По-видимому, во время этой фазы существовал огромной мощности ветер, намного более сильный, чем теперешний солнечный ветер, поскольку он сдул прозрачную оболочку родительского облака.
В то время как формировался ядерный очаг, осколки и обломки вещества, оставшиеся за пределами основного сжимающегося облака, уже близкого по размеру к будущему Солнцу, начали объединяться, образуя метеорные тела и протопланеты. По показаниям метеорных часов мы знаем, что конденсация или затвердение продолжались 30—100 млн. лет. Уплощенный планетарный диск при помощи магнитного поля оказался связанным с Солнцем, и эта связь привела к небольшому замедлению солнечного вращения. Однако основной причиной замедления вращения Солнца (сейчас оно совершает один оборот примерно за месяц) явился унос углового момента или энергии вращения сильным ветром из частиц.
Образование планет, должно быть, длилось несколько сот миллионов лет. На последних стадиях малые обломки и агрегаты сталкивались на огромной скорости с большими. На фотографиях Меркурия и Луны можно видеть древние ландшафты со следами такой страшной космической бомбардировки. Куски горных пород — метеорные тела — блуждают в межпланетном пространстве, если можно назвать блужданием движение со скоростями 30—100 км/с.
Рис. Диаграмма Герцшпрунга — Рассела, по которой можно проследить жизненный цикл звезд. Эту диаграмму можно представить в разных формах; здесь она построена в координатах; температуры звезд — их светимость. В течение большей части своей жизни Солнце будет находиться на главной последовательности, а затем скорее всего станет красным гигантом и закончит свою жизнь белым карликом.
Когда вы видите падающую звезду, вы присутствуете при длящейся всего одну секунду смерти камня, более древнего, чем что-либо на поверхности Земли. Этот камень отправился в путешествие по Солнечной системе 5 млрд. лет тому назад. Иногда куски таких метеорных тел падают на поверхность Земли; такие фрагменты называются метеоритами.
Я уже рассказывал об источнике солнечной энергии, действующем большую часть его жизни. Солнце сейчас на середине своего жизненного пути, поскольку уже использована половина его водородных запасов. Поэтому Солнцу остается жить еще 5 млрд. лет. Если мы сопоставим первую половину жизни Солнца нашему календарному году, то можно сказать, что человечество появилось примерно в 22 часа 31 декабря, цивилизация началась за десять минут до полуночи, а телескоп изобрели в последнюю секунду. Лично я сомневаюсь, чтобы наши потомки очень беспокоились из-за того, что Солнце прекратит свое существование. Только из непомерного тщеславия можно полагать, что человечество является бессмертной вершиной эволюционной цепи. Мы всего лишь достигли большей вершины, чем кто-либо раньше до сих пор, и то с точки зрения земных представлений.
Но во всяком случае, что же будет происходить в последующие 5 млрд. лет? Для ответа на этот вопрос воспользуемся диаграммой Герцшпрунга — Рессела [Г—Р], по горизонтальной оси которой отложена температура звезды, а по вертикальной — ее светимость. Диаграмма Герцшпрунга — Рессела особенно полезна для предсказания тех быстрых изменений, которые произойдут с Солнцем, когда запасы энергии начнут уменьшаться.
В настоящее время Солнце расположено на главной последовательности, то есть в той группе, где находятся все нормальные звезды водородного цикла. Звезды, расположенные левее и выше положения Солнца на диаграмме, имеют большую массу, чем Солнце; те, что ниже,— меньшую массу. Важно понять, что ни Солнце, ни какая-либо другая звезда не движутся вверх или вниз вдоль по последовательности. Они остаются почти на том же самом месте, пока неослабно потребляют водород, немного смещаясь направо и вверх от главной последовательности по мере того, как его заменяет гелий. При этом светимость может возрасти на одну четверть, хотя поверхностная температура немного уменьшается. Короче говоря, Солнце будет становиться немного больше, немного краснее и будет значительно сильнее светить. Эта фаза эволюции, несомненно, чрезвычайно важна для любой жизни на поверхности Земли через несколько миллиардов лет. Причина, по которой Солнце будет греть сильнее, очень интересна. При сжигании водорода и превращении его в гелий расходуются электроны: 2 электрона на одно ядро гелия. Поэтому со временем запас электронов истощится, и энергии из ядра Солнца будет легче выходить наружу, так как именно электроны несут основную ответственность за задержку фотонов. Они являются главной причиной непрозрачности Солнца.
Когда ядерный солнечный реактор в конце концов выгорит, ядро Солнца начнет сжиматься. Физическая причина снова очень проста. Как только приток энергии уменьшается, ядро охлаждается, и чтобы противодействовать этому процессу, оно сжимается, высвобождая взамен тепловой потенциальную энергию своего собственного гравитационного поля. Сжатие ядра приводит к тому, что несгоревший водород извне ядра падает ближе к центру Солнца. Таким образом, появится новый источник энергии: водород, падающий вниз к центру Солнца, сжимается и нагревается до такой степени, что начинается сгорание водорода в тонком слое, окружающем ядро. На протяжении этого процесса образующийся гелий сбрасывается в ядро с внутренней стороны этого слоя, в то время как на внешней стороне продолжается сгорание новых порций водорода.