Что происходит, когда в ядре звезды заканчивается водородное топливо?
Дальнейшая эволюция звезд зависит от размеров звезды.
Небольшие звезды Массивные звезды
(спокойный путь эволюции) (катастрофические изменения, взрыв)
Эволюция небольшой звезды
1. Небольшая звезда → Красный гигант → Белый карлик
Когда заканчивается водород начинает гореть гелий, превращаясь в углерод (t до 100 млн.0) и затем в другие тяжелые металлы вплоть до железа. Внешние оболочки раздуваются (стадия звезды - красный гигант).
Красный гигант – это звезда «пожилого возраста», в ядре которого закончилось горение водорода, с большой светимостью и протяженными оболочками (внешние газовые оболочки раздуваются), размеры которых просто огромны (больше солнечного в 1500 раз), но в разы холоднее обычной звезды (солнце излучает тепла в 2 раза больше) (см. опорный конспект «Основные понятия»).
Синтез элементов тяжелее железа уже не приводит к выделению энергии. Лишенное источников энергии внешние оболочки сбрасываются, а ядро звезды быстро сжимается (стадия – белый карлик).
Белый карлик – это звезда, находящейся в последней стадии эволюции. Звезда в которой прекратились термоядерные реакции, сопровождающиеся выделением энергии (синтез элементов тяжелее железа уже не приводит к выделению энергии и внешние оболочки скидываются, а ядро сжимается), имеют низкую светимость, небольшие размеры (примерно с размером Земли), большую массу, большую плотность (в миллионы раз выше, чем у обычной звезды), но ещё достаточно высокую поверхностную температуру (7 000 – 30 0000), которая постепенно остывает и становится невидимой (примерно через 1012 лет). (см. опорный конспект «Основные понятия»).
|
|
|
Эволюция массивных звезд
Звезда-гигант → Красный гигант→Сверхновая (взрыв) →…
→ Полный распад
→ Черная дыра (если масса больше трех масс солнца)
→ Белый карлик (если масса оставшейся части более 1,4 массы солнца)
→ Нейтронная звезда (если масса оставшейся части менее 1,4 массы солнца)
Сверхновая звезда - грандиозная вспышка, в результате взрыва звезды
Черная дыра - небесное тело, которые образуются в результате взрыва гигантских звезд, с огромной массой и плотностью и как следствие огромной силой тяготения, которые притягивают даже испущенный ими самими свет. (см. опорный конспект «Основные понятия»).
|
|
|
Нейтронная звезда - это очень маленькое (радиус 10-20 км.), сверхплотное быстро вращающееся небесное тело (плотность больше, чем плотность белого карлика), состоящее из нейтронов (так как протоны и электроны при сжатии сливаются, образуя нейтроны), образующееся после взрыва массивных звезд (см. опорный конспект «Основные понятия»)..
Звезды по праву считаются фабриками по производству химических элементов, источниками света и жизни.
Виды небесных тел.
Все небесные тела можно разделить на две группы
Испускающие энергию Не испускающие энергию
Звезды, на разных стадиях развития (планеты, спутники, кометы, метеорные тела, черные дыры)
Метеор - («падающая звезда») - космическая частица, пылинка массой доли граммов, которая попадает в земную атмосферу на высоте 80-130 км. на высокой скорости (11-73 км/с) и полностью сгорает, оставляя за собой яркую светящуюся траекторию.
|
|
|
Болид - частица большей массой (сотни граммов и больше) и представляет собой огненный шар с хвостом.
Если в земную атмосферу влетает метеорное тело с массой несколько килограмм и с небольшой скоростью (не более 22 км/с), то оно не полностью сгорает и часть достигает земли. Упавшее метеорное тело называется метеоритом.
Метеорит - более крупный фрагмент космического вещества, который не полностью сгорает в атмосфере и падает на землю. Метеориты, как правило, бывают железными, каменными или железокаменными.
Комета – небольшое небесное тело, которое движется вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите. Различают голову кометы (ядро) и хвост. Ядро- конгломерат (кусок) льда состоящий из замерзших газов и космической пыли. Ядро окружено «головой» - облаком газа и пыли. Ядро часто не превышает 10 км в ширину, в то время как голова может иметь в поперечнике миллион км, а хвосты - длину в сотни млн. км. Голова и хвост кометы светятся, отражая солнечный свет. Комета движется вокруг солнца по эллиптической орбите, она не может покинуть солнечную систему из-за силы тяготения Солнца. Когда она движется от солнца силы тяготения, замедляют ее и разгоняют, когда она приближается к Солнцу. Когда комета находится далеко от Солнца, она замерзает, становится темной и невидимой с Земли. По мере приближения к Солнцу поверхность кометы разогревается и начинает испускать облака светящегося газа и пыли, которые образуют видимый хвост, направленный в сторону, противоположную Солнцу.
|
|
|
Тема Солнечная система
Модели Солнечной системы
Солнечная система - это система небесных тел, удерживаемая силами взаимного притяжения.
Гравитационное взаимодействие проще всего наблюдать на космических объектах, обладающих огромной массой.
В окружающей нас повседневности действие гравитации между предметами наблюдать сложно, даже если вес предметов составляет сотни и тысячи килограммов. В микромире силы гравитационного взаимодействия малы настолько, что ими можно пренебречь, потому на первый план выходят другие виды взаимодействий между элементарными частицами и атомами. Гравитация удерживает живых существ и предметы на поверхности планеты, определяет характер движения планет вокруг Солнца. Именно гравитационное воздействие определяет тот факт, что планеты удерживаются вокруг своих звезд, а спутники не могут уйти в космическое пространство и продолжат движение по орбите вокруг своей планеты. Закон всемирного тяготения или как его еще называют, теория гравитации, был открыт именно при наблюдении за планетами Солнечной системы.
Если наблюдать за движением небесных тел с Земли, то может показаться, что все эти тела движутся по сложной траектории. Так, например, древний ученый Птолемей, первооткрыватель законов движения планет, поместил Землю в центр вселенной и предположил, что другие планеты и звезды движутся вокруг Земли по большим и малым орбитам.
Законы движения планет, установленные Птолемеем никем из исследователей, не оспаривалась на протяжении 14 веков и только в середине 16 столетия была заменена Коперником на гелиоцентрическую систему, согласно которой все планеты движутся вокруг Солнца. На основе гелиоцентрической системы объяснить траектории движения небесных тел стало намного проще.
На основании трудов Коперника и наблюдений за движением планет астронома из Дании Тихо Браге немецкий астроном Кеплер сформулировал три эмпирических закона движения планет в Солнечной системе.
- Геоцентрическая система Птолемея – где центром вращения всех объектов является Земля
- Гелиоцентрическая система Коперника – где Солнце является центральным телом
Законы Кеплера
И хотя Коперник был ближе к истинной природе Солнечной системы, его работа имела недостатки. Основным из этих недостатков являлось утверждение, что планеты вращаются вокруг Солнца по круговым орбитам.
В начале XVII века немецкий астроном Иоганн Кеплер, изучая систему Николая Коперника, а также анализируя результаты астрономических наблюдений датчанина Тихо Браге, вывел основные законы относительно движения планет. Они были названы как Три закона Кеплера.
Кеплер поработал с таблицами Тихо Браге (который посвятил свою жизнь наблюдениям за движением планет). Он думал, что они движутся по окружностям и хотел уточнить параметры орбит, но у него ничего не получалось. На основании наблюдений установил, что планеты движутся по эллиптическим орбитам.
Первый закон Кеплера предполагает, что Солнце находится не в центре эллипса, а в особой точке, называемой фокусом. Из этого следует, что расстояние планеты от Солнца не всегда одинаковое. Так как эллипс — плоская фигура, то первый закон подразумевает, что каждая планета движется, оставаясь все время в одной и той же плоскости.
Каждая орбита планеты имеет точку, ближайшую к Солнцу, которое называется перигелием. Точка орбиты, наиболее удаленная от Солнца, называется афелием. Отрезок, соединяющий эти две точки называется большой осью орбиты. Если разделить этот отрезок пополам, то получим большую полуось, которую чаще используют в астрономии.
Второй закон Кеплера
Радиус-вектор планеты (т.е. отрезок, соединяющий Солнце и платету) описывает в равные промежутки времени равные площади (За равные промежутки времени радиус-вектор соединяющий планету и солнце описывает равные площади S)
Второй закон указывает, прежде всего, на изменение скорости движения планеты по ее орбите: чем ближе планета подходит к Солнцу, тем быстрее она движется. Но этот закон дает на самом деле больше. Он целиком определяет движение планеты по ее эллиптической орбите.
Третий закон Кеплера
Рассмотрим две планеты, вращающиеся вокруг солнца. Каждая планета совершает 1 оборот по орбите за какое-то время.
Ученый установил строгую зависимость между временем обращения планет и их расстоянием от Солнца. Оказалось, что квадраты периодов обращения любых двух планет вокруг солнца относятся между собой как кубы их средних расстояний от Солнца и выполняется следующее отношение:
Строение солнечной системы
Солнечная система - это система небесных тел, удерживаемая силами взаимного притяжения.
В состав солнечной системы входят:
1. Солнце, занимающее центральное место, вокруг которого вращаются:
2. 8 больших планет с их спутниками (более 60). (с августа 2006 г. Плутон стали относить к карликовым планетам)
- Планеты земной группы (планеты типа Земля):
1. Меркурий
2. Венера
3. Земля
4. Марс
- Планеты юпитеарианской группы (планеты типа Юпитера, Внешние планеты, планеты-гиганты):
5. Юпитер
6. Сатурн
7. Уран
8. Нептун
И чтобы легче запомнить расположение и название планет существует такая считалочка:
«Мечтая Всегда Замечала Мария Южного Солнца Улыбку На Пляже»
3. Карликовые планеты (Церера (крупный астероид между Марсом и Юпитером), Плутон, Эрида (находится за Плутоном)
4. Астероиды (малые планеты).
5. Кометы (несколько сот).
Комета – небольшое небесное тело, которое движется вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите. Различают голову кометы (ядро) и хвост. Ядро - кусок льда, состоящий из замерзших газов (в основном пары воды) и космической пыли. Ядро окружено «головой» - облаком газа и пыли. Ядро часто не превышает 10 км в ширину, в то время как голова может иметь в поперечнике миллион км, а хвосты - длину в сотни млн. км. Голова и хвост кометы светятся, отражая солнечный свет. Комета движется вокруг солнца по эллиптической орбите, она не может покинуть солнечную систему из-за силы тяготения Солнца. Когда она движется от солнца силы тяготения, замедляют ее и разгоняют, когда она приближается к Солнцу. Когда комета находится далеко от Солнца, она замерзает, становится темной и невидимой с Земли. По мере приближения к Солнцу поверхность кометы разогревается и начинает испускать облака светящегося газа и пыли, которые образуют видимый хвост, направленный в сторону, противоположную Солнцу.
6. Метеорные тела (бесчисленное множество).
Метеор («падающая звезда») - космическая частица, пылинка массой доли граммов, которая попадая в земную атмосферу на высоте 80-130 км. на высокой скорости (11-73 км/с), полностью сгорает, оставляя за собой яркую светящуюся траекторию.
Болид - частица большей массой (сотни граммов и больше) и представляет собой огненный шар с хвостом.
Метеорит - более крупный фрагмент космического вещества, который не полностью сгорает в атмосфере и падает на землю. Метеориты, как правило, бывают железными, каменными или железокаменными.
Космическая пыль
СОЛНЦЕ
Солнце – это одна из сотен миллиардов звезд галактики Млечный путь. (Ближайшая к Солнцу звезда – это Проксима Центавра, находящаяся от неё на расстоянии 4,24 световых лет. Для сравнения – расстояние от Земли до Солнца, принимаемое за астрономическую единицу (а.е.), солнечный свет проходит всего за 8,32 минут.
Благодаря тому, что Земной шар находится относительно близко к этому небесному объекту, ученые имеют уникальную возможность изучать процессы, которые там происходят. А по ним судить о подобных процессах на звездах, удаленных от Земли на огромные расстояния. Солнце – это звезда, за которой человечество может наблюдать с Земли невооруженным взглядом.
В центре Солнечной системы расположена типичная звезда-карлик Солнце, которое занимает 99,86% всей массы нашей системы, a её гравитация по силе преобладает над всеми небесными телами (диаметр - 1,392 млн км., это в 109 раз больше диаметра нашей планеты, внутри поместился бы миллион Земель)..
По астрономической классификации Солнце относится к типу «желтых карликов». Это значит, что оно не так и велико по сравнению с размерами других звезд, но довольно ярко светит. Наше светило входит 15% самых ярких звезд Млечного Пути. Вместе с тем в галактике есть звезды, чей радиус превышает солнечный в 2000 раз!
Расстояние от Земли до нее составляет 150 миллионов километров (149 млн. 600 тыс.). Свет, скорость которого равняется 300000 км/с, преодолевает это расстояние за 8,32 минут.
Для измерения расстояния в солнечной системе используется понятие астрономическая единица (а.е) – это среднее расстояние Земли от солнца (большая полуось). 1 а.е. равна 149 млн. 600 тыс км.
Солнце – это огромный раскалённый газовый шар, состоящий в основном из водорода (73,5%) и гелия (24,9%), на все остальные элементы приходится примерно 1,5% (кислород, углерод, неон, железо).
Источником тепла, излучаемого звездой, являются термоядерные реакции (в центре Солнца атомы водорода сливаются друг с другом, в результате чего образуется атом гелия и некоторое количество энергии).
С Земли кажется, что светило имеет желтый цвет, однако это иллюзия, связанная с влиянием атмосферы нашей планеты на солнечный свет. На самом деле Солнце излучает почти белый свет.
Само Солнце также вращается вокруг своей оси.
Схема структуры Солнца.
Конечно, у Солнца, состоящего из газов, нет привычной нам твердой поверхности. Значительную ее часть составляет атмосфера, которая по мере движения к центру светила уплотняется. Тем не менее принято выделять 6 «слоев», из которых состоит звезда. Три из них являются внутренними, а следующие три образуют солнечную атмосферу.
1. Ядро – располагается в центре светила. Именно в этой области идут термоядерные реакции и вырабатывается энергия, которую и излучает Солнце. Все остальные области звезды лишь обогреваются ядром, но сами ее не вырабатывают. Радиус ядра - 150 тыс. км. Температура - не ниже 13,5 млн градусов. Давление - до 200 млрд атм. Из-за этого вещество здесь находится в крайне плотном состоянии (плотность - 150 г/куб. см., что в 7,5 раз выше плотности золота). Именно такие условия необходимы для протекания термоядерных реакций.
2. Зона лучистого равновесия (лучистого переноса энергии). Ее внешняя граница проходит по сфере радиусом 490 тыс. км. Температура постепенно падает от отметки в 7 млн градусов на границе с ядром до 2 млн градусов у внешней границы. Также и плотность вещества снижается с 20 до 0,2 г/куб. см. Тем не менее из-за высокой плотности атомы водорода не могут двигаться. То есть если при нагреве, например, воды ее теплые слои поднимаются на поверхность, перенося туда тепло, то здесь такой механизм не работает – вещество остается неподвижным. Единственный способ энергии пробраться через эту зону –длительная цепочка поглощений и излучений фотонов атомами водорода. Из-за этого фотон, возникший при термоядерной реакции в ядре, в среднем «пробирается» наружу через зону радиации примерно 170 тыс. лет!
3. Зона конвекции (конвективного переноса энергии) толщиной 200 тыс. км. Здесь плотность уже невысока, и вещество активно перемешивается – нагретые газы поднимаются наверх, отдают тепло, остывают и снова погружаются вниз. Скорость газовых потоков может достигать 6 км/с. Именно это движение порождает магнитное поле Солнца. Температура на поверхности падает до 6000° С, а плотность на три порядка ниже плотности земной атмосферы.
4. Атмосфера.
Солнца состоит из следующих слоев:
4.1 Фотосфера – самый нижний слой атмосферы Солнца. Именно она излучает тот свет, который согревает планеты Солнечной системы. Фотосфера как бы состоит из отдельных зёрен – гранул, размеры которых составляют (до 1000) км. Гранула - это поток горячего газа, поднимающийся вверх. В тёмных промежутках между гранулами находится более холодный газ, опускающийся вниз. Каждая гранула существует 5-10 мин., затем на её месте появляется новая, которая отличается от прежней по форме и размерами. Толщина - от 100 до 400 км. На внешней границе фотосферы температура падает до 4700° С.
4.2 Хромосфера («сфера цвета») - слой толщиной примерно 10 000 км. Красновато-фиолетовое кольцо хромосферы можно видеть во время полного солнечного затмения.
4.3 Корона - верхний слой атмосферы, который простирается на миллионы км. Вещество в ней крайне разрежено, однако температура в ней может достигать нескольких миллионов градусов. На сегодня ученым не удалось полностью объяснить, за счет каких механизмов солнечная корона разогревается до такой температуры. В короне можно наблюдать протуберанцы – выбросы солнечного вещества, чья высота над поверхностью звезды может достигать 1,7 млн км.
Большие планеты
| Планеты земной группы - Меркурий - Венера - Земля - Марс Все обладают сравнительно небольшими массами и размерами, но весьма плотные тела. Все обладают сходным строением. Основные составляющие железо и силикаты. Члены этой группы либо полностью лишены атмосферы (Меркурий) или имеют мало протяженную и не очень плотную атмосферу, масса которой составляет лишь ничтожную долю массы планеты. Основное химическое соединение этих атмосфер – углекислый газ (СО2). Спутников либо нет, как у Меркурия и Венеры или как у Земля - 1 и Марса -2 | Планеты юпитерианской группы (планеты-гиганты) - Юпитер - Сатурн - Уран - Нептун Существенно большие массы и размеры. А плотность значительно меньше. Нет твердой поверхности. Прибывают в газо-жидком состоянии. основной компонент этих планет является Н и Не.Все обладают мощными атмосферами. У всех имеются спутники и число их может достигать до нескольких десятков. |
Краткая характеристика отдельных планет
1. Меркурий («самые холодные ночи и перепады температуры»)
Планета названа в честь римского Бога торговли, который «охраняет людей в пути, провожает умерших в царство мертвых».
Меркурий самая первая по удаленности от Солнца планета и самая маленькая из планет земной группы (размеры немного больше Луны). Достаточно сложная для наблюдения с Земли планета. Видна недолго на фоне утренней или вечерней зари. Поэтому в древности Меркурий часто принимали за 2 различных светила.
О поверхности ближайшей к Солнцу планеты ничего не было известно до полета космического спутника, запущенного в 1973 г. Снимки поверхности, показали удивительное сходство рельефа Меркурия с ближайшей соседкой Земли – Луной. Как оказалось, вся его поверхность покрыта множеством кратеров разных размеров (ударно-метеоритной природы). Температура в течение дня (продолжительность которых 88 земных суток) +4300, а ночью опускается до -1830.
Не имеет защитной атмосферы, предохраняющей его поверхность от интенсивного воздействия солнечной радиации и резких перепадов дневной и ночной температуры. Спутников нет.
2. Венера (самая плотная атмосфера из всех планет земной группы и самое медленное вращение вокруг оси, самая горячая планета Солнечной системы (на земле средняя температура 14 0, а там 46 0, настолько высока, что может расплавиться свинец))
Эта планета - одно из красивейших светил неба. Не случайно именно ей древние римляне присвоили имя богини любви и красоты. Хотя условия на ее поверхности напоминают АД.
Поверхность Венеры полностью скрыта мощным облачным покровом и только с помощью радиолокаторов, возможно, увидеть ее рельеф (атмосферное давление Венеры 90 атмосфер). Венера окружена плотной атмосферой (самая плотная среди планет земной группы) и мощным облачным слоем. Температура поверхности свыше 300º – газовая оболочка Венеры – это гигантский парник. Она способна пропускать солнечное тепло, но не выпускает наружу. Поглотителями является СО2 (96%) и водяной пар. Облака Венеры состоят из капелек концентрированной 80% серной кислоты.
3. Земля (самая плотная планета и единственная планета, где на поверхности имеется вода в жидком виде).
Названа в честь Богини Земли — Гея. Как одна из планет Солнечной системы на первый взгляд ничем не примечательна. Это не самая большая, но и не самая малая из планет. Она не ближе других к Солнцу, но и не обитает на периферии планетной системы. И все же Земля обладает одной уникальной особенностью – на ней есть жизнь. Однако при взгляде на Землю из космоса это незаметно.
4. Марс (Красная планета, самые высокие горы), единственная планета в Солнечной системе. Поверхность которой можно легко разглядеть с Земли).
Красная планета – красные окислы железа, присутствующие в поверхностных породах, определяют цвет планеты. Размеры Марса в 2 раза меньше Земли, масса в 9 раз меньше.
Атмосфера Марса более разрежена, чем воздушная оболочка Земли. По составу она напоминает атмосферу Венеры и на 95 % состоит из углекислого газа.
Период вращения и смена времен года аналогичные земным, но климат значительнее холоднее и суше. Средняя температура - 63º С (летом до +20 С, зимой ночью до -125° С). Такие резкие перепады вызваны тем, что разреженная атмосфера Марса не способна долго удерживать тепло.
Над поверхностью планеты часто дуют сильные ветры, скорость которых доходит до 100 м/с. Вследствие малой массы сила тяжести на Марсе почти в 3 раза ниже, чем на земле.
Имеет 2 спутника — Фобос (страх) и Деймос (ужас).
5. Юпитер (самая большая планета солнечной системы, почти в 2,5 раза больше чем планеты все вместе взятые)
Это планета гигант. Масса равна 318 массам земли, содержит в себе более 2/3 массы всей нашей солнечной системы. Вторая по яркости после Венеры планета. Средняя температура = -108º С. Представляет собой гигантский шар из водорода (87%) и гелия (13 %). Как все планеты -гиганты имеет кольца, которые состоят из мелких каменных частиц. Увидеть кольцо с Земли практически невозможно. Оно очень тонкое и постоянно повернуто к наблюдателю ребром.
Сколько спутников точно сказать нельзя, предполагают, что не менее 100, но зарегистрировано 79
6. Сатурн (вторая по размерам планета солнечной системы, самая выраженная система колец)
Состоит из водорода и гелия. Кольца Сатурна состоят из частиц из обычного водяного льда самой разной величины, от мелких пылинок до глыб с поперечником 10-15 м. Известно 82 спутника. Эти тела вращаются вокруг Сатурна со скоростью 10 км/с. Сатурн имеет одну интересную особенность: он — единственная планета в Солнечной системе, чья плотность меньше плотности воды. Если бы возможно создать огромный океан, Сатурн смог бы в нем плавать.
7. Уран (голубая планета, вращается вокруг солнца «лежа на боку», самая холодная)
Когда о Земле говорят «голубая планета»- это ласковое преувеличение. По настоящему голубой планетой оказался далекий Уран! Причина этого кроется в составе атмосферы и ее температуры. При морозе (-218º С) в верхних слоях водородно-гелиевой атмосферы сконцентрировалась и теперь постоянно присутствует метановая дымка. Метан хорошо поглощает красные лучи и отражает голубые и земные – красивый аквамариновый свет. 27 спутников. Имеет кольца (1977 г.) полные противоположности светлым, широким и снежным кольцам Сатурна – в тысячу раз более узкие, черные и каменистые. Кольца Урана представляют собой набор из девяти черных «паутинок».
8. Нептун (царство холода), но не самая холодная, всё дело во внутреннем тепле, Нагревается от ядра. Чем ближе к центру температура повышается в верхних слоях -2210, в ядре 52000,
Его присутствие сначала вычислили теоретики. В середине 80-х гг. ученые открыли у этой планеты кольца, но очень странные: они были неполные. Эти разорванные кольца стали называть дугами (арки). Вещество в них распределено неравномерно: р резко падает у концов дуг.
14 спутников.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 84; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!