Наше светило, Солнце, излучает свет и тепло уже около 4,5 миллиардов лет. За это время оно нисколько не потускнело и продолжает стабильно "гореть". Но как такое возможно? Откуда Солнце берет "горючее" для поддержания своего вечного пламени? Давайте разберемся!
Устройство Солнца: вечный термоядерный реактор
Внутри Солнца происходят термоядерные реакции - атомы водорода сливаются вместе с образованием гелия. Этот процесс сопровождается выделением колоссального количества энергии, поддерживающей высокую температуру звезды.
Чтобы понять, откуда берется "топливо" для этого процесса, давайте рассмотрим внутреннее строение Солнца:
- Ядро - здесь идут термоядерные реакции, температура достигает 15 миллионов градусов!
- Лучистая зона - энергия из центра переносится фотонами
- Конвективная зона - потоки раскаленной плазмы переносят тепло наружу
- Фотосфера - видимая нам поверхность Солнца, температура "всего" 5500 градусов
Основным "топливом" для термоядерных реакций служит водород, которого в недрах Солнца сконцентрировано очень много. При соединении четырех атомов водорода образуется ядро гелия, при этом высвобождается огромная энергия по знаменитому E=mc2.
В ядре Солнца при огромном давлении и температуре идут реакции ядерного синтеза, при которых два атома водорода превращаются в один атом гелия.
Так в чем же секрет практически вечного горения Солнца? Почему с течением миллиардов лет оно не истощает свои запасы "топлива"? Давайте разберем подробнее процессы, протекающие в недрах нашего светила.
Механизм горения Солнца
Процесс термоядерного синтеза сильно отличается от привычного нам горения, например, дров в костре. В чем же разница:
- Солнце "горит", несмотря на отсутствие кислорода - для термоядерной реакции он не нужен
- Огромные температура и давление в ядре Солнца ускоряют реакцию синтеза
- Цепная реакция - каждый акт синтеза запускает сотни новых реакций
- Колоссальные запасы "топлива" - водорода в ядре звезды хватит еще на миллиарды лет
Солнце почему горит без кислорода? Это все благодаря ядерному синтезу, а не химическому горению как на Земле. Условия в недрах звезды позволяют атомарному водороду соединяться без каких-либо дополнительных элементов.
Достигая температур в миллионы градусов, ядра атомов водорода приобретают столь высокую скорость, что преодолевают кулоновский барьер отталкивания и объединяются в ядра гелия. Каждая такая реакция синтеза высвобождает нейтроны, ускоряющие следующие столкновения ядер.
Так на Солнце поддерживается цепная реакция, миллиарды актов синтеза в секунду. Этот процесс самоподдерживающийся так как по мере расходования "топлива" температура в ядре растет за счет сжатия, что запускает реакцию в более холодных слоях по спирали.
Таким образом, солнце горит безостановочно обеспечивая нас светом и теплом уже миллиарды лет. Но что будет, когда его запасы иссякнут?
Что будет с Солнцем дальше?
Как известно, запасы водорода в недрах Солнца не бесконечны. По имеющимся оценкам, через 5 миллиардов лет ядерное "топливо" будет практически исчерпано.
Что же произойдет с нашим светилом дальше?
Расширение и "красный гигант"
По мере расходования водорода ядро Солнца будет сжиматься и нагреваться еще больше. В результате внешние слои звезды разогреются и начнут расширяться.
С возрастом размеры и светимость Солнца будут увеличиваться. Через 5 млрд лет оно превратится в красный гигант и начнет терять свои внешние слои
Раздувающееся Солнце проглотит внутренние планеты, включая Землю, а затем превратится в красный гигант и начнет сбрасывать свои разогретые внешние слои.
Горение гелия и других элементов
На этом процесс превращения вещества в энергию не закончится. После исчерпания запасов водорода в недрах Солнца вспыхнет горение гелия с образованием углерода. Затем начнется синтез кислорода из углерода и так далее по цепочке термоядерных реакций.
Однако на каждом последующем этапе количество выделяемой энергии будет уменьшаться, что приведет к сжатию и уменьшению размеров Солнца после стадии красного гиганта.
Белый карлик и затухание Солнца
В конечном итоге через 7-8 миллиардов лет Солнце превратится в белый карлик - ядро из углерода и кислорода размером с Землю. В недрах такой звезды термоядерные реакции прекратятся.
Поддерживаемый остаточным теплом белый карлик будет очень медленно остывать. Однако излучать свет он уже не будет - эволюция Солнца как звезды фактически завершится.
Последствия для Земли и человечества
Конечно, к моменту превращения Солнца в красного гиганта наша цивилизация вряд ли переживет экологическую катастрофу из-за перегрева планеты. Однако гипотетически человечество могло бы попытаться:
- Переселиться на другую планету
- Построить гигантские подземные бункеры
- Искусственно остудить Солнце с помощью колоссальных затрат энергии
В любом случае, перспектива затухания Солнца может иметь катастрофические последствия для всех форм жизни в Солнечной системе.
