 |
|||
 |
 |
 |
 |
Часть 2
ОТКУДА БЕРЁТСЯ ЭНЕРГИЯ COЛНЦА?
Почему Солнце светит и не остывает уже миллиарды
лет? Какое "топливо" лает ему энергию? Ответы на эти вопросы
ученые искали веками, и только в начале XX в. было найдено правильное
решение. Теперь известно, что Солнце, как и другие звёзды, светит благодаря
протекающим в его недрах термоядерным ре-акциям. Что же это за реакции?
Были ядра атомов лёгких элементов сольются в ядро атома более тяжёлого
элемента, то масса нового ядра окажется меньше, чем суммарная масса тех
ядер, из которых оно образовалось. Остаток массы превращаются в энергию,
которую уносят частицы, освободившиеся в ходе реакции. Эта энергия почти
полностью переходит в тепло. Такая реакция синтеза атомных ядер может
происходить только при очень высоком давлении и температуре свыше 10 млн.
градусов. Поэтому она и называется термоядерной.
Основное вещество, составляющее Солнце, -- водород, на его
долю приходится около 71% всей массы светила. Почти 27% принадлежит гелию,
а остальные 2% - более тяжёлым элементам, таким, как углерод, азот, кислород
и металлы. Главным "топливом" на Солнце служит именно водород.
Из четырех атомов водорода в результате цепочки превращений образуется
один атом гелия. А из каждого грамма водорода, участвующего в реакции,
выделяется 6-Ю11 Дж энергии! На Земле такого количества энергии хватило
бы для того, чтобы нагреть от температуры 0╟ С до точки кипения 1000 MJ
воды!
Рассмотрим механизм термоядерной реакции превращения водорода
в гелий, которая, по-видимому, наиболее важна для большинства звёзд. Называется
она прогон-протонной, так как начинается с тесного сближения двух ядер
атомов водорода - протонов.
Протоны заряжены положительно, поэтому взаимно отталкиваются,
причём, по закону Кулона, сила этого отталкивания обратно пропорциональна
квадрату расстояния и при тесных сближениях должна стремительно возрастать.
Однако при очень высоких температуре и давлении скорости теплового движения
час-тип столь велики, а частицам так тесно, что наиболее быстрые из них
всё же сближаются друг с другом и оказываются а сфере слияния ядерных
сил. В результате может произойти цепочка превращений, которая завершится
возникновением нового ядра, состоящего из двух протонов и двух нейтронов,
- ядра гелия.
Далеко не каждое столкновение двух протонов приводит к ядерной реакции.
В течение миллиардов лет протон может постоянно сталкиваться с другими
протонами, так и не дождавшись ядерного превращения. Но если в момент
тесного сближения двух протонов произойдёт ешё и другое маловероятное
для ядра событие - распад протона на нейтрон, позитрон и нейтрино (такой
процесс называется fiera-распадом), то протон с нейтроном объединятся
в устойчивое ядро атома тяжёлого водорода - дейтерия.
Ядро дейтерия (дейтрон) по своим свойствам похоже на ядро водорода, только
тяжелее. Но в отличие от последнего в недрах звезды ядро дейтерия долго
существовать не может. Уже через несколько секунд, столкнувшись ешё с
одним протоном, оно присоединяет его к себе, испускает мощный гамма-квант
и становится ядром изотопа гелия, у которого два протона связаны не с
двумя нейтронами, как у обычного гелия, а только с одним. Раз в несколько
миллионов лет 1акие ядра лёгкого гелия сближаются настолько тесно, ч го
могут объединиться в ядро обычного гелия, "отпустив на свободу"
два протона.
Итак, в итоге последовательных ядерных превращений образуется
ядро обычного гелия. Порождённые
В ходе реакции позитроны и гамма кванты передают. Энергию
окружавшему газу, а нейтрино совсем уходят из звезды, потому что обладают
удивительной способностью проникать через огромные толщи вещества, не
задев ни одного атома.
Реакция превращения водорода s гелий ответственна за то, что
внутри Солнца сейчас гораздо больше гелия, чем на его поверхности. Естественно,
возникает вопрос: что же будет с Солнцем, когда весь водород в его ядре
выгорит и превратится в гелии, и как скоро это произойдёт? Оказывается,
примерно через 5 млрд. лет содержание водорода в ядре Солнца настолько
уменьшится, что его "горение" начнётся в слое вокруг ядра. Это
приведет к "раздуванию" солнечной атмосферы, увеличению размеров
Солнца, падению температуры на поверхности и повышению её в ядре. Постепенно
Солнце превратится в красный гигант -- сравнительно холодную звезду огромного
размера с атмосферой, превосходящей границы орбиты Земли. Жизнь Солнца
на этом не закончится, и оно будет претерпевать ешё много изменении, пока
в конце концов не станет холодным и плотным газовым шаром, внутри которого
уже не происходит никаких термоядерных реакций.