Эволюция звезд

Звезда - это самосветящийся газовый шар, который находится в динамическом равновесии. Собственное тяготение массы газа уравновешено давлением этого газа, а потери на энергоизлучения компенсируются генерацией внутренней энергии. При неизменной массе, химическом составе, вращении в магнитном поле это равновесие устойчиво. Однако в ходе эволюции характеристики звезды изменяются, равновесие может стать неустойчивым. Тогда звезда должна перейти либо в равновесное состояние. либо претерпеть катастрофические изменения, приводящие к гибели. Характерное время эволюции звезды очень велико. Поэтому основным методом исследования эволюции звезд является построение моделей. Согласно современным представлениям, звезды образуются в результате гравитационной конденсации вещества межзвездной среды. В газопылевом облаке случайно может возникнуть гравитационно-неустойчивые фрагменты, которые начинают сжиматься. Если m фрагментов достаточно велика, то происходит дальнейшая фрагментация (каскадная фрагментация). Она подтверждается наблюдениями, т.е. звезды рождаются группами. Сжимающиеся объекты звездной массы, протозвезды, которые состоят из ядра и оболочки и наблюдаются как источники инфракрасного изучения. Вращение протозвезд играет важную роль в их эволюции. В результате вращения может возникать кратная система звезд, а одиночные звезды образуются из медленно вращающихся фрагментов. Если же существует система отвода момента вращения от ядра быстро вращающейся протозвезды, то вокруг ядра может образоваться протяженный газопылевой диск, из которого потом образуется планетная система. После исчерпывания термоядерной реакции, а именно гелиевых источников в центральной области звезды, образуется углеродное ядро при массе, меньшей 1/2m Солнца, гравитационное сжатие приводит к образованию белого карлика, который уже не имеет термоядерных источников энергии. Собственное тяготение карлика уравновешено давлением вырожденного электронного газа и за млрд. лет белый карлик превращается в черный. Нечто подобное ожидает, по видимому, наше Солнце. Через 8 млрд. лет оно превратится сначала в красный гигант, затем, сбросив оболочку, станет белым, а потом и черным карликом размером с Землю. Многообразие свойств наблюдаемых звезд определяется не только их массой, а также химическим составом, вращением и т.п. В двойных системах эволюция звезд происходит более сложно, однако конечные состояния эволюции (белый карлик, нейтронная звезда, черная дыра) определяются только массой звезды.

Солнечная система принадлежит галактике "Млечный путь". Скорость движения галактики относительно реликтового фона излучения примерно 600 км/сек. В настоящее время Солнечная система находится между двумя рукавами этой галактики - Персея и Стрельца. Рукава - области пространства, где плотность звезд повышена.

Структура галактик: ядро, которое представляет собой плоский диск с шарообразным утолщением в центре (4/30 диска). Диск окружен звездными сферическими гало (R - размеры ядра). В центральной области в периферию диска отходят спиральные ветви, в которых преимущественно концентрируются газ и наиболее яркие звезды. Предположительно, имеется обширная корона.

В целом вращение галактики не является вращением, присущим твердому телу. Здесь существует радиальное распределение объектов по скоростям. Есть зоны, где скорость вращения газа и спиральной структуры совпадают. Эти зоны называют коратационными. Если говорить о времени жизни Солнечной системы (4,6 млрд. лет), то оно равно времени, которое Земля проводит между рукавами. В рукавах постоянно происходят вспышки сверхновых звезд. Скорость движения Солнечной системы вместе с Землей составляет примерно 400 км/сек и направлена в сторону созвездия Льва.

Солнечная система состоит из звезды Солнца и окружающих ее спутников (планет, астероидов, комет, метеоритов, мелких метеорных частиц и пылинок). Девять планет является главными спутниками, их суммарная масса в 743 раза меньше массы Солнца. Планеты движутся по почти круговым орбитам в ту же сторону, что и Солнце. Все планеты лежат почти в одной плоскости. 98% моментов количества движения приходится на орбитальное движение планет и 2°/о - на собственное вращение Солнца. В галактике миллиарды звезд, подобных Солнцу.

Солнце вращается со средним периодом около 25 суток. Литейная скорость движения от реальной точки солнечной поверхности составляет примерно 2 км/сек. Эффективная температура примерно 5775 К. Солнце обладает магнитным полем сложной структуры. По современным представлениям там происходят ядерные реакции синтеза, зона которых занимает почти весь объем Солнца (с R = 500тыс. км; р - 160 г/см³ Р = 40млрд. атм.; t⁰ = 10-15млн. °С). Из этой зоны ядерная реакция переносится с помощью гамма-квантов. Следующая - конвективная зона (глубина примерно 100-200тыс. км; р = 10^-2г/см³ Р = 10⁶ мегаатм.; t⁰ = 10⁴ - 10⁶ К). Далее; фотосфера -> хромосфера -> крона Солнца. Активность Солнца сопровождается появлением пятен, которые представляют собой относительно холодные места в фотосфере. По форме они напоминают тарелки (с глубиной примерно 1 тыс. км и диаметром до 10 тыс. км). Пятна, как правило, появляются группами, по всему диску Солнца, очень редко встречаются вдоль экватора. Важным элементом солнечной активности являются факелы в фотосфере и флоккулы в хромосфере. Характерным явлением в солнечной кроне является образование протуберанцев (сравнительно холодные, плотные облака, простирающиеся на длину до 1/3 R). Характерным процессом проявления солнечной активности являются вспышки, связанные с быстрой перестройкой локальных магнитных полей, это корональные процессы, в которых основная энергия выделяется в виде жесткого рентгеновского излучения и потоков быстрых протонов и электронов. Существует определенная периодичность проявления солнечной активности: 1) 11-й летний цикл, относительная интенсивность которого, по-видимому, меняется с периодом, равным 90 лет;

2) Есть указание на существование 600-летнего цикла и более длительного (примерно 200тыс. -летнего). Десять больших планет солнечной системы делят на две основные группы:

1) Планеты земной группы (Земля, Меркурий, Венера, Марс);

2) Планеты-гиганты (Юпитер, Слтурн, Уран, Нептун). Плутон ближе к спутникам гигантов. У всех планет, кроме Венеры и Меркурия, есть спутники. В расположении планет наблюдается закономерность, известная как правило Тициуса-Боде (а = 0,1(3-2ⁿ+4)), где n -целое число. Для Меркурия n = -µ, для Венеры n = -1, для Земли n = 1, для n = 3 планеты нет (пояс астероидов). Это правило неприменимо к орбите Плутона. Движение планет синхронизировано. Все планеты земной группы имеют твердые оболочки (обладают метасферой), а Венера, Земля и Марс обладают еще и газовой атмосферой. Считается, что только Земля обладает гидро- и биосферами. Для Земли ось вращения плоскости орбиты 23⁰. Масса Луны в 81 раз меньше массы Земли. День и ночь - по 15 земных суток. Температура поверхности 403 К в полдень, 103 К в полночь. Структура Луны в настоящее время считается установленной: она имеет сернисто-железное ядро (R = 250 км -> астеносфера = 430 км —^ мантия = 1000 км -> кора = 600 км —> риголит (лунный грунт)). Луна определяет многие процессы, происходящие на Земле (приливы и отливы).

К Солнечной системе относятся кометы - малые тела, движущиеся по сильно вытянутым орбитам. Когда они вдали от Солнца, они выглядят как слабо светящиеся туманные объекты. С приближением к Солнцу у них образуется один или несколько хвостов, направленных в противоположную сторону. Считается, что ядро кометы - это ком льда, загрязненный мелкой пылью. Поперечники ядра от 1 до 10-ков км. Длина хвоста - 10-ки млн. км. Кометы в основном находятся далеко от Солнца (вблизи афелиев). Существует облако Оорта, которое содержит огромное количество кометных ядер (10¹¹). Существует периодичность появления комет в Солнечной системе.