Михаил Михайлович Дагаев
Виктор Максимович Чаругин

АСТРОФИЗИКА

Книга для чтения по астрономии
для 8-10 классов школы СССР

*** 1988 ***

DjVu

От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..

Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..

ФPAГMEHT КНИГИ (...) Возникшие в газопылевой среде Галактики сгущения, продолжающиеся сжиматься под действием собственного тяготения, получили название протозвезд. По мере сжатия плотность и температура протозвезды повышается и она начинает обильно излучать в инфракрасном диапазоне спектра. Длительность стадии сжатия протозвезд различна: при массе меньше солнечной — сотни миллионов лет, а у массивных — всего лишь сотни тысяч лет. Когда температура в недрах протозвезды повышается до нескольких миллионов кельвинов, в них начинаются термоядерные реакции превращения водорода в гелий. При этом выделяется огромная энергия, препятствующая дальнейшему сжатию и разогревающая вещество до самосвечения — протозвезда превращается в обычную звезду главной последовательности диаграммы Герцшпрунга — Рессела. Светимость и поверхностная температура сформировавшихся звезд зависят от их массы, поэтому они принадлежат к различным спектральным классам, т. е. всту-       Учитывая, что принятое сейчас значение постоянной Хаббла известно с небольшой точностью, считают возраст Метагалактики близким к 13— 15 млрд. лет. Этот возраст не противоречит оценкам возраста наиболее старых звезд и шаровых звездных скоплений в нашей Галактике.       пают на разные участки главной последовательности: массивные звезды — выше Солнца, а звезды малой массы — ниже него.       Продолжительность т пребывания звезд на главной последовательности определяется мощностью излучения звезды (светимостью) и запасами ядерной энергии, содержащейся в ее недрах, которая выделяется при термоядерных реакциях. Запасы этой энергии Е пропорциональны массе звезды М, а расход энергии (мощность излучения, или светимость, L) пропорционален М4. Расчеты показывают, что т=Т = 10°л лет где М — масса звезды в массах Солнца.       Так, например, звезды спектрального класса В массой М = = 20Мо исчерпают свой запас энергии примерно за 1,2 млн. лет, звезды типа Солнца — за 10 млрд. лет, а слабо излучающие звезды — красные карлики, массой около 0,5Мо ,— лишь за 80—100 млрд. лет. Следовательно? можно утверждать, что звезды спектральных классов О, В и А, находящиеся в настоящее время на главной последовательности,— это молодые звезды.       После выгорания водорода в недрах звезды образуется гелиевое ядро, а термоядерные реакции превращения водорода в гелий начинают происходить в тонком слое у границы ядра. В самом гелиевом ядре при создавшейся температуре ядер-ные реакции происходить не могут, и оно резко сжимается до плотности свыше 4 106 кгм3 Вследствие сжатия температура в ядре возрастает. Рост температуры зависит от массы. Для звезд типа Солнца температура ядра остается всегда меньше 80 млн. кельвинов. Поэтому его сжатие приводит только к более бурному выделению ядерной энергии в тонком слое у границы ядра. У более массивных звезд температура ядра при сжатии становится выше 80 млн. кель-зинов, и в нем начинаются термоядерные реакции превращения гелия в углерод, а потом и в другие более тяжелые химические элементы. Выходящая из ядра и его окрестностей энергия вызывает повышение газового давления, под действием которого фотосфера звезды расширяется. Энергия, приходящая к фотосфере из недр звезды, распространяется теперь на большую площадь, чем раньше. В связи с этим температура фотосферы понижается. Звезда сходит с главной последовательности, постепенно превращаясь в       красного гиганта или сверхгиганта в зависимости от массы, и становится старой звездой. Проходя стадию желтого сверхгиганта, звезда может оказаться пульсирующей, т. е. физической переменной звездой, и остаться такой в стадии красного сверхгиганта.       Раздувшаяся оболочка звезды небольшой массы уже слабо притягивается ее ядром и, постепенно удаляясь от него, образует планетарную туманность. После окончательного рассеяния оболочки остается лишь горячее ядро звезды — белый карлик.       Эволюция массивных звезд происходит более бурно. В конце своей жизни такая звезда может взорваться сверхновой звездой, а ее ядро, резко сжавшись, превратиться в сверхплотный объект — нейтронную звезду или даже в черную дыру. Сброшенная оболочка, обогащенная гелием и другими образовавшимися в недрах звезды химическими элементами, рассеивается в пространстве и служит материалом для формирования звезд нового поколения. Следовательно, некоторые характерные различия в содержании тяжелых химических элементов в звездах тоже могут служить признаком их формирования и возраста. В частности, есть основания полагать, что Солнце — звезда второго поколения, в которой есть примеси вещества, в свое время прошедшего через горячие недра звезд первого поколения.       ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ       Первая серьезная космогоническая гипотеза о происхождении Солнечной системы была создана и опубликована в 1755 г. немецким философом И. Кантом (1724—1804), считавшим, что Солнце и планеты сформировались из твердых частиц огромного облака, которые сближались и слипались между собой под действием взаимного тяготения. Эта гипотеза была высоко оценена Ф. Энгельсом как первая гипотеза, рассматривавшая природу в ее развитии.       Вторая космогоническая гипотеза была выдвинута в 1796 г. французским астрономом П. Лапласом (1749—1827). Принимая кольцо Сатурна за газовое, отделившееся от планеты при ее вращении вокруг оси, Лаплас полагал, что Солнце возникло из газовой туманности, скорость вращения которой увеличивалась при ее сжатии, и из-за этого от Солнца отделялись кольца газового вещества (похожие на кольца Сатурна), породившие планеты. Эта гипотеза просуществовала более 100 лет. Однако, подобно гипотезе Канта, она была отвергнута, так как не объясняла закономерностей Солнечной системы. А достоверная гипотеза должна объяснить следующие основные закономерности Солнечной системы:       1) планеты обращаются вокруг Солнца по почти круговым орбитам, мало наклоненным к плоскости земной орбиты, составляющей с плоскостью       солнечного экватора угол в 7° (исключение — планета Плутон, орбита которой наклонена к плоскости земной орбиты на 17°);       2) планеты обращаются вокруг Солнца в направлении его вращения вокруг оси (с запада к востоку), и в этом же направлении вращается большинство планет (исключение — Венера, Уран и Плутон, вращающиеся с востока к западу);       3) масса Солнца составляет 99,87% массы всей Солнечной системы;       4) произведение массы каждой планеты на ее расстояние от Солнца и ее орбитальную скорость называется моментом количества движения этой планеты; произведение массы Солнца на его радиус и линейную скорость вращения представляет собой момент количества движения Солнца. В общей сумме эти произведения дают момент количества движения Солнечной системы, из которого 98% сосредоточено в планетах, а на долю Солнца приходится лишь 2%, т. е. Солнце вращается очень медленно (линейная скорость его экватора равна 2 кмс);       5) физические свойства планет земной группы и планет-гигантов различны.       Гипотезы Канта и Лапласа не смогли объяснить всех этих закономерностей и поэтому были отвергнуты. Так, например, Нептун удален от Солнца на среднее расстояние d = 30 а. е. и его линейная скорость по орбите v = 5,5 кмс. Следовательно, при отделении породившего его кольца Солнце должно было иметь такой же радиус и такую же линейную скорость своего экватора. Сжимаясь далее, Солнце последовательно порождало другие планеты, и в настоящее время имеет радиус ?«0,01 а. е. Согласно законам физики, линейная скорость солнечного экватора должна была бы быть ...       т. е. во много превосходить действительную скорость 2 кмс. Уже этот пример показывает несостоятельность гипотезы Лапласа.       В начале XX в. были выдвинуты и другие гипотезы, но все они оказались несостоятельными, так как не смогли объяснить всех основных закономерностей Солнечной системы.       По современным представлениям, образование Солнечной системы связано с формированием Солнца из газопылевой среды. Считается, что газопылевое облако, из которого около 5 млрд. лет назад образовалось Солнце, медленно вращалось. По мере сжатия скорость вращения облака увеличивалась, и оно приняло форму диска. Центральная часть диска дала начало Солнцу, а его внешние области — планетам. Этой схемой вполне объясняется различие в химическом составе и массах планет земной группы и планет-гигантов. Действительно, по мере разгорания Солнца легкие химические элементы (водород, гелий) под действием давления излучения покидали центральные области облака, уходя к его периферии. Поэтому планеты земной группы сформировались из тяжелых химических элементов с малыми примесями легких и получились небольших размеров. Из-за большой плотности газа и пыли излучение Солнца слабо проникало к периферии про-топланетного облака, где царила низкая температура и пришедшие газы намерзали на твердые частицы. Поэтому далекие планеты-гиганты сформировались крупными и в основном из легких химических элементов.       Эта космогоническая гипотеза объясняет и ряд других закономерностей Солнечной системы, в частности распределение ее массы между Солнцем (99,87%) и всеми планетами (0,13%), современные расстояния планет от Солнца, их вращение и др. Она разработана в 1944—1949 гг. советским акад. О. Ю. Шмидтом (1891 — 1956) и впоследствии развита его сотрудниками и последователями.       По этой гипотезе процесс формирования планет представляется следующим образом. В дискообразном газопылевом облаке вследствие взаимного столкновения его частиц возникали многочисленные сгущения. Множество мелких сгущений разрушалось от взаимных столкновений, а иные выпадали на крупные сгущения, в результате чего они увеличивались в размерах и уплотнялись, постепенно создавая зародыши планет. Неупругие удары при столкновениях сгущений привели к тому, что орбиты зародышей планет стали близкими к окружностям. Со временем выжили лишь те наиболее крупные зародыши, которые располагались далеко друг от друга и не оказывали существенного взаимного гравитационного воздействия, поэтому их орбиты вокруг Солнца стали устойчивыми. Из этих зародышей на протяжении сотен миллионов лет и сформировались большие планеты. Между орбитами Марса и Юпитера, где значительное гравитационное влияние Юпитера препятствовало росту сгущений и нарушало устойчивость их орбит, сформировались малые планеты-астероиды и метеороиды, которые и в нашу эпоху часто сталкиваются друг с другом и с планетами. На самой периферии начального пылевого облака из остатков легких газов и незначительного количества пыли возникло множество долгопериодических комет.       Проверка этой весьма правдоподобной гипотезы пока еще затруднена, так как систем, подобных нашей, мы не наблюдаем и нам не с чем ее сравнивать. Однако постоянно ведущиеся поиски вселяют надежду. Недавние исследования, проведенные с борта искусственного спутника Земли, звезд Веги (а Лиры) и Фомальгаута (а Южной Рыбы) обнаружили вокруг них инфракрасное излучение, свойственное излучению твердых частиц различных размеров. По-видимому, у этих звезд имеются иротопланетные облака, из которых со временем сформируются планеты.       Анализ содержания радиоактивных элементов в земной коре, исследования метеоритов и лунного грунта, а также геологические данные указывают на вероятный возраст Земли в 4,5 млрд. лет. Солнце и его планеты начали формироваться около 5 млрд. лет назад. Благодаря спокойной эволюции Солнца, умеренно обогревающего Землю, на ней около 3 млрд. лет назад зародилась жизнь, которая за этот длительный промежуток времени проэволюционировала в разумную.       Очевидно, формирование планет вокруг звезд на определенном этапе их развития есть закономерный процесс. Поэтому мы вправе полагать, что многие звезды обладают планетами и на многих из них существует жизнь, в том числе и разумная.