Жизнь звёзд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Троицкая общеобразовательная школа Новохопёрского муниципального района Воронежской области

Реферат

На тему: «Жизнь звёзд»

Подготовил:

ученик 10 класса

Перфильев Павел

2011

Содержание

Введение

Нормальные звёзды

Гиганты и карлики

Жизненный цикл звезды

Нейтронные звёзды

Переменные звёзды

Рентгеновские двойные звёзды

Сверхновые

Сверхновая - смерть звезды

Заключение

Введение

Звезда - небесное тело, видимое в форме светящейся точки на небе. С физической точки зрения это огромные шары очень горячего светящегося газа, в самой глубине которых вырабатывается ядерная энергия. Одной из звёзд является и наше Солнце. 3везды бывают новорожденными, молодыми, среднего возраста и старыми. Новые звезды постоянно образуются, а старые постоянно умирают. Самые молодые, которые называются звездами типа «Т» Тельца (по одной из звезд в созвездии Тельца), похожи на Солнце, но гораздо моложе его. Фактически они все еще находятся в процессе формирования и являются примерами протозвезд (первичных звезд). Это переменные звезды, их светимость меняется, поскольку они еще не вышли на стационарный режим существования. Вокруг многих звезд типа «Т» Тельца имеются вращающиеся диски вещества; от таких звезд исходят мощные ветры. Энергия вещества, которое падает на протозвезду под действием силы тяготения, превращается в тепло. В результате температура внутри протозвезды все время повышается. Когда центральная ее часть становится настолько горячей, что начинается ядерный синтез, протозвезда превращается в нормальную звезду. Как только начинаются ядерные реакции, у звезды появляется источник энергии, способный поддерживать ее существование в течение очень долгого времени. Насколько долгого - это зависит от размера звезды в начале этого процесса, но у звезды размером с наше Солнце топлива хватит па стабильное существование в течение примерно 10 миллиардов лет. Однако случается, что звезды, гораздо более массивные, чем Солнце, существуют всего несколько миллионов лет; причина в том, что они сжимают свое ядерное топливо с гораздо большей скоростью.

1. Нормальные звезды

Все звезды в основе своей похожи на наше Солнце. Но не все звезды в точности такие, как Солнце. Самое явное различие - это цвет. Есть звезды красноватые или голубоватые, а не желтые. Кроме того, звезды различаются и по яркости, и по блеску. Насколько яркой выглядит звезда в небе, зависит не только от ее истинной светимости, но также и от расстояния, отделяющего ее от нас. С учетом расстояний, яркость звезд меняется в широком диапазоне: от одной десятитысячной яркости Солнца до яркости более чем миллиона Солнц. Подавляющее большинство звезд, оказалось, располагается ближе к тусклому краю этой шкалы. Солнце, которое во многих отношениях является типичной звездой, обладает гораздо большей светимостью, чем большинство других звезд. В созвездиях нашего неба главное внимание привлекают к себе “сигнальные огни” необычных звезд, тех, что обладают очень большой светимостью. Почему же звезды так сильно различаются по своей яркости? Оказывается, тут это не зависит от массы звезды. Количество вещества, содержащееся в конкретной звезде, определяет ее цвет и блеск, а также то, как блеск меняется во времени.

2. Гиганты и карлики

Самые массивные звезды одновременно и самые горячие, и самые яркие. Выглядят они белыми или голубоватыми. Несмотря на свои огромные размеры, эти звезды производят такое колоссальное количество энергии, что все их запасы ядерного топлива перегорают за какие-нибудь несколько миллионов лет. В противоположность им являются звезды, обладающие небольшой массой, всегда неярки, а цвет их - красноватый. Они могут существовать в течение долгих миллиардов лет. Однако среди очень ярких звезд в нашем небе есть красные и оранжевые. К ним относятся и Альдебаран - глаз быка в созвездии Телец, и Антарес в Скорпионе. Как же могут эти холодные звезды со слабо светящимися поверхностями соперничать с раскаленными добела звездами типа Сириуса и Веги? Ответ состоит в том, что эти звезды очень сильно расширились и теперь по размеру намного превосходят нормальные красные звезды. По этой причине их называют гигантами, или даже сверхгигантами. Благодаря огромной площади поверхности, гиганты излучают неизмеримо больше энергии, чем нормальные звезды вроде Солнца, несмотря на то, что температура их поверхности значительно ниже. Диаметр красного сверхгиганта - например, Бетельгейзе в Орионе - в несколько сот раз превосходит диаметр Солнца. Напротив, размер нормальной красной звезды, как правило, не превосходит одной десятой размера Солнца. По контрасту с гигантами их называют “карликами”. Гигантами и карликами звезды бывают на разных стадиях своей жизни, и гигант может, в конце концов, превратиться в карлика, достигнув “пожилого возраста”.

3. Жизненный цикл звезды

Обычная звезда, такая, как Солнце, выделяет энергию за счет превращения водорода в гелий в ядерной печи, находящейся в самой ее сердцевине. Солнце содержит огромное количество водорода, однако запасы его не бесконечны. За последние 5 миллиардов лет Солнце уже израсходовало половину водородного топлива и сможет поддерживать свое существование в течение ещё 5 миллиардов лет, прежде чем запасы водорода в его ядре иссякнут. А что потом? После того как звезда израсходует водород, содержащийся в центральной ее части, внутри звезды происходят крупные перемены. Термоядерные реакции совершаются не в центре, а в оболочке, которая увеличивается в размере. В результате размер самой звезды резко возрастает, а температура ее поверхности падает. В конечном итоге все звезды стареют и умирают, но продолжительность каждой отдельной звезды определяется ее массой. Массивные звезды проносятся через свой жизненный цикл, заканчивая его эффектным взрывом. Звезды более скромных размеров, включая и Солнце, наоборот, в конце жизни сжимаются, превращаясь в белые карлики. После чего они просто угасают. В процессе превращения в красного гиганта в белого карлика звезда может сбросить свои наружные слои, как легкую оболочку, обнажив при этом ядро. Газовая оболочка ярко светится под действием мощного излучения звезды, температура которой на поверхности может достигать 100 000? С. Когда такие светящиеся газовые пузыри были впервые обнаружены, они были названы планетарными туманностями, поскольку они часто выглядят как круги типа планетного диска, если пользоваться маленьким телескопом. На самом же деле они, конечно, ничего общего с планетами не имеют!

4. Нейтронные звезды

Если масса сжимающейся звезды превосходит массу Солнца более чем в 1,4 раза, то такая звезда, достигнув стадии белого карлика, на том не остановится. Гравитационные силы в этом случае очень велики, что электроны вдавливаются внутрь атомных ядер. В результате изотопы превращаются в нейтроны, способные прилегать друг к другу без всяких промежутков. Плотность нейтронных звезд превосходит даже плотность белых карликов. Типичная нейтронная звезда имеет в поперечнике всего лишь от 10 до 15 км, а один кубический сантиметр ее вещества весит около миллиарда тонн. Помимо неслыханно громадной плотности, нейтронные звезды обладают ещё двумя особыми свойствами, которые позволяют их обнаружить, невзирая на столь малые размеры: это быстрое вращение и сильное магнитное поле. В общем, вращаются все звезды, но когда звезда сжимается, скорость ее вращения возрастает - точно так же, как фигурист на льду вращается гораздо быстрее, когда прижимает к себе руки. Нейтронная звезда совершает несколько оборотов в секунду. Наряду с этим исключительно быстрым вращением, нейтронные звезды имеют магнитное поле, в миллионы раз более сильное, чем у Земли.

5. Переменные звёзды

Переменная звезда - это звезда, за всю историю наблюдения которой хоть один раз менялся блеск. Причин переменности много и связаны они могут не только с внутренними процессами: если свет от звезды пройдёт сквозь сильное гравитационное поле. Однако в большинстве случаев переменность связана с нестабильными внутренними процессами. В последней версии общего каталога переменных звёзд принято следующее деление:

Эруптивные переменные звёзды - это звёзды, изменяющие свой блеск в силу бурных процессов и вспышек в их хромосферах и коронах. Изменение светимости происходит обычно вследствие изменений в оболочке или потери массы в форме звёздного ветра переменной интенсивности.

Вращающиеся переменные звёзды - это звёзды, у которых распределение яркости по поверхности неоднородно или они имеют неэлипсоидальную форму, вследствие чего при вращении звёзд наблюдатель фиксирует их переменность. Неоднородность яркости поверхности может быть вызвана наличием пятен или температурных и химических неоднородностей, вызванных магнитными полями, чьи оси не совпадают с осью вращения звезды.

Пульсирующие переменные звёзды - это звёзды, показывающие периодические расширения и сжатия своих поверхностных слоёв. Пульсации могут быть радиальными и не радиальными. Радиальные пульсации звезды оставляют её форму сферической, в то время как не радиальные пульсации вызывают отклонение формы звезды от сферической. Соседние зоны звезды могут быть в противоположных фазах.

Катаклизмические переменные звёзды - переменности этих звёзд вызвана взрывами, причиной которых являются взрывные процессы в их поверхностных слоях (новые) или глубоко в их недрах (сверхновые).

Затменно-двойные системы.

Оптические переменные двойные системы с жёстким рентгеновским излучением.

6. Рентгеновские двойные звезды

В Галактике найдено, по крайней мере, 100 мощных источников рентгеновского излучения. Рентгеновские лучи обладают настолько большой энергией, что для возникновения их источника должно произойти нечто из ряда вон выходящее. По мнению астрономов, причиной рентгеновского излучения могла бы служить материя, падающая на поверхность маленькой нейтронной звезды. Возможно, рентгеновские источники представляют собой двойные звезды, одна из которых очень маленькая, но массивная; это может быть нейтронная звезда, белый карлик или черная дыра. Звезда-компаньон может быть либо массивной звездой, масса которой превосходит солнечную в 10 - 20 раз, либо иметь массу, превосходящую массу Солнца не более чем вдвое. Промежуточные варианты представляются крайне маловероятными. К таким ситуациям приводит сложная история эволюции и обмен массами в двойных системах. Финальный результат зависит от начальных масс и начального расстояния между звездами. В двойных системах с небольшими массами вокруг нейтронной звезды образуется газовый диск. В случае же систем с большими массами материал устремляется прямо в нейтронную звезду - ее магнитное поле засасывает его, как в воронку. Именно такие системы часто оказываются рентгеновскими пульсарами.

7. Сверхновые

Звезды, массы которых не достигают 1,4 солнечной, умирают тихо и безмятежно. А что происходит с более массивными звездами? Как возникают нейтронные звезды и черные дыры? Катастрофический взрыв, которым заканчивается жизнь массивной звезды, - это воистину впечатляющее событие. Это самое мощное из природных явлений, совершающихся в звездах. В мгновение ока высвобождается больше энергии, чем излучает ее наше Солнце за 10 миллиардов лет. Световой поток, посылаемый одной гибнущей звездой, эквивалентен целой галактике, а ведь видимый свет составляет лишь малую долю полной энергии. Остатки взорвавшейся звезды разлетаются прочь со скоростями до 20 000 км в секунду. Такие грандиозные звездные взрывы называются сверхновыми. Сверхновые - довольно редкое явление. Каждый год и других галактиках обнаруживают от 20 до 30 сверхновых, главным образом в результате систематического поиска. За столетие в каждой галактике их может быть от одной до четырех. Однако в нашей собственной Галактике сверхновых не наблюдали с 1604 г. Может быть, они и были, но остались невидимыми из-за большого количества пыли в Млечном Пути. Радиоастрономы обнаружили кольцо газа, оставшегося от сверхновой в созвездии Кассиопеи, и вычислили дату взрыва - 1658 г. В то время никто не зарегистрировал необычно яркой звезды, хотя одна довольно скромная звездочка, которую впоследствии уже не видели, была отмечена в этом же месте на звездной карте 1680 г.

8. Сверхновая - смерть звезды

Чтобы разобраться в том, что приводит к взрыву сверхновой, нам придется рассмотреть последние стадии эволюции массивной звезды. Когда весь водород в центральном ядре превращается в гелий, начинаются новые ядерные процессы, преобразующие гелий в углерод. Но дальше от центра, в оболочке, водород все еще соединяется, образуя гелий. Когда гелий использован, горючим становится углерод. В слоях, расположенных вокруг ядра, протекает весь ряд последовательных ядерных реакций, так что звезда приобретает структуру, напоминающую луковицу. В последней стадии ядро звезды состоит уже из железа и никеля, а в слоях вокруг него идет ядерное горение кремния, неона, кислорода углерода и это ведет к образованию в центре звезды белого карлика. А за этим пределом превышает критического рубежа, наступает катастрофическое сжатие - коллапс ядра. Менее чем за секунду ядро уменьшается от размеров Земли до 100 км в поперечнике. Его плотность становится такой как у атомного ядра (примерно в 100 миллионов раз больше, чем плотность воды). Вещество сливается в нечто подобное гигантскому атомному ядру - образуется нейтронная звезда. В тот момент, когда нейтроны во внутренней части ядра оказываются способными предотвратить дальнейшее сжатие, процесс внезапно останавливается. Немедленно на еще падающий к центру материал обрушиваются встречные ударные волны, и в звезду вливается энергия огромного количества частиц, называемых нейтрино. В результате звезда сбрасывает свои наружные слои, открывая взгляду скрывавшееся под ними нейтронное ядро. По мнению астрономов, большая часть нейтронных звезд, если не все они, родились во взрывах сверхновых. При определенных условиях ядро может оказаться достаточно массивным, чтобы вместо нейтронной звезды образовалась черная дыра. У нас есть ясная картина того, как массивные звезды заканчивают свое существование взрывами сверхновых. Но это не единственный способ запуска подобных взрывов. Лишь около четверти всех сверхновых появляется таким путем. Они отличаются своими спектрами и специфической картиной возгорания и затухания. Как действуют другие сверхновые, пока не вполне ясно. Наиболее достоверная теория предполагает, что они начинаются с белых карликов в двойных системах. Вещество перетекает на белого карлика с его партнера до тех пор, пока масса карлика не превысит 1,4 солнечной массы. Затем следует взрыв сверхновой, и вся звезда, по-видимому, навсегда разрушается. Сверхновая сохраняет свою максимальную яркость лишь около месяца, а затем непрерывно угасает. В это время источником световой энергии является распад вещества, образовавшегося при взрыве. Ещё долгое время после взрыва можно наблюдать вещество сброшенной оболочки, постепенно расходящееся в окружающем пространстве. Такие туманности называют остатками сверхновых. В созвездии Тельца имеется Крабовидная туманность, представляющая собой остаток сверхновой, вспыхнувшей в 1054 г. Обширное тонкое кольцо вещества в Лебеде, так называемая Петля Лебедя, осталась от вспышки сверхновой, произошедшей около 30 000 лет назад, Остатки сверхновых - одни из сильнейших источников радиоволн в нашем небе.

Заключение

переменная звезда гигант карлик сверхновая

Наш обычный мир - скалистая Земля с ее океанами, атмосферой, растительной и животной жизнью - состоит примерно из 100 различных химических элементов. Во Вселенной некоторые из них гораздо более распространены, чем другие. Сочетаясь между собой, элементы образуют бесчисленное множество различных веществ. Но откуда взялись сами элементы, эти основные строительные кирпичики мироздания? Сегодня астрономы в состоянии дать полную картину того, как образовались и как распределились по Вселенной различные элементы. Простейший из всех элементов - водород. Ядро атома водорода состоит из единственного протона, а добавление к нему одного электрона завершает конструкцию атома. Ядра других элементов содержат различные количества протонов, а также нейтронов, которые входят в состав всех элементов, кроме водорода. В ходе ядерных реакций отдельные ядра могут сливаться с элементарными частицами, вроде нейтрона, и образовывать новые элементы. Для протекания ядерных реакций нужны очень высокие температуры. Такие температуры существовали на ранних стадиях развития Вселенной, а сейчас они встречаются внутри звезд, во взрывах сверхновых, а также при падении вещества на очень плотные звезды типа белых карликов. Весь водород во Вселенной, да и значительная часть гелия, появились на свет в течение нескольких первых минут после начала мира. Первые из сформировавшихся звезд состояли почти целиком из водорода и гелия. Но мы уже видели, как звёзды получают свою энергию путем слияния ядер водорода, приводящего к образованию гелия, а затем - слияния гелия с более тяжелыми элементами, когда получается все остальное, включая углерод, кислород, кремний, железо и так далее. Когда звезда сбрасывает оболочку, как сверхновая, большая часть материала выносится в космическое пространство. Тепловая энергия взрыва способствует созданию еще большего числа элементов. После того как произошло достаточно много вспышек сверхновых, межзвёздное вещество уже содержит значительное количество веществ, произведённых в звездах - наряду с водородом и гелием, которые были здесь с самого начала. Звёзды, которые обходятся без взрыва, также вносят свою лепту, когда они постепенно освобождаются от своих внешних слоев, вызывая появление звездных ветров или планетарной туманности. Они сформировалось из облаков, в которых было немало углерода, кислорода, кремния, железа и др., - по крайней мере, этих элементов оказалось достаточно, чтобы собрать их воедино во вращающейся туманности, ставшей затем Солнечной системой, и образовать нашу планету. Это может показаться странным, но большинство атомов в нашем собственном теле было создано в недрах давно умерших звезд.

Размещено на Allbest.ru