Mert a csillagok ragyognak
IV. Fejezet. Mert a csillagok ragyognak?
Elég hosszú ideig tudják, hogy a Sun bocsát ki hatalmas energia - napenergia állandó (a sugárzási teljesítmény az egységnyi területre merőlegesen a fényáram a Nap) mértük közvetlen kalorimetriás mérésekkel. Figyelembe véve a Földtől a Napig terjedő távolságot, könnyen kiszámítható a teljes sugárzott teljesítmény. De mi a rovására, mely folyamatok ez az energia szabadult fel?
A 19. században, indokolt, mint ez: Legyen a nap, amely kizárólag a szén és az oxigén a helyes arányokat, a Napunk tömegének ismert, más néven sugárzási teljesítmény és az üzemanyag fűtőértéke kell kiszámítani, amely a lehető legnagyobb élettartama világítótestek. Válasz érkezett
5000 év, amely jó egyetértés a bibliai elképzelésekkel, de nem illett a tudósoknak. - A geológiából már abban az időben ismert volt a bolygó története, legalábbis néhány, de nem is milliók, hanem milliárd évek. Ráadásul a geológiai adatok a szoláris állandó rendkívüli stabilitására vonatkoztak az egész időszak alatt.
20. század új fizika lehetővé csillagászati több rejtvényeket, de ez szükséges a tudás több különböző területen - a termodinamika és statisztikus fizika, spektroszkópia, a kvantummechanika, atomfizika, a speciális és általános relativitáselmélet.
Így, kvantummechanika és statisztikus fizika (a statisztikai eloszlása Planck) biztosítja a pontos mennyiségi választ nem csak a szerves sugárzási teljesítmény egységnyi területen a fűtött test (W = az sT4 a törvény a Stefan-Boltzmann törvény), hanem meghatározza a spektrális eloszlása (színű) a sugárzás. Ez pedig lehetővé teszi, hogy ismerjük a fényt és a távolságot a csillaggal, hogy kiszámítsuk a méreteit, általában nem érhetők el a közvetlen mérések.
Ugyanaz a kvantummechanika egyértelmű (spekroszkópiás) válaszokat ad a csillagok felületén lévő kémiai elemek százalékos összetételéről. Sőt, lehet, hogy egyértelmű következtetést érvényességét tudásunk a természet törvényeit, nemcsak a csillagközi, hanem az intergalaktikus távolságokat, mivel semmiféle változást az alapvető fizikai állandók vezetne nagyon éles váltás a spektrális vonalak és intenzitás az összes kémiai elemek (és ez nem lesz a spektrum egyszerű eltolódása!). Tehát az egész megfigyelhető univerzumban az anyag kölcsönhatásának törvényei pontosan ugyanazok, mint a Földön. (Ezenkívül bizonyíték van arra, hogy általában az egész világegyetemben azonosak).
A csillagok energiaforrásának kérdése megoldódott, bár nem egyszerűen, az intranukleáris energia felfedezése után. Megállapítottuk, hogy a nukleonra jutó kötési energia (a proton vagy a neutron - az atommagot alkotó részecskék) a könnyű kémiai elemektől a nehézekig növekszik, elérve a maximális vasat, majd csökken a nehezebbeké. Ez azt jelenti, hogy a nukleáris folyamatok az energiafelszabadulással járnak mind a nagyon nehéz elemek bomlása, mind a nehéz szintek szintézisében. Az energiatakarékos bomlási folyamatokat az emberiség sikeresen alkalmazza az atomerőművek villamosenergia termelésére. Azonban a szintézis reakció, amellyel fényét és a csillagok, még nem hajtotta végre energetikailag kedvező kiviteli alakban csak a robbanóanyag szörnyű fegyver, ami valaha is létezett a világban.
A rendszernek a csillagok mélyén való reakciói tekintetében a helyzet egyáltalán nem egyszerű. Így a használt robbanóeszközök nem hidrogénatom, és a nehéz és szupernehéz izotópok - deutérium és a trícium (és lítium), de a csillagok nagyon kicsi, és nem tudnak a szükséges energia kapacitás. A fő üzemanyag a hidrogén. Természetesen ahhoz, hogy legyőzzük az erőket az elektrosztatikus taszítás (tisztán statisztikai úton) kell a csillagok léteznek óriás hőmérséklet és a nyomás, hogy elérjük a majdnem adiabatikus kompresszió gáz egy csillag alakzat (sugárzási veszteség kialakulása során elhanyagolható, mivel a külső réteg gáz jó hőszigetelő). De ezek a feltételek egy sikeres termonukleáris reakciók nem elég - meg kell egy erős (azaz nukleáris) kölcsönhatás a protonok végeztek a reakció a gyenge kölcsönhatás (a nyelv a fizika, ez az, amikor a reakció részt leptonokat) - a válasz bomlással kibocsátása pozitron (pozitív eoektrona ), vagy egy elektron befogása. Az ilyen reakciók rendkívül ritkák, és egy adott protont egyidejű végrehajtásának valószínűsége gyakran több milliárd év. Vannak azonban más lehetőségek - révén sokkal valószínűbb, ciklusos folyamatokat érintő más kémiai elemeket, ennek eredményeként a lánc siteza és béta-bomlás reakciók (gyenge kölcsönhatás - a folyamat előrehaladásával a kibocsátási egy vagy több leptonok) kapott deutérium vagy trícium, amely részt vesz a további reakciókban. Példaként említhetjük az úgynevezett szénciklusokat, amelyek szénnel vannak ellátva, ami következtében a szén mennyisége állandó marad. By the way, a folyamatok ilyen sémái megakadályozzák a csillagok működésének sokféle instabilitását, megakadályozva a közvetlen robbanást vagy összeomlást. (Később beszélünk a csillagok robbanásáról - az úgynevezett "új" és "szupernovákról").
A lábjegyzet azt kell tisztázni vonatkozó megmaradási törvények teljesen általánosak a szakembereknek, de szükség van egy megfelelő megértéséhez dolgot: például, ha a nyugalmi proton és az elektron, vannak nagyobb távolságra, ennek eredményeként az elektromágneses kölcsönhatás (vonzó) együtt egy koherens rendszert, a teljes az ilyen rendszer energiája kisebb, mint szabad állapotban. Az energiatöbbletet az elektromágneses energiák - fotonok mennyisége sugározza. Ugyanez történik, amikor egy elektron spontán átmenet egy magasabb Bohr energiaszintről az alsó szintre történik. (A hidrogén Bohr energiaszintje teljesen és egyedileg határozza meg a spektrális vonalak helyét.) Ezért ahhoz, hogy egy ilyen társult rendszert elpusztítsanak (egy elektron protonból történő elvágása, azaz egy hidrogénatom ionizálásával), energiát kell költeni. Fontos továbbá, hogy megállapításai a speciális relativitáselmélet, ennek kapcsolt rendszernek van egy kisebb a tömege, mint volt alkotó tagok szabad állapotban, majd tömegdefektus alábbi érték: D m = D E / c2. ahol D E az energiaveszteség, és c2 a fénysebesség négyzet.
A gravitációs kölcsönhatás esetében nem áll fenn a többlet energia közvetlen kibocsátásának lehetősége, ezért két test esetében nincs lehetőség a kötött rendszer kialakítására. Ha van dolgunk esetében számos szervek, különösen a gáz (statisztikai együttese), a formáció a gravitációsan kötött rendszerekben lehetőség van, de a megfelelő fűtés (azaz meghaladja a gravitációs energia megy belsejébe). De ahhoz, hogy ezt a belső energia elvész sugárzással szerint Stefan-Boltzmann törvény, elegendőnek kell lennie ahhoz felülete a sugárzás és a jelentős mennyiségű időt, ami a gyakorlatban nem valósítható meg abban az esetben, kellően nagy tömegek gáz - így érte el a szükséges feltételeket megindítását termonukleáris folyamatok szintézis, azaz egy csillag kialakulása.
Csoportokat, amelyek nem képesek megragadni a képződött Stellar test (külső réteg), de amely elvesztette hősugárzás jelentős energiát, amely akkor alakul gravitációsan kötött rendszer bizonyos idő után lehet koncentrálni a bolygó rendszerben (mint például a napenergia), vagy alkotnak egy másik csillag, ha a tömeg meghaladja a kritikus pontot (tehát ha Jupiter csak háromszor nehezebb lenne, akkor csillag lett volna). A csillagászok nagy számban ismerik a bináris csillagok rendszereit, hanem a Naphoz legközelebb eső Centaurus rendszere is.
Szerencsére az embereknek jelenleg lehetőségük van arra, hogy megvizsgálják észrevételeiket a példa alapján, elsősorban a Napon, a csillagok belsejében bekövetkező folyamatokról. Így a gyenge kölcsönhatások miatt az egyik termék egy nagyon érdekes részecske, a neutrínó ("semleges", ahogy E. Fermi nevezte). Ez a részecskék a fénysebesség felé mozognak, nagyon kicsi a valószínűsége, hogy kölcsönhatásba lépjen bármely tárgyzal (bármilyen más elemi részecske), olyan kicsi, hogy nemcsak a Föld, hanem a Nap is gyakorlatilag átlátható. Különleges neutrino-megfigyelõkben azonban nagyon ritka a napsemleges neutrínok rögzítése, és ezeknek a neutrínóknak a reakciói nagyon jól megítélhetõk az intrasoláris folyamatokban.