Вътрешен строеж на звезди

[Mozo]

127 COY „Иван Николаевич Денкоглу”




Р Е Ф Е Р А Т


по ФИЗИКА


ТЕМА:

ВЪТРЕШЕН СТРОЕЖ НА ЗВЕЗДИ



С Ъ Д Ъ Р Ж А Н И Е:




1. източници на звездна енергия......................... 3

2. механизми за пренасяне на енергия............. 7

3. рАВНОВЕСИЕ НА ЗВЕЗДА........................................... 8

4. модел на звезда....................................................... 10

5. ИЗПОЛЗВАНА ЛИТЕРАТУРА........................................ 11




1) Източници на звездна енергия

Благодарение на възможността за правене на спектрални анализи на звездите, съвременната наука е успяла с точност да определи техния състав и строеж. Изучаването на спектрите на звездите с пълна достоверност позволява да се направи изводът, че техните горни слоеве (т.нар. звездни атмосфери) се намират в газообразно състояние. Те представляват загрят до температура хиляди и десетки хиляди градуси йонизиран газ, т.е. плазма. Тъй като звездите са напълно непрозрачни, техните недра не могат да бъдат наблюдавани с оптични методи, но може съвсем определено да се твърди, че вътрешните слоеве също са в плазмено състояние, което се характеризира с изключително висока плътност на веществото. Тъй като температурата в звездните недра е изключително висока (значително по-високата от тази на повърхностните слоеве), там не може да съществува твърда или течна фаза на веществото.
Известно е, че звездите отделят енергия. Неоспоримо доказателство за това е нашето Слънце, без чиято топлина и светлина животът на Земята би бил невъзможен. Но откъде идва тази енергия? Отначало астрономите предполагали, че това става чрез изгаряне на обикновено гориво, като въглища например. Но дори всички звезди да бяха изградени от въглища, предвид огромните размери на някои от тях, може да се заключи, че най-големите биха светили не повече от няколко хиляди години. В края на 19 век английският физик Лорд Келвин и немският учен Херман Хелмхолц независимо един от друг създали теорията, че звездите бавно се свиват под влияние на гравитационна сила, която е породена от огромната им маса. Според тяхното предположение свиването увеличава плътността на звездния газ, загрява го и кара звездите да светят. Ако приемем обаче свиването на звездата за източник на енергия, ще се сблъскаме с големи противоречия, които произтичат от факта, че звездата рано или късно ще се свие, а нейната гравитационна енергия би стигнала за съвсем кратко време. В този случай Слънцето например би светило едва 30 млн. години. Противно на това геологичните данни позволяват с голяма увереност да се твърди, че възрастта на Слънцето се изчислява поне на няколко милиарда години, което стотици пъти превишава тази “скала” за неговия живот. Освен това, ако гравитацията бе източника на енергия, нашата звезда би се свивала постоянно, а тя не го прави. Очевидно нещо друго е енергийният източник на звездата.
През 1899г. Т.Чембърлейн излага предположението си, че енергията на звездите е атомна енергия, т.е. такава, която е породена от реакции между атомни ядра на звездното вещество. Той предполага, че точно това захранва звездите, но тогавашните познания за небесните тела не са достатъчни, за да обясни механизма на освобождаване на тази енергия.
През 1919 г. английският астрофизик А. Едингтън успява да даде обяснение на това явление, като изхожда от познанията за химичния състав на звездите. Спектралният анализ на звездите показва, че веществото им съдържа същите елементи, които се срещат и на Земята. Почти за всички звезди повече от 98% от масата се пада на двата най – леки елемента – водород и хелий, като водородът е около 2,7 пъти повече от хелия (по маса). Частта на всички останали елементи (кислород, неон, азот, въглерод, магнезий, силиций) е около 2% от масата на звездното вещество.
Знаейки това, Едингтън изказва предположение, че превръщането на водорода в хелий би освободило енергия, достатъчна за захранването на звездите, но дори и при неговата теория липсват нужните подробности. Едва в края на 30-те години на 20 век става ясно какъв точно е механизмът за излъчване на звездна енергия. Това става чрез превръщане на водород в хелий, посредством процес, наречен ядрено сливане - процес, който свързва две или повече ядра в едно по-тежко. Тъй като в звездата количеството на водородните атоми е огромно, запасът от ядрена енергия надвишава хиляди пъти гравитационната.
Важно е да се подчертае, че ядрените реакции, протичащи в звездните недра, са термоядрени. Това означава, че те протичат между топлинно заредени частици. Именно високата температура на газа е причината да протичат такива взаимодействия.
Ядрените реакции стават при удари между частиците на звездния газ, който е близък по своите свойства до т.нар. идеален газ. Тъй като температурата в звездите е изключително висока, това ускорява частиците и ги кара да се блъскат по-силно. Такива частици на първо място могат да бъдат самите атомни ядра. От друга страна реакциите могат да протичат и при удар на ядрата с неутрони, но тъй като неутроните в свободно състояние (т.е. когато не са свързани в ядро) са изключително нестабилни, тяхното количество е съвсем малко. Не бива да забравяме и факта, че звездният газ, под влияние на изключително високата температура, е напълно йонизиран. Следователно много често протичат взаимодействия между ядра и протони. Тъй като в най – големи количества е елементът водород, той е главният участник в термоядрените реакции.
Тъй като и протоните, и ядрата имат положителен заряд, при нормални условия те биха се отблъсквали. За да може при един такъв удар протон да проникне в ядрото, с което се сблъсква, той трябва да се приближи до него на изключително малко разстояние. При висока температура (каквато е температурата на звездния газ) ядрата се движат толкова бързо, че когато се сблъскат, те се доближават на такова малко разстояние, при което ядрената сила (силата, която удържа протоните в атома) успява да преодолее твърде значителната сила на електростатично отблъскване. Тъй като процесът на ядрено сливане изисква много висока температура, единственото място в звездите, което е достатъчно горещо, е ядрото им. Следователно ядрото е мястото, което генерира енергията на звездата. За да разберем как сливането освобождава енергия, трябва да разгледаме структурата на водорода и хелия.
Водородният атом е изграден от един протон (р+) в ядрото и един орбитиращ електрон (е-) в електронната обвивка, а хелият - от два протона, два неутрона и два орбитиращи електрона. В горещата слънчева вътрешност, обаче, атомите се блъскат толкова силно, че електроните като цяло се премахват; атомите са напълно йонизирани и образуват плазма. Тъй като електроните са премахнати от повечето атоми и се движат свободно в газа, те нямат отношение в протичащите атомни взаимодействия.
В ядрото освен протони има и неутрони (n0) – частици, които нямат заряд (електронеутрални). Водородът и хелият винаги имат съответно един и два протона, но могат да имат различен брой неутрони. Такива атоми на един химичен елемент, които се различават по броя на неутроните, се наричат изотопи. Дали един атом е изотоп може да се разбере от масовото число А (А=бр. р+ + бр. n0), което се пише като степен пред химичния знак на елемента. Обичайната форма на водорода с един протон и без неутрони е 1Н (протий), докато вида водород, който съдържа протон и неутрон е 2Н (деутерий). По подобен начин нормалния хелий с два протона и два неутрона е 4Не, докато изотопът, съдържащ два протона, но само един неутрон е 3Не. (фиг.1.). Тези изотопи имат значителна роля в ядрените реакции.

Целият материал: