Madarasa ya Spectral ya nyota.

Mionzi ya nyota hutunzwa hasa na aina mbili za athari za nyuklia. Kwa nyota kubwa hizi ni athari za mzunguko wa kaboni-nitrojeni, lakini kwa nyota ndogo nyota kubwa kama Jua, hizi ni athari za protoni-protoni. Katika kwanza, kaboni ina jukumu la kichocheo: haitumiwi yenyewe, lakini inakuza mabadiliko ya vipengele vingine, kama matokeo ambayo nuclei 4 za hidrojeni huunganishwa kwenye kiini kimoja cha heliamu.

Kimsingi, athari zingine nyingi za nyuklia zinawezekana, lakini mahesabu yanaonyesha kuwa kwa joto lililopo kwenye chembe za nyota, ni athari za mizunguko hii miwili ambayo hufanyika kwa nguvu zaidi na kutoa pato la nishati muhimu sana kudumisha mionzi inayozingatiwa. ya nyota.

Kama tunavyoona, nyota ni usakinishaji wa asili wa athari za nyuklia zinazodhibitiwa. Ikiwa utaunda joto sawa la plasma na shinikizo katika maabara ya kidunia, basi athari sawa za nyuklia zitaanza ndani yake. Lakini jinsi ya kuweka plasma hii ndani ya maabara? Baada ya yote, hatuna nyenzo ambayo inaweza kuhimili mguso wa dutu yenye joto la milioni 10-20 K na sio kuyeyuka. Lakini nyota haihitaji hii: mvuto wake wenye nguvu hupinga shinikizo kubwa la plasma.

Wakati mmenyuko wa protoni-protoni au mzunguko wa kaboni-nitrojeni unatokea kwenye nyota, iko kwenye mlolongo kuu, ambapo hutumia sehemu kubwa ya maisha yake. Baadaye, wakati nyota inapofanya msingi wa heliamu na joto lake linaongezeka, "heliamu flash" hutokea, i.e. majibu huanza ambayo hubadilisha heliamu kuwa vitu vizito, pia husababisha kutolewa kwa nishati.

Turbine ya mmea wa nguvu za nyuklia ni injini ya joto ambayo huamua ufanisi wa jumla wa mmea kwa mujibu wa sheria ya pili ya thermodynamics. Mitambo ya kisasa ya nyuklia ina takriban ufanisi sawa. Kwa hiyo, ili kuzalisha MW 1000 ya nguvu za umeme, nguvu ya joto ya reactor lazima kufikia 3000 MW. 2000 MW lazima zichukuliwe na maji baridi ya condenser. Hii inasababisha overheating ya ndani ya hifadhi za asili na kuibuka kwa matatizo ya mazingira.

Walakini, shida kuu ni kuhakikisha usalama kamili wa mionzi ya watu wanaofanya kazi kwenye mitambo ya nyuklia na kuzuia kutolewa kwa bahati mbaya kwa dutu zenye mionzi ambazo hujilimbikiza kwa idadi kubwa kwenye msingi wa reactor. Wakati wa maendeleo vinu vya nyuklia tatizo hili limetolewa umakini mkubwa. Walakini, baada ya ajali katika vinu vingine vya nguvu za nyuklia, haswa katika kinu cha nyuklia cha Pennsylvania (Marekani, 1979) na kwenye kinu cha nguvu cha nyuklia cha Chernobyl (1986), shida ya usalama. nguvu za nyuklia alisimama kwa uchungu hasa.

Nishati ya kisasa ya nyuklia inategemea mgawanyiko wa nuclei za atomiki kuwa mbili nyepesi na kutolewa kwa nishati sawia na upotezaji wa misa. Chanzo cha nishati na bidhaa za kuoza ni vitu vyenye mionzi. Shida kuu za mazingira za nishati ya nyuklia zinahusishwa nao.

Nishati zaidi hutolewa katika mchakato wa fusion ya nyuklia, ambayo nuclei mbili huunganishwa kuwa moja nzito, lakini pia kwa upotezaji wa misa na kutolewa kwa nishati. Vipengele vya kuanzia kwa awali ni hidrojeni, kipengele cha mwisho ni heliamu. Vipengele vyote viwili havina ushawishi mbaya Jumatano na ni kivitendo inexhaustible.

Matokeo ya muunganisho wa nyuklia ni nishati ya jua. Utaratibu huu umeigwa na wanadamu wakati wa milipuko. mabomu ya hidrojeni. Changamoto ni muunganisho wa nyuklia kuifanya iweze kudhibitiwa na kutumia nishati yake kwa makusudi. Ugumu kuu ni kwamba fusion ya nyuklia inawezekana kabisa shinikizo la juu na joto la karibu milioni 100 °C. Hakuna nyenzo ambazo vinu vinaweza kutengenezea athari za halijoto ya juu zaidi (nyuklia). Nyenzo yoyote huyeyuka na kuyeyuka.

Wanasayansi wamechukua njia ya kutafuta uwezekano wa kufanya athari katika mazingira yasiyo na uwezo wa kuyeyuka. Ili kufikia hili, mbinu mbili zinajaribiwa kwa sasa. Mmoja wao ni msingi wa uhifadhi wa hidrojeni kwenye uwanja wenye nguvu wa sumaku.

Licha ya baadhi ya matokeo chanya katika utekelezaji wa kudhibitiwa fusion nyuklia, maoni yanaelezwa kwamba katika siku za usoni kuna uwezekano wa kutumika kutatua. matatizo ya nishati. Hii ni kutokana na hali ya kutotatuliwa kwa masuala mengi na hitaji la gharama kubwa kwa ajili ya majaribio zaidi, na hata zaidi maendeleo ya viwanda.

Kwa hiyo, kutokana na kutokuwa na utulivu maalum ulioelezwa hapo juu, harakati kubwa za gesi hutokea katika tabaka za convective za nyota. Gesi zenye joto zaidi huinuka kutoka chini kwenda juu, wakati zile baridi zaidi huanguka. Mchakato mkubwa wa kuchanganya dutu hutokea. Mahesabu yanaonyesha, hata hivyo, kwamba tofauti katika joto la mambo ya kusonga ya gesi na mazingira haina maana kabisa, tu kuhusu 1 K - na hii ni kwa joto la dutu ya chini ya utaratibu wa Kelvin milioni kumi! Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba convection yenyewe inaelekea kusawazisha joto la tabaka. kasi ya wastani kupanda na kushuka wingi wa gesi pia haina maana - tu kwa utaratibu wa makumi kadhaa ya mita kwa pili. Ni muhimu kulinganisha kasi hii na kasi ya mafuta ya atomi za hidrojeni zilizo na ionized katika mambo ya ndani ya nyota, ambazo ziko kwa utaratibu wa kilomita mia kadhaa kwa pili. Kwa kuwa kasi ya mwendo wa gesi zinazoshiriki katika upitishaji ni makumi ya maelfu ya mara chini ya kasi ya joto ya chembe za vitu vya nyota, shinikizo linalosababishwa na mtiririko wa convective ni karibu mara bilioni chini ya shinikizo la kawaida la gesi. Hii ina maana kwamba convection haiathiri kabisa usawa wa hydrostatic wa mambo ya ndani ya nyota, imedhamiriwa na usawa wa nguvu za shinikizo la gesi na mvuto.

Haupaswi kufikiria convection kama aina fulani ya mchakato ulioamuru, ambapo maeneo ya gesi inayoongezeka mara kwa mara hubadilishana na maeneo ya kuanguka kwake. Hali ya harakati ya convective sio "laminar", lakini "turbulent"; yaani, ni machafuko makubwa, yanayobadilika kwa nasibu katika wakati na nafasi. Hali ya machafuko ya harakati ya raia wa gesi inaongoza kwa kuchanganya kamili ya dutu. Hii ina maana kwamba kemikali ya eneo la nyota iliyofunikwa na harakati za convective lazima iwe homogeneous. Hali ya mwisho ni kubwa sana umuhimu mkubwa kwa matatizo mengi ya mageuzi ya nyota. Kwa mfano, ikiwa kama matokeo ya athari za nyuklia katika sehemu ya moto zaidi (ya kati) ya eneo la convective muundo wa kemikali umebadilika (kwa mfano, kuna hidrojeni kidogo, ambayo baadhi yake imegeuka kuwa heliamu), basi muda mfupi mabadiliko haya yataenea katika eneo lote la convective. Kwa hivyo, moto wa nyuklia "safi" unaweza kuendelea kuingia "eneo la athari ya nyuklia" - eneo la kati la nyota - ambalo, kwa kweli, lina. muhimu kwa maendeleo ya nyota. Wakati huo huo, kunaweza kuwa na hali wakati hakuna convection katika maeneo ya kati, moto zaidi ya nyota, ambayo husababisha mabadiliko makubwa katika mchakato wa mageuzi. muundo wa kemikali maeneo haya. Hii itajadiliwa kwa undani zaidi katika § 12.

Katika § 3 tayari tulisema kwamba vyanzo vya nishati ya Jua na nyota, kuhakikisha mwangaza wao wakati wa vipindi vikubwa vya "cosmogonic", vilivyohesabiwa kwa nyota zisizo kubwa sana katika mabilioni ya miaka, ni athari za nyuklia. Sasa tutakaa juu ya suala hili muhimu kwa undani zaidi.

Nadharia ya msingi muundo wa ndani nyota zilianzishwa na Eddington nyuma wakati vyanzo vya nishati yao havikujulikana. Tayari tunajua kuwa mfululizo matokeo muhimu kuhusu hali ya usawa wa nyota, hali ya joto na shinikizo katika mambo yao ya ndani na utegemezi wa mwangaza juu ya wingi, utungaji wa kemikali (kuamua wastani wa uzito wa Masi) na opacity ya suala, inaweza kupatikana bila ujuzi wa asili ya vyanzo vya nishati ya nyota. Walakini, kuelewa kiini cha vyanzo vya nishati ni muhimu kabisa kuelezea muda wa uwepo wa nyota katika hali isiyobadilika. Hata muhimu zaidi ni umuhimu wa asili ya vyanzo vya nishati ya nyota kwa tatizo la mageuzi ya nyota, yaani, mabadiliko ya mara kwa mara katika sifa zao kuu (mwangaza, radius) kwa muda. Tu baada ya asili ya vyanzo vya nishati ya nyota ikawa wazi, iliwezekana kuelewa mchoro wa Hertzsprung-Russell, muundo wa msingi wa unajimu wa nyota.

Swali la vyanzo vya nishati ya nyota lilifufuliwa karibu mara baada ya ugunduzi wa sheria ya uhifadhi wa nishati, wakati ikawa wazi kuwa mionzi ya nyota husababishwa na aina fulani ya mabadiliko ya nishati na haiwezi kuendelea milele. Sio bahati mbaya kwamba nadharia ya kwanza kuhusu vyanzo vya nishati ya nyota ni ya Mayer, mtu ambaye aligundua sheria ya uhifadhi wa nishati. Aliamini kwamba chanzo cha mionzi kutoka kwa Jua ni kuanguka kwa kuendelea kwa meteoroids kwenye uso wake. Mahesabu, hata hivyo, yalionyesha kuwa chanzo hiki hakitoshi kwa uwazi kutoa mwangaza unaozingatiwa wa Jua. Helmholtz na Kelvin walijaribu kuelezea mionzi ya muda mrefu ya Jua kwa ukandamizaji wake wa polepole, ikifuatana na kutolewa kwa nishati ya mvuto. Dhana hii, ambayo ni muhimu sana hata (na hasa!) Kwa unajimu wa kisasa, hata hivyo, iligeuka kuwa haiwezekani kuelezea mionzi ya Jua kwa mabilioni ya miaka. Hebu pia tuzingatie kwamba nyakati za Helmholtz na Kelvin hapakuwa na mawazo smart hakukuwa na neno bado juu ya umri wa Jua. Hivi majuzi tu imekuwa wazi kuwa umri wa Jua na yote mfumo wa sayari takriban miaka bilioni 5.

Mwanzoni mwa karne ya 19 na 20. moja ya uvumbuzi mkubwa zaidi katika historia ya wanadamu - radioactivity iligunduliwa. Kwa hivyo ilifunguliwa kabisa ulimwengu mpya viini vya atomiki. Hata hivyo, ilichukua zaidi ya muongo mmoja kwa fizikia ya kiini cha atomiki kuimarika. msingi wa kisayansi. Tayari katika miaka ya 20 ya karne yetu ikawa wazi kuwa chanzo cha nishati ya Jua na nyota kinapaswa kutafutwa katika mabadiliko ya nyuklia. Eddington mwenyewe pia alifikiri hivyo, lakini bado haikuwezekana kuonyesha michakato maalum ya nyuklia inayotokea katika mambo ya ndani ya nyota halisi na ikifuatana na kutolewa kwa kiasi kinachohitajika cha nishati. Jinsi ujuzi usio kamili wa asili ya vyanzo vya nishati ya nyota ulivyokuwa unaweza kuonekana kutokana na ukweli kwamba Jeans ni kubwa zaidi. Mwanafizikia wa Kiingereza na mwanaastronomia mwanzoni mwa karne yetu, aliamini kwamba chanzo hicho kinaweza kuwa... mionzi. Huu, kwa kweli, pia ni mchakato wa nyuklia, lakini, kama inavyoweza kuonyeshwa kwa urahisi, haifai kabisa kuelezea mionzi ya Jua na nyota. Hii inaweza kuonekana angalau kutokana na ukweli kwamba chanzo kama hicho cha nishati ni huru kabisa na hali ya nje - baada ya yote, radioactivity, kama inavyojulikana, ni mchakato. ya hiari. Kwa sababu hii, chanzo kama hicho hakikuweza "kurekebisha" kwa muundo unaobadilika wa nyota. Kwa maneno mengine, hakutakuwa na "kurekebisha" kwa mionzi ya nyota. Picha nzima ya mionzi ya nyota ingepingana sana na uchunguzi. Mtu wa kwanza kuelewa hili alikuwa mtaalam wa nyota wa Kiestonia E. Epic, ambaye muda mfupi kabla ya Vita vya Kidunia vya pili alifikia hitimisho kwamba athari za muunganisho wa thermonuclear zinaweza kuwa chanzo cha nishati kwa Jua na nyota.

Mnamo 1939 tu mwanafizikia maarufu wa Amerika Bethe alitoa nadharia ya upimaji vyanzo vya nyuklia vya nishati ya nyota. Haya ni majibu ya aina gani? Katika § 7 tayari tumetaja kuwa katika mambo ya ndani ya nyota kunapaswa kuwepo thermonuclear majibu. Hebu tuangalie hili kwa undani zaidi. Kama inavyojulikana, athari za nyuklia, zinazoambatana na mabadiliko ya nyuklia na kutolewa kwa nishati, hutokea wakati chembe zinapogongana. Chembe hizo zinaweza kuwa, kwanza kabisa, viini wenyewe. Kwa kuongeza, athari za nyuklia zinaweza pia kutokea wakati viini vinapogongana neutroni. Hata hivyo, neutroni za bure (yaani, zisizofungwa kwenye viini) ni chembe zisizo imara. Kwa hiyo, idadi yao katika mambo ya ndani ya nyota inapaswa kuwa isiyo na maana. Kwa upande mwingine, kwa kuwa hidrojeni ni kipengele kikubwa zaidi katika mambo ya ndani ya nyota na ni ionized kabisa, migongano ya nuclei na protoni itatokea mara nyingi.

Ili protoni iweze kupenya ndani ya kiini ambayo inagongana nayo wakati wa mgongano kama huo, inahitaji kukaribia mwisho kwa umbali wa cm 10 -13. Ni kwa umbali huu ambapo nguvu maalum za kuvutia hutenda, " kutia saruji” kiini na kuambatisha “kigeni” kwake. , protoni inayogongana. Lakini ili kukaribia kiini kwa umbali mfupi kama huo, protoni lazima ishinde nguvu kubwa sana ya msukumo wa umeme ("Kizuizi cha Coulomb"). Baada ya yote, kiini pia ni chaji chanya! Ni rahisi kuhesabu kwamba ili kushinda nguvu hii ya kielektroniki protoni inahitaji kuwa nayo nishati ya kinetic, kupita uwezo wa nishati ya mwingiliano wa kielektroniki

Nyota ni mwili wa mbinguni ambamo wanaenda wakati huu athari za nyuklia. Nyota ni mipira mikubwa ya gesi yenye mwanga (plasma). Wao huundwa kutoka kwa mazingira ya vumbi-gesi kama matokeo ya ukandamizaji wa mvuto. Joto la mambo katika mambo ya ndani ya nyota hupimwa kwa mamilioni, na juu ya uso wao - katika maelfu ya kelvins. Nishati ya idadi kubwa ya nyota hutolewa kama matokeo ya athari za nyuklia kubadilisha hidrojeni kuwa heliamu, kutokea kwa joto la juu katika mikoa ya ndani. Pia ni vyema kutambua kwamba nyota zina uwezo hasi wa joto.

Tabia nyingi za nyota kawaida huonyeshwa katika vitengo vya SI. Misa, mwangaza na radius kawaida hutolewa kuhusiana na Jua letu:

Nyota - mpira wa moto wa gesi, na mali kuu ya gesi ni hamu ya kupanua na kuchukua kiasi chochote kilichotolewa kwake. Tabia hii inasababishwa na shinikizo la gesi na imedhamiriwa na joto na wiani wake. Katika kila hatua ndani ya nyota kuna nguvu ya shinikizo la gesi ambayo inajaribu kupanua nyota. Lakini katika kila hatua inakabiliwa na nguvu nyingine - nguvu ya mvuto wa tabaka za juu, kujaribu kukandamiza nyota. Hata hivyo, wala upanuzi wala contraction hutokea, nyota ni imara. Hii ina maana kwamba nguvu zote mbili zinasawazisha kila mmoja. Na kwa kuwa uzito wa tabaka za juu huongezeka kwa kina, shinikizo, na, kwa hiyo, joto huongezeka kuelekea katikati ya nyota.

Nyota hutoa nishati inayotokana na kina chake. Joto katika nyota inasambazwa kwa namna ambayo katika safu yoyote wakati wowote kwa wakati nishati iliyopokelewa kutoka safu ya msingi ni sawa na nishati iliyotolewa kwa safu ya juu. Nishati nyingi huzalishwa katikati ya nyota, kiasi sawa kinapaswa kutolewa kutoka kwenye uso wake, vinginevyo usawa utavunjwa. Hivyo, shinikizo la mionzi pia huongezwa kwa shinikizo la gesi.

Miale inayotolewa na nyota hiyo hupokea nishati katika vilindi ambako chanzo chake kiko na kuelekea nje kupitia unene mzima wa nyota hiyo, ikitoa shinikizo kwenye tabaka za nje. Ikiwa vitu vya nyota vingekuwa wazi, basi maendeleo haya yangetokea mara moja, kwa kasi ya mwanga. Lakini ni opaque na huzuia kifungu cha mionzi. Miale ya mwanga hufyonzwa na atomi na kutolewa tena kwa njia nyingine. Njia ya kila mionzi ni changamano na inafanana na mkunjo tata wa zigzag. Wakati mwingine "hutanga" kwa maelfu ya miaka kabla ya kuja juu na kuacha nyota.

Mionzi inayoondoka kwenye uso wa nyota inatofautiana kwa ubora (lakini si kwa kiasi) kutoka kwa mionzi inayotokana na chanzo cha nishati ya nyota. Inapoelekea nje, urefu wa wimbi la mwanga huongezeka. Uso wa Jua, kwa mfano, hutoa hasa miale ya mwanga na infrared, wakati X-ray ya mawimbi mafupi na mionzi ya gamma huonekana katika kina chake. Shinikizo la mionzi kwa Jua na nyota zinazofanana ni sehemu ndogo tu ya shinikizo la gesi, lakini kwa nyota kubwa ni muhimu.

Makadirio ya joto na wiani katika mambo ya ndani ya nyota hupatikana kwa kinadharia, kulingana na misa inayojulikana nyota na nguvu ya mionzi yake, kwa kuzingatia sheria za gesi za fizikia na sheria ya mvuto wa ulimwengu wote. Viwango vya joto vinavyoamuliwa kwa njia hii katika maeneo ya kati ya nyota huanzia digrii milioni 10 kwa nyota nyepesi kuliko Jua hadi digrii milioni 30 kwa nyota kubwa. Joto la katikati ya Jua ni karibu digrii milioni 15.

Kwa joto kama hilo, jambo katika mambo ya ndani ya nyota ni karibu kabisa ionized. Atomi za vipengele vya kemikali hupoteza shells zao za elektroni. Maada hujumuisha tu viini vya atomiki na elektroni binafsi. Kwa kuwa kipenyo cha nucleus ya atomiki ni makumi ya maelfu ya mara ndogo kuliko kipenyo cha atomi nzima, mabilioni mengi ya nuclei za atomiki na elektroni za kibinafsi zinaweza kutoshea kwa urahisi katika ujazo ulio na atomi kumi na mbili tu. Katika kesi hii, umbali kati ya chembe, licha ya wiani mkubwa, bado utakuwa mkubwa ikilinganishwa na ukubwa wao. Ndio maana dutu, msongamano ambao katikati ya Jua ni mara 100 zaidi ya msongamano wa maji, ni mnene zaidi kuliko yoyote. imara ardhini! - hata hivyo, ina mali yote gesi bora.

Joto ndani ya nyota ni chini, juu ya mkusanyiko wa chembe katika gesi, yaani, chini ya wastani wake. molekuli ya molekuli. Katika suala la nyota, vipengele vyote vya kemikali isipokuwa hidrojeni na heliamu vina wastani wa molekuli ya karibu 2. Kadiri hidrojeni na heliamu zinavyozidi, ikilinganishwa na vipengele vizito, joto la chini katikati ya nyota. Jua la hidrojeni kabisa, kwa mfano, lingekuwa na joto la kati la digrii milioni 10, jua la heliamu digrii milioni 26, na moja inayojumuisha kabisa vitu vizito - digrii milioni 40.

Kuamua utungaji wa kemikali na hali ya kimwili katika sehemu za kati za nyota ilifanya iwezekanavyo kutatua suala la vyanzo vya nishati ya nyota. Kwa joto la digrii milioni 10-30 na uwepo idadi kubwa Viini vya hidrojeni hupata athari za thermonuclear, na kusababisha kuundwa kwa nuclei ya vipengele mbalimbali vya kemikali. Sio athari zote za nyuklia zinazowezekana zinafaa kama vyanzo vya nishati ya nyota, lakini ni zile tu zinazotoa nishati kubwa ya kutosha na zinaweza kuendelea kwa miaka bilioni kadhaa ya maisha ya nyota.

Baada ya kutafuta kwa muda mrefu, iligundua kuwa nyota wengi Wao huangaza kutokana na mabadiliko ya nuclei nne za hidrojeni (protoni) kwenye nucleus moja ya heliamu ambayo hufanyika ndani yao. Uzito wa protoni nne ni kubwa zaidi kuliko wingi wa kiini cha heliamu, na molekuli hii ya ziada inabadilishwa kuwa nishati katika athari za thermonuclear. Mwitikio huu hutokea polepole na huifanya nyota kung'aa kwa mabilioni ya miaka.

Nyota 1 ni mipira ya gesi ya moto, iliyotiwa ionized. Ionization ya jambo la nyota ni matokeo ya joto lake la juu (kutoka elfu kadhaa hadi makumi kadhaa ya maelfu ya digrii).

Kama matokeo ya kusoma muundo wa kemikali wa Jua na nyota zingine, iligunduliwa kuwa zina karibu zote vipengele vya kemikali, inapatikana Duniani na kuwasilishwa katika jedwali la D.I. Mendeleev. Pia iliibuka kuwa katika hali nyingi, 70% ya wingi wa nyota ni hidrojeni, 28% ni heliamu na 2% ni vitu vizito.

Tayari unajua kwamba kadiri wingi wa nyota unavyoongezeka, ndivyo uwanja wa mvuto unavyounda. Kwa sababu ya hatua ya nguvu za uvutano kukandamiza vitu vya nyota, joto lake, msongamano, na shinikizo huongezeka sana kutoka. tabaka za nje hadi katikati.

Kwa hivyo, kwa mfano, joto la tabaka za nje za Jua ni takriban 6 10 3 ° C, na katikati ni karibu milioni 14-15 ° C, wiani wa jambo katikati ya Jua ni takriban 150 g. /cm 3 (mara 19 zaidi ya ile ya chuma) , na shinikizo kutoka kwa tabaka za kati hadi katikati huongezeka kutoka 7 10 8 hadi 3.4 10 11 atm. Kwa joto na shinikizo kama hilo, athari za nyuklia zinaweza kutokea katika msingi, ambayo ni chanzo cha nishati kwa nyota.

Nguvu ya mionzi ya nyota (pia inaitwa mwangaza na iliyoonyeshwa na herufi L) inalingana na nguvu ya nne ya misa yake:

Athari za nyuklia zinazotokea katika mambo ya ndani ya nyota ni moja wapo ya michakato ambayo inatofautisha sana nyota na sayari, kwani chanzo cha ndani inapokanzwa sayari ni kuoza kwa mionzi. Tofauti hii inatokana na ukweli kwamba wingi wa nyota yoyote ni dhahiri zaidi kuliko wingi wa hata nyota yenyewe. sayari kubwa. Hii inaweza kuonyeshwa kwa kutumia mfano wa Jupiter. Licha ya ukweli kwamba katika mambo mengi ni sawa na nyota, misa yake iligeuka kuwa haitoshi kwa hali muhimu kwa athari za nyuklia kutokea kwa kina chake.

Kama matokeo ya athari za nyuklia kwenye vilindi vya Jua, nishati kubwa hutolewa ambayo hudumisha mwanga wake. Wacha tuchunguze jinsi nishati hii inatoka kwenye uso wa Jua.

Katika eneo la uhamisho wa nishati ya mionzi (Mchoro 188), joto iliyotolewa katika msingi huenea kutoka katikati hadi kwenye uso wa Jua na mionzi, yaani, kwa njia ya ngozi na utoaji wa sehemu za mwanga - quanta - na dutu. Kwa kuwa quanta hutolewa na atomi katika mwelekeo wowote, safari yao kwenye uso inachukua maelfu ya miaka.

Mchele. 188. Muundo wa Jua

Katika eneo la convection, nishati huhamishiwa kwenye uso kwa mtiririko wa gesi ya moto. Baada ya kufikia uso, gesi, kutoa nishati, baridi, inakuwa mnene na kuzama kwenye msingi wa ukanda. Katika eneo la convective, gesi ni opaque. Kwa hivyo, unaweza kuona tu tabaka ambazo ziko juu yake: picha, chromosphere na corona (haijaonyeshwa kwenye takwimu). Tabaka hizi tatu ni za angahewa ya jua.

Picha ("nyanja ya mwanga") kwenye picha inaonekana kama mkusanyiko wa madoa angavu - chembechembe (Mchoro 189), ikitenganishwa na mistari nyembamba ya giza. Matangazo angavu ni mito ya gesi ya moto inayoelea kwenye uso wa eneo la kupitisha.

Mchele. 189. Chembechembe na madoa kwenye picha ya Jua

Chromosphere ("nyanja ya rangi") inaitwa hivyo kwa rangi yake nyekundu-violet. Moja ya wengi matukio ya kuvutia ambayo inaweza kuzingatiwa katika chromosphere ni umaarufu 2. Urefu wa chromosphere hufikia kilomita 10-15,000.

wengi zaidi sehemu ya nje Mazingira ya Jua ni corona. Inaenea zaidi ya mamilioni ya kilomita (yaani, umbali wa utaratibu wa radii kadhaa za jua), licha ya ukweli kwamba nguvu ya mvuto kwenye Jua ni kubwa sana. Kiwango kikubwa cha corona kinaelezewa na ukweli kwamba mienendo ya atomi na elektroni kwenye corona, inapokanzwa hadi joto la milioni 1-2 ° C, hufanyika na kasi kubwa. Corona ya jua inaonekana wazi wakati kupatwa kwa jua(Mchoro 190). Sura na mwangaza wa corona hubadilika kulingana na mzunguko shughuli za jua, yaani, na mzunguko wa miaka 11.

Mchele. 190. Kona ya jua (wakati wa kupatwa kwa jua kwa jumla ya 1999)

Uingizaji wa uwanja wa sumaku kwenye Jua ni mara 2 tu zaidi kuliko kwenye uso wa Dunia. Lakini mara kwa mara, kujilimbikizia mashamba ya sumaku, mara elfu kadhaa yenye nguvu kuliko Duniani. Wanazuia kuongezeka kwa plasma ya moto, kwa sababu hiyo, badala ya granules za mwanga, eneo la giza linaundwa - sunspot (angalia Mchoro 189). Lini makundi makubwa nguvu ya doa ya inayoonekana, ultraviolet na mionzi ya x-ray huongezeka kwa kasi, ambayo inaweza kuathiri vibaya ustawi wa watu.

Kusonga kwa matangazo kwenye diski ya jua ni matokeo ya kuzunguka kwake, ambayo hufanyika kwa muda wa siku 25.4 kuhusiana na nyota.

Hatua ya mwisho ya mchakato wa mageuzi ya nyota inajumuisha hatua kadhaa. Wakati hidrojeni yote iliyo katikati ya nyota inageuka kuwa heliamu, muundo wa nyota huanza kubadilika dhahiri. Mwangaza wake huongezeka, joto la uso hupungua, tabaka za nje hupanua, na zile za ndani hupungua. Nyota inakuwa jitu jekundu, yaani, nyota kubwa yenye mwangaza wa juu na msongamano wa chini sana. Msingi mnene na wa moto wa heliamu huunda katikati. Wakati joto ndani yake linafikia milioni 100 ° C, athari ya kubadilisha heliamu kuwa kaboni huanza, ikifuatana na kutolewa. kiasi kikubwa nishati.

Katika hatua inayofuata, nyota kama Jua humwaga baadhi ya vitu vyao, hupungua hadi saizi ya sayari, na kugeuka kuwa nyota ndogo, mnene sana - vibete nyeupe, na baridi polepole.

Maswali

Katika hali ya joto katika msingi wa utaratibu wa 14-15 milioni ° C na shinikizo kutoka 7 10 8 hadi 3.4 10 11 atm, nyota inapaswa kugeuka kuwa wingu la gesi la kupanua. Lakini hii haifanyiki. Je, unadhani ni nguvu gani zinazopinga upanuzi wa nyota?
Ni nini chanzo cha nishati inayotolewa na nyota?
Ambayo mchakato wa kimwili ni chanzo cha joto la ndani la sayari?
Ni nini husababisha uundaji wa matangazo ya jua?
Je, angahewa ya jua inajumuisha tabaka gani?
Tuambie kuhusu hatua kuu za mageuzi ya Jua.

2 Umaarufu ni mkubwa, hadi mamia ya maelfu ya kilomita kwa muda mrefu, uundaji wa plasma katika corona ya jua, kuwa na msongamano mkubwa na joto la chini kuliko plasma ya corona inayozunguka.

Nyota: kuzaliwa kwao, maisha na kifo [toleo la tatu, lililorekebishwa] Shklovsky Joseph Samuilovich

Sura ya 7 Nyota hung'aaje?

Sura ya 7 Nyota hung'aaje?

Kwa joto la agizo la milioni kumi la Kelvin na wiani wa juu wa kutosha wa mambo, mambo ya ndani ya nyota yanapaswa "kujazwa" na mionzi mingi. Kiasi cha mionzi hii huendelea kuingiliana na maada, kufyonzwa na kutolewa tena nayo. Kutokana na taratibu hizo, uwanja wa mionzi hupata usawa tabia (kusema kweli, karibu tabia ya usawa - tazama hapa chini), i.e. imeelezewa formula inayojulikana Baa yenye parameter T, sawa na halijoto iliyoko. Kwa mfano, wiani wa mionzi katika mzunguko

katika kitengo cha masafa ya muda ni sawa na

Tabia muhimu ya uwanja wa mionzi ni yake ukali, kwa kawaida huonyeshwa na ishara I

Mwisho hufafanuliwa kama kiasi cha nishati inayopita katika eneo la sentimita moja ya mraba katika muda wa mzunguko wa kitengo katika sekunde moja ndani ya pembe thabiti ya steradian moja kwa muda fulani. kupewa mwelekeo, na tovuti ni perpendicular kwa mwelekeo huu. Ikiwa thamani ya nguvu ni sawa kwa pande zote, basi inahusiana na wiani wa mionzi na uhusiano rahisi.

Hatimaye, umuhimu hasa kwa tatizo la muundo wa ndani wa nyota ni mtiririko wa mionzi, iliyoonyeshwa na barua H. Tunaweza kufafanua kiasi hiki muhimu kulingana na jumla ya kiasi cha nishati inayotiririka kuelekea nje kupitia nyanja fulani ya kiwazi inayozunguka katikati ya nyota:

(7.5)

Ikiwa nishati "hutolewa" tu katika maeneo ya ndani ya nyota, basi ukubwa L inabaki thabiti, i.e. haitegemei radius iliyochaguliwa kiholela r. Kuamini r = R, yaani, radius ya nyota, tutapata maana L: ni wazi ni rahisi mwangaza nyota. Kuhusu kiasi cha mtiririko H, basi inabadilika kwa kina kama r -2 .

Ikiwa nguvu ya mionzi katika pande zote ilikuwa madhubuti sawa(yaani, kama wanasema, uwanja wa mionzi utakuwa isotropiki), kisha mtiririko H itakuwa sawa na sifuri[18]. Hii ni rahisi kuelewa ikiwa tunafikiria kwamba katika uwanja wa isotropiki kiasi cha mionzi inapita kupitia nyanja ya radius ya kiholela. nje, sawa na nambari inayoingia ndani ya nyanja hii ya kimawazo ya nishati. Katika hali ya mambo ya ndani ya nyota, uwanja wa mionzi karibu isotropiki. Hii ina maana kwamba thamani I juu kupita kiasi H. Tunaweza kuthibitisha hili moja kwa moja. Kulingana na (7.2) na (7.4) katika T= 10 7 K I= 10 23 erg/cm2

kufutwa, na kiwango cha mionzi inayotiririka katika mwelekeo mmoja ("juu" au "chini") itakuwa kubwa zaidi: F = I = 3

10 23 eg/cm2

Na. Wakati huo huo, ukubwa wa flux ya mionzi ya jua katika sehemu yake ya kati. mahali fulani kwa mbali

100 000 km kutoka katikati yake (hii ni mara saba chini ya radius ya jua), itakuwa sawa na H = L/ 4r 2 = 4

10 33 / 10 21 = 4

10 12 eg/cm2

s, i.e. bilioni mara elfu chini. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba katika mambo ya ndani ya jua mtiririko wa mionzi ya nje ("juu") ni karibu sawa na mtiririko wa ndani ("chini"). Yote ni kuhusu hilo "karibu". Tofauti isiyo na maana katika ukubwa wa uwanja wa mionzi huamua muundo mzima wa mionzi kutoka kwa nyota. Ni kwa sababu hii kwamba tulifanya uhifadhi hapo juu kwamba uwanja wa mionzi ni karibu usawa. Kwa uwanja wa mionzi ya usawa madhubuti, haipaswi kuwa na flux ya mionzi! Wacha tusisitize tena kwamba kupotoka kwa uwanja halisi wa mionzi katika mambo ya ndani ya nyota kutoka uwanja wa Planck ni kidogo kabisa, kama inavyoonekana kutoka kwa udogo wa uwiano. H/F

Katika T

10 7 K kiwango cha juu cha nishati katika wigo wa Planck iko katika safu ya X-ray. Hii inafuatia kutoka kwa wanaojulikana nadharia ya msingi Mionzi ya sheria ya Wien:

(7.6)

m- urefu wa wimbi ambalo upeo wa kazi ya Planck hutokea. Katika T= 10 7 K m = 3

10 -8 cm au 3? - aina ya X-ray ya kawaida. Kiasi cha nishati inayong'aa iliyomo ndani ya Jua (au nyota nyingine yoyote) inategemea sana usambazaji wa joto na kina, kwani u T 4 . Nadharia halisi ya mambo ya ndani ya nyota hufanya iwezekanavyo kupata utegemezi kama huo, ambayo inafuata kwamba nyota yetu ina akiba ya nishati ya kung'aa ya takriban 10 45 erg. Ikiwa hakuna kitu kilichozuia kiasi cha mionzi hii ngumu, wangeacha Jua katika sekunde chache na moto huu mbaya bila shaka ungechoma maisha yote kwenye uso wa Dunia. Hii haifanyiki kwa sababu mionzi "imefungwa" ndani ya Jua. Unene mkubwa wa jambo la Jua hutumika kama "buffer" ya kuaminika. Kiasi cha mionzi, mara kwa mara na mara nyingi sana kufyonzwa na atomi, ioni na elektroni za plasma ya maada ya jua, "huvuja" tu polepole sana. Katika mchakato wa "usambazaji" kama huo, hubadilisha sana ubora wao kuu - nishati. Ikiwa katika kina cha nyota, kama tumeona, nishati yao inalingana na safu ya X-ray, basi kutoka kwa uso wa nyota quanta hutoka tayari "nyembamba" - nishati yao tayari inalingana haswa na anuwai ya macho.

Swali kuu linatokea: ni nini huamua mwangaza wa nyota, yaani, nguvu ya mionzi yake? Kwa nini nyota, ambayo ina rasilimali nyingi za nishati, inazitumia "kiuchumi", ikipoteza sehemu ndogo tu, ingawa ni dhahiri kabisa, ya "hifadhi" hii kwa mionzi? Hapo juu tulitathmini akiba ya nishati inayoangaza katika mambo ya ndani ya nyota. Inapaswa kukumbushwa katika akili kwamba nishati hii, kuingiliana na suala, inaendelea kufyonzwa na kufanywa upya kwa kiasi sawa. "Hifadhi" kwa ajili ya "inapatikana" nishati ya mionzi katika matumbo ya nyota ni joto nishati ya chembe za maada. Si vigumu kukadiria thamani nishati ya joto, iliyohifadhiwa katika nyota. Ili kuwa maalum, hebu tuzingatie Jua. Kwa kudhani, kwa unyenyekevu, kwamba inajumuisha hidrojeni tu, na kujua wingi wake, ni rahisi kupata kwamba kuna takriban 2.

10 57 chembe - protoni na elektroni. Kwa joto T

10 7 K wastani wa nishati kwa kila chembe itakuwa sawa na kT = 2

10 -9 erg, ambayo ina maana kwamba hifadhi ya nishati ya jua ya mafuta W T ni kiasi kikubwa sana

10 48 mfano. Kwa nguvu inayoonekana mionzi ya jua L

10 33 erg/s hifadhi hii inatosha kwa sekunde 10 15 au

Miaka milioni 30. Swali ni: kwa nini Jua lina mwanga hasa tunaoona? Au, kwa maneno mengine, kwa nini mpira wa gesi na wingi katika hali ya usawa wa hydrostatic, molekuli sawa Je, jua lina kipenyo cha uhakika kabisa na halijoto ya uhakika kabisa ya uso ambayo mnururisho hutoka? Kwa mwangaza wa nyota yoyote, pamoja na Jua, inaweza kuwakilishwa na usemi rahisi

(7.7)

Wapi T e- joto uso wa jua[19]. Baada ya yote, kimsingi, Jua, pamoja na molekuli sawa na radius, inaweza kuwa na joto la, kusema, 20,000 K, na kisha mwanga wake ungekuwa mara mia zaidi. Hata hivyo, hii sivyo, ambayo, bila shaka, sio ajali.

Hapo juu tulizungumza juu ya akiba ya nishati ya joto kwenye nyota. Pamoja na nishati ya joto, nyota pia ina hifadhi kubwa ya aina nyingine za nishati. Kwanza kabisa, hebu tuzingatie ya uvutano nishati. Mwisho hufafanuliwa kama nishati ya mvuto wa mvuto wa chembe zote za nyota kati yao wenyewe. Yeye hakika ni uwezo nishati ya nyota na ina alama ya minus. Kwa nambari, ni sawa na kazi ambayo inahitaji kutekelezwa ili, kushinda nguvu ya mvuto, "kuvuta" sehemu zote za nyota hadi umbali mkubwa usio na kikomo kutoka katikati yake. Makadirio ya ukubwa wa nishati hii yanaweza kufanywa kwa kutafuta nishati ya mwingiliano wa mvuto wa nyota yenyewe:

Wacha sasa tuzingatie nyota isiyo katika usawa, hali ya kusimama, lakini katika hatua ya ukandamizaji wa polepole (kama ilivyo kwa protostar; ona § 5). Wakati wa mchakato wa kukandamiza, nishati ya mvuto ya nyota polepole hupungua(kumbuka kuwa ni hasi). Walakini, kama inavyoweza kuonekana kutoka kwa fomula (7.9), tu nusu Nishati ya mvuto iliyotolewa itageuka kuwa joto, i.e. itatumika inapokanzwa dutu hii. Nusu nyingine ya nishati iliyotolewa lazima kuondoka nyota kwa namna ya mionzi. Inafuata kwamba ikiwa chanzo cha nishati ya mionzi ya nyota ni ukandamizaji wake, basi kiasi cha nishati iliyotolewa wakati wa mageuzi yake ni sawa na hifadhi yake ya nishati ya joto.

Acha kando kwa sasa sana swali muhimu kuhusu sababu kwa nini nyota ina uhakika kabisa mwangaza, mara moja tunasisitiza kwamba ikiwa tunazingatia chanzo cha nishati ya nyota kuwa kutolewa kwa nishati yake ya mvuto katika mchakato wa kushinikiza (kama ilivyoaminika marehemu XIX karne), tutakumbana na matatizo makubwa sana. Jambo sio kwamba ili kuhakikisha mwangaza unaozingatiwa, radius ya Jua lazima ipungue kila mwaka kwa karibu mita 20 - mabadiliko hayo madogo katika saizi ya Jua. teknolojia ya kisasa unajimu wa uchunguzi hauwezi kutambua. Ugumu ni kwamba hifadhi ya nishati ya uvutano ya Jua ingetosha tu kwa miaka milioni 30 ya mionzi kutoka kwa nyota yetu, mradi, bila shaka, kwamba iliangaza hapo zamani takriban sawa na inavyofanya sasa. Ikiwa katika karne ya 19, wakati mwanafizikia maarufu wa Kiingereza Thompson (Bwana Kelvin) aliweka dhana hii ya "mvuto" ya kudumisha mionzi ya jua, ujuzi juu ya umri wa Dunia na Jua haukuwa wazi sana, sasa hii sivyo tena. Takwimu za kijiolojia zinaonyesha kwa uaminifu mkubwa kwamba umri wa Jua ni angalau miaka bilioni kadhaa, ambayo ni mara mia zaidi ya "mizani ya Kelvin" kwa maisha yake.

Hii inasababisha hitimisho muhimu sana kwamba hakuna nishati ya joto au ya mvuto inaweza kutoa mionzi ya muda mrefu kutoka kwa Jua, pamoja na idadi kubwa ya nyota nyingine. Karne yetu imeonyesha kwa muda mrefu chanzo cha tatu cha nishati ya mionzi kutoka kwa Jua na nyota, ambayo ni muhimu sana kwa shida yetu yote. Hii ni kuhusu nishati ya nyuklia(tazama § 3). Katika § 8 tutazungumza kwa undani zaidi na haswa juu ya athari hizo za nyuklia zinazotokea katika mambo ya ndani ya nyota.

Kiasi cha hifadhi ya nishati ya nyuklia W mimi = 0 , 008Xc 2 M

10 52 erg inazidi jumla ya nishati ya uvutano na joto ya Jua kwa zaidi ya mara 1000. Vile vile hutumika kwa idadi kubwa ya nyota nyingine. Hifadhi hii inatosha kudumisha mionzi ya Jua kwa miaka bilioni mia moja! Kwa kweli, haifuati kutoka kwa hii kwamba Jua litaangaza kwa muda mkubwa kama huo ngazi ya kisasa. Lakini kwa hali yoyote, ni wazi kwamba Jua na nyota zina hifadhi zaidi ya kutosha ya mafuta ya nyuklia.

Ni muhimu kusisitiza kwamba athari za nyuklia zinazotokea katika mambo ya ndani ya Jua na nyota ni thermonuclear. Hii ina maana kwamba ingawa chembechembe zilizochajiwa haraka (na kwa hivyo zina nguvu kabisa) huguswa, bado joto. Ukweli ni kwamba chembe za gesi yenye joto kwa joto fulani zina Usambazaji wa kasi ya Maxwellian. Kwa joto

10 7 K nishati ya wastani ya mwendo wa joto wa chembe ni karibu na 1000 eV. Nishati hii ni ndogo sana kushinda nguvu za kurudisha nyuma za Coulomb wakati wa mgongano wa nuclei mbili na kugonga kiini kingine na hivyo kusababisha mabadiliko ya nyuklia. Nishati inayohitajika lazima iwe angalau mara kumi zaidi. Ni muhimu, hata hivyo, kwamba kwa usambazaji wa kasi ya Maxwellian daima kutakuwa na chembe ambazo nishati itazidi kwa kiasi kikubwa wastani. Kweli, kutakuwa na wachache wao, lakini wao tu, wakigongana na viini vingine, husababisha mabadiliko ya nyuklia na, kwa hiyo, kutolewa kwa nishati. Idadi ya viini vile haraka, lakini bado "joto". inategemea sana joto la dutu hii. Inaweza kuonekana kuwa katika hali kama hiyo, athari za nyuklia, ikifuatana na kutolewa kwa nishati, zinaweza kuongeza joto la dutu haraka, ambayo kwa hiyo husababisha kasi yao kuongezeka kwa kasi, na nyota inaweza kutumia usambazaji wake wa mafuta ya nyuklia. muda mfupi kiasi kwa kuongeza mwanga wake. Baada ya yote, nishati haiwezi kujilimbikiza kwenye nyota - hii ingesababisha ongezeko kubwa la shinikizo la gesi na nyota ingelipuka tu kama boiler ya mvuke iliyojaa joto. Kwa hiyo, nishati yote ya nyuklia iliyotolewa katika kina cha nyota lazima iondoke kwenye nyota; Utaratibu huu huamua mwangaza wa nyota. Lakini ukweli wa mambo ni kwamba haijalishi ni athari gani za nyuklia, haziwezi kutokea kwenye nyota kwa kasi ya kiholela. Mara tu, angalau kwa kiasi kidogo, inapokanzwa ndani (yaani ndani) ya suala la nyota hutokea, mwisho kutokana na shinikizo la kuongezeka. itapanuka, ndiyo sababu, kwa mujibu wa formula ya Clapeyron, itatokea kupoa. Katika kesi hii, kiwango cha athari za nyuklia kitashuka mara moja na dutu hii itarudi katika hali yake ya asili. Mchakato huu wa kurejesha usawa wa hydrostatic umefadhaika kwa sababu ya joto la ndani, kama tulivyoona hapo awali, unaendelea haraka sana.

Kwa hivyo, kiwango cha athari za nyuklia "hurekebisha", kama ilivyokuwa, kwa usambazaji wa joto ndani ya nyota. Ingawa inaweza kusikika kama kitendawili, ukubwa wa mwangaza wa nyota haitegemei kutokana na athari za nyuklia zinazotokea katika kina chake! Umuhimu wa athari za nyuklia ni kwamba ni, kama ilivyokuwa, msaada utawala wa joto wa kutosha kwa kiwango kilichowekwa na muundo wa nyota, kuhakikisha mwangaza wa nyota wakati wa muda wa "cosmogonic". Kwa hivyo, nyota "ya kawaida" (kwa mfano, Jua) ni mashine iliyosimamiwa kikamilifu ambayo inaweza kufanya kazi kwa hali ya utulivu kwa muda mrefu.

Sasa tunapaswa kuja kwa jibu la swali kuu ambalo lilitolewa mwanzoni mwa sehemu hii: ikiwa mwangaza wa nyota hautegemei vyanzo vya nishati vilivyo ndani yake, basi ni nini kinachoamua? Ili kujibu swali hili, lazima kwanza tuelewe jinsi nishati inavyosafirishwa (kuhamishwa) kutoka sehemu za kati hadi pembezoni katika mambo ya ndani ya nyota. Kuna njia tatu kuu za uhamisho wa nishati: a) conductivity ya mafuta, b) convection, c) mionzi. Kwa nyota nyingi, ikiwa ni pamoja na Jua, utaratibu wa uhamisho wa nishati kwa uendeshaji wa joto hugeuka kuwa haufanyi kazi kabisa ikilinganishwa na taratibu nyingine. Isipokuwa ni udongo wa chini vijeba nyeupe, ambayo itajadiliwa katika § 10. Convection hutokea wakati nishati ya joto inapohamishwa pamoja na jambo. Kwa mfano, gesi yenye joto katika kuwasiliana na uso wa moto hupanua, ambayo hufanya wiani wake hupungua na huondoka kwenye mwili wa joto - "huelea juu". Katika nafasi yake, gesi ya baridi inashuka, ambayo tena ina joto na kuelea juu, nk Utaratibu huo unaweza, chini ya hali fulani, kutokea kwa ukali kabisa. Jukumu lake katika maeneo ya kati zaidi ya nyota kubwa, na vile vile katika tabaka zao za nje za "subphotospheric", inaweza kuwa muhimu sana, kama vile. tutazungumza chini. Mchakato kuu wa uhamisho wa nishati katika mambo ya ndani ya nyota bado mionzi.

Tayari tumesema hapo juu kwamba uwanja wa mionzi katika mambo ya ndani ya nyota karibu isotropiki. Ikiwa tunafikiria kiasi kidogo cha vitu vya nyota mahali fulani kwenye matumbo ya nyota, basi nguvu ya mionzi inayokuja "kutoka chini," ambayo ni, kwa mwelekeo kutoka katikati ya nyota, itakuwa kubwa kidogo kuliko kutoka kinyume. mwelekeo. Ni kwa sababu hii kwamba ndani ya nyota kuna mtiririko mionzi. Ni nini huamua tofauti katika ukali wa mionzi inayotoka "juu" na "kutoka chini," yaani, flux ya mionzi? Hebu fikiria kwa muda kwamba dutu ya mambo ya ndani ya nyota ni karibu uwazi. Kisha mionzi iliyotoka mbali nayo, mahali fulani katika eneo la kati kabisa la nyota, itapitia kiasi chetu “kutoka chini.” Kwa kuwa hali ya joto huko ni ya juu, nguvu itakuwa muhimu sana. Kinyume chake, nguvu inayokuja "kutoka juu" itafanana na joto la chini la tabaka za nje za nyota. Katika kesi hii ya kufikiria, tofauti ya nguvu ya mionzi "kutoka chini" na "kutoka juu" itakuwa kubwa sana na itafanana na kubwa. mtiririko mionzi.

Sasa hebu tufikirie uliokithiri mwingine: suala la nyota ni opaque sana. Kisha kutoka kwa kiasi hiki mtu anaweza "kuona" tu kwa umbali wa utaratibu wa l/

Mgawo wa kunyonya unaokokotolewa kwa kila kitengo cha uzito[20]. Katika kina cha Jua ukubwa l/

Karibu na milimita moja. Ni ajabu hata kwa mtazamo wa kwanza kwamba gesi inaweza kuwa opaque. Baada ya yote, sisi, tukiwa ndani angahewa ya dunia, tunaona vitu vilivyo umbali wa kilomita kumi! Opacity kubwa kama hiyo dutu ya gesi mambo ya ndani ya nyota yanaelezea msongamano mkubwa, na muhimu zaidi - joto la juu, ambayo hufanya gesi kuwa ionized. Ni wazi kwamba tofauti ya joto zaidi ya millimeter moja inapaswa kuwa kidogo kabisa. Inaweza kukadiriwa takriban kwa kuzingatia tofauti ya halijoto kutoka katikati ya Jua hadi kwenye uso wake kuwa sare. Kisha inageuka kuwa tofauti ya joto kwa umbali wa mm 1 ni karibu na elfu mia moja ya digrii. Ipasavyo, tofauti kati ya ukubwa wa mionzi inayotoka "juu" na "kutoka chini" haitakuwa na maana. Kwa hivyo, mtiririko wa mionzi hautakuwa na maana ikilinganishwa na ukubwa, kama ilivyojadiliwa hapo juu.

Kwa hivyo, tunafikia hitimisho muhimu kwamba opacity ya jambo la nyota huamua mtiririko mionzi, na kwa hiyo mwanga wa nyota. Kadiri uwazi wa vitu vya nyota unavyozidi, ndivyo mtiririko wa mionzi unavyopungua. Kwa kuongeza, flux ya mionzi lazima, bila shaka, pia inategemea jinsi joto la nyota linabadilika haraka na kina. Hebu fikiria mpira wa gesi yenye joto, ambayo joto lake ni mara kwa mara. Ni dhahiri kabisa kwamba katika kesi hii flux ya mionzi itakuwa sawa na sifuri, bila kujali ikiwa ngozi ya mionzi ni kubwa au ndogo. Baada ya yote, bila kujali

ukubwa wa mionzi "kutoka juu" itakuwa sawa na ukubwa wa mionzi "kutoka chini", kwa kuwa hali ya joto ni sawa kabisa.

Sasa tunaweza kuelewa kikamilifu maana ya fomula halisi inayounganisha mwangaza wa nyota na sifa zake kuu:

(7.10)

ishara iko wapi

inamaanisha mabadiliko ya halijoto unaposogeza sentimita moja kutoka katikati ya nyota. Ikiwa hali ya joto ilikuwa mara kwa mara, basi

itakuwa sawa na sifuri. Mfumo (7.10) unaeleza kile ambacho tayari kimejadiliwa hapo juu. Fluji ya mionzi kutoka kwa nyota (na, kwa hiyo, mwangaza wake) ni kubwa zaidi, chini ya opacity ya suala la nyota na tofauti kubwa ya joto katika mambo ya ndani ya nyota.

Mfumo (7.10) huturuhusu, kwanza kabisa, kupata mwangaza wa nyota ikiwa sifa zake kuu zinajulikana. Lakini kabla ya kuendelea na makadirio ya nambari, tutabadilisha fomula hii. Hebu tueleze T kupitia M, kwa kutumia fomula (6.2), na ukubali hiyo

3M/ 4R 3 .

Kisha, kuchukua

Itakuwa na

(7.11)

Kipengele cha tabia ya fomula inayosababishwa ni kwamba utegemezi wa mwangaza kwenye radius ya nyota uliondolewa kutoka kwake. Ingawa utegemezi wa uzito wa wastani wa Masi ya mambo ya ndani ya nyota ni nguvu kabisa, thamani yenyewe

Kwa nyota nyingi inatofautiana ndani ya mipaka isiyo na maana. Opacity ya mambo ya nyota

inategemea hasa uwepo ndani yake vipengele nzito. Ukweli ni kwamba hidrojeni na heliamu katika hali ya mambo ya ndani ya nyota kikamilifu Wao ni ionized na katika hali hii karibu hawawezi kunyonya mionzi. Hakika, ili quantum ya mionzi iweze kufyonzwa, ni muhimu kwamba nishati yake itumike kabisa katika kuondoa elektroni kutoka kwenye kiini, yaani, kwenye ionization. Ikiwa atomi za hidrojeni na heliamu zimetiwa ionized kabisa, basi, kwa urahisi, hakuna kitu cha kubomoa [21]. Vipengele vizito ni suala tofauti. Wao, kama tulivyoona hapo juu, bado huhifadhi baadhi ya elektroni zao kwenye makombora yao ya ndani kabisa na kwa hivyo wanaweza kunyonya mionzi kwa ufanisi kabisa. Inafuata kwamba ingawa wingi wa jamaa wa vitu vizito katika mambo ya ndani ya nyota ni ndogo, jukumu lao ni kubwa sana, kwani huamua hasa uwazi wa vitu vya nyota.

Nadharia inaongoza kwa utegemezi rahisi wa mgawo wa kunyonya juu ya sifa za dutu (fomula ya Kramers):

(7.12)

Kumbuka, hata hivyo, kwamba fomula hii ni takriban. Walakini, inafuata kutoka kwake kwamba hatutafanya sana kosa kubwa, ikiwa tutaweka thamani

haibadiliki sana kutoka nyota hadi nyota. Hesabu sahihi zinaonyesha hilo kwa nyota kubwa moto

1, wakati kwa vibeti nyekundu thamani

Mara 10 zaidi. Kwa hivyo, kutoka kwa formula (7.11) inafuata kwamba mwangaza wa "kawaida" (yaani, moja katika usawa kwenye mlolongo kuu) inategemea hasa wingi wake. Ikiwa tutabadilisha thamani ya nambari ya coefficients zote zilizojumuishwa kwenye fomula, basi inaweza kuandikwa upya katika fomu.

(7.13)

Fomula hii inafanya uwezekano wa kuamua kabisa thamani ya mwangaza wa nyota ikiwa wingi wake unajulikana. Kwa mfano, kwa Jua inaweza kuzingatiwa kuwa mgawo wa kunyonya

20, na wastani wa uzito wa Masi

0, 6 (tazama hapo juu). Kisha L/L

5, 6. Hatupaswi kuaibishwa na ukweli kwamba L/L

Haikufanikiwa sawa na moja. Hii inaelezewa na ukatili uliokithiri wa mfano wetu. Mahesabu sahihi, kwa kuzingatia usambazaji wa joto la Jua kwa kina, toa thamani L/L

Karibu na umoja.

Maana kuu ya fomula (7.13) ni kwamba inatoa utegemezi wa mwangaza wa nyota kuu ya mlolongo kwenye yake. raia. Kwa hivyo, fomula (7.13) kwa kawaida huitwa "uhusiano wa wingi-mwangaza." Hebu kwa mara nyingine tena makini na ukweli kwamba vile sifa muhimu zaidi stars jina lake nani eneo, haijajumuishwa katika fomula hii. Hakuna dokezo la utegemezi wa mwangaza wa nyota juu ya nguvu ya vyanzo vya nishati katika kina chake. Hali ya mwisho ni ya umuhimu wa kimsingi. Kama tulivyosisitiza hapo juu, nyota ya misa fulani, kama ilivyokuwa, yenyewe inadhibiti nguvu ya vyanzo vya nishati, ambayo "hurekebisha" kwa muundo wake na "opacity".

Uhusiano wa mwangaza wa wingi ulitolewa kwanza na mwanaastronomia mashuhuri wa Kiingereza Eddington, mwanzilishi wa nadharia za kisasa za muundo wa ndani wa nyota. Utegemezi huu ulipatikana na yeye kinadharia na baadaye tu ilithibitishwa kwenye nyenzo za uchunguzi wa kina. Makubaliano ya fomula hii, iliyopatikana, kama tulivyoona hapo juu, kutoka kwa mawazo rahisi, na matokeo ya uchunguzi kwa ujumla ni nzuri. Baadhi ya kutofautiana hutokea kwa wingi wa nyota kubwa sana na ndogo sana (yaani, majitu ya bluu na vibete nyekundu). Walakini, uboreshaji zaidi wa nadharia ulifanya iwezekane kuondoa tofauti hizi ...

Hapo juu tuliwasilisha uhusiano kati ya mtiririko wa mionzi na tofauti ya joto, kwa kuzingatia dhana kwamba nishati huhamishwa kutoka kwa mambo ya ndani ya nyota kwenda nje tu na mionzi (tazama fomula (7.10)). Katika mambo ya ndani ya nyota, hali hiyo inatimizwa usawa wa kung'aa. Hii ina maana kwamba kila kipengele cha ujazo wa nyota huchukua nishati kama inavyotoa. Walakini, usawa huu sio kila wakati endelevu. Hebu tueleze hili ndani mfano rahisi. Hebu tuchague kipengele kidogo cha sauti ndani ya nyota na kiakili tukisonge juu (yaani, karibu na uso) umbali mfupi. Kwa kuwa, tunapoondoka katikati ya nyota, joto na shinikizo la gesi inayounda itapungua, kiasi chetu kinapaswa kupanua na harakati hiyo. Tunaweza kudhani kwamba katika mchakato wa harakati hiyo hakuna kubadilishana kwa nishati kati ya kiasi chetu na mazingira. Kwa maneno mengine, upanuzi wa sauti unaposonga juu unaweza kuzingatiwa adiabatic. Upanuzi huu utatokea kwa namna ambayo shinikizo lake la ndani litakuwa sawa na shinikizo la nje la mazingira. Ikiwa, baada ya kusonga, tunafikiria kiasi chetu cha gesi "kwa yenyewe," basi itarudi kwenye nafasi yake ya awali au itaendelea kusonga juu. Ni nini huamua mwelekeo wa harakati za kiasi?

Na P kuwakilisha wiani na shinikizo. Baada ya sauti kuhamia juu (au, kwa maneno mengine, "kuteswa na usumbufu"), na shinikizo lake la ndani linasawazishwa na shinikizo la mazingira, wiani wake lazima utofautiane na wiani wa mazingira maalum. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba katika mchakato wa kupanda na kupanua kiasi chetu, wiani wake ulibadilika kulingana na sheria maalum, inayoitwa "adiabatic". Katika kesi hii tutakuwa na

(7.15)

= c uk /c 3 - mtazamo uwezo maalum wa joto kwa shinikizo la mara kwa mara na kiasi cha mara kwa mara. Kwa gesi bora ambayo suala la nyota "kawaida" linajumuisha, c uk /c 3 = 5/ 3. Sasa hebu tuone kile tulichopata. Baada ya kiasi kuhamia juu, shinikizo la mazingira linalofanya juu yake bado ni sawa na la ndani, wakati huo huo nguvu ya uvutano, kaimu kwa ujazo wa kitengo, ikawa tofauti kwa sababu ilibadilika msongamano. Sasa ni wazi kwamba ikiwa wiani huu unageuka kuwa zaidi wiani wa mazingira, kiasi kitaanza enda chini mpaka ifikie nafasi yake ya awali. Ikiwa msongamano huu katika mchakato wa upanuzi wa adiabatic ukawa kidogo wiani wa mazingira, kiasi kitakuwa endelea harakati zako juu, "kuelea juu" chini ya ushawishi wa nguvu ya Archimedes. Katika kesi ya kwanza, hali ya mazingira itakuwa endelevu. Hii inamaanisha kuwa harakati yoyote ya nasibu ya gesi katikati itakuwa, kama ilivyokuwa, "imekandamizwa" na kipengele cha jambo kilichoanza kusonga kitarudi mara moja mahali pake. Katika kesi ya pili, hali ya mazingira itakuwa isiyo imara. Usumbufu mdogo (ambao mtu hawezi kamwe "kujihakikishia" mwenyewe) utaongezeka zaidi na zaidi. Harakati za nasibu za gesi "juu" na "chini" zitatokea katikati. Gesi nyingi zinazosonga zitabeba na maudhui yaliyomo. nishati ya joto. Jimbo litakuja convection. Convection mara nyingi huzingatiwa katika hali ya dunia (kumbuka, kwa mfano, jinsi maji yanavyochomwa kwenye kettle iliyowekwa kwenye jiko). Uhamisho wa nishati kwa njia ya kupitisha ni tofauti kimaelezo na uhamishaji wa nishati kwa mionzi iliyojadiliwa katika aya iliyotangulia. KATIKA kesi ya mwisho, kama tumeona, kiasi cha nishati kuhamishwa katika flux mionzi mdogo opacity ya mambo ya nyota. Kwa mfano, ikiwa opacity ni ya juu sana, basi kwa tofauti fulani ya joto kiasi cha nishati iliyohamishwa itakuwa ndogo kiholela. Hii sivyo ilivyo kwa uhamishaji wa nishati kwa njia ya kupitisha. Kutoka kwa asili ya utaratibu huu inafuata kwamba kiasi cha nishati kinachohamishwa na convection sio mdogo na mali yoyote ya kati.

Katika mambo ya ndani ya nyota, kama sheria, uhamishaji wa nishati hufanyika kupitia mionzi. Hii inaelezwa utulivu mazingira yanayohusiana na usumbufu wa "kutoweza kusonga" (tazama hapo juu). Lakini katika kina cha nyota kadhaa kuna tabaka kama hizo na hata nzima maeneo makubwa, ambapo hali ya utulivu iliyopatikana hapo juu haijaridhika. Katika kesi hizi, wingi wa nishati huhamishwa na convection. Hii kawaida hutokea wakati uhamisho wa nishati kwa mionzi ni mdogo kwa sababu fulani. Hii inaweza kutokea, kwa mfano, wakati opacity ni ya juu sana.

Hapo juu, uhusiano wa msingi wa wingi-mwangaza ulipatikana kutokana na dhana kwamba uhamisho wa nishati katika nyota hutokea tu kwa mionzi. Swali linatokea: ikiwa uhamisho wa nishati kwa convection pia hufanyika katika nyota, je, utegemezi huu hautavunjwa? Inageuka sio! Ukweli ni kwamba "nyota zinazobadilika kikamilifu," ambayo ni, nyota ambazo uhamishaji wa nishati kila mahali, kutoka katikati hadi uso, ungefanywa tu na upitishaji, haipo katika maumbile. Nyota halisi ama huwa na tabaka nyembamba zaidi au chache au sehemu kubwa katikati ambapo msongamano una jukumu kuu. Lakini inatosha kuwa na angalau safu moja ndani ya nyota, ambapo uhamishaji wa nishati unafanywa na mionzi, ili opacity yake ingeathiri sana "mapitio" ya nyota kuhusiana na nishati iliyotolewa kwa kina chake. Hata hivyo, uwepo wa mikoa ya convective katika mambo ya ndani ya nyota, bila shaka, itabadilisha thamani ya nambari ya coefficients katika formula (7.13). Hali hii, haswa, ni moja wapo ya sababu kwa nini mwangaza wa Jua unaohesabiwa na sisi kwa kutumia fomula hii ni karibu mara tano zaidi ya ile inayozingatiwa.

Kwa hiyo, kutokana na kutokuwa na utulivu maalum ulioelezwa hapo juu, harakati kubwa za gesi hutokea katika tabaka za convective za nyota. Gesi zenye joto zaidi huinuka kutoka chini kwenda juu, wakati zile baridi zaidi huanguka. Mchakato mkubwa wa kuchanganya dutu hutokea. Mahesabu yanaonyesha, hata hivyo, tofauti katika hali ya joto ya mambo ya kusonga ya gesi na mazingira ni kidogo kabisa, tu kuhusu 1 K - na hii ni kwa joto la dutu ya chini ya utaratibu wa kelvins milioni kumi! Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba convection yenyewe inaelekea kusawazisha joto la tabaka. Kasi ya wastani ya kuongezeka na kushuka kwa wingi wa gesi pia haina maana - tu kwa utaratibu wa makumi kadhaa ya mita kwa pili. Ni muhimu kulinganisha kasi hii na kasi ya mafuta ya atomi za hidrojeni zilizo na ionized katika mambo ya ndani ya nyota, ambazo ziko kwa utaratibu wa kilomita mia kadhaa kwa pili. Kwa kuwa kasi ya mwendo wa gesi zinazoshiriki katika upitishaji ni makumi ya maelfu ya mara chini ya kasi ya joto ya chembe za vitu vya nyota, shinikizo linalosababishwa na mtiririko wa convective ni karibu mara bilioni chini ya shinikizo la kawaida la gesi. Hii ina maana kwamba convection haiathiri kabisa usawa wa hydrostatic wa mambo ya ndani ya nyota, imedhamiriwa na usawa wa nguvu za shinikizo la gesi na mvuto.

Haupaswi kufikiria convection kama aina fulani ya mchakato ulioamuru, ambapo maeneo ya gesi inayoongezeka mara kwa mara hubadilishana na maeneo ya kuanguka kwake. Hali ya harakati ya convective sio "laminar", lakini "turbulent"; yaani, ni machafuko makubwa, yanayobadilika kwa nasibu katika wakati na nafasi. Hali ya machafuko ya harakati ya raia wa gesi inaongoza kwa kuchanganya kamili ya dutu. Hii ina maana kwamba kemikali ya eneo la nyota iliyofunikwa na harakati za convective lazima iwe homogeneous. Hali ya mwisho ni ya umuhimu mkubwa sana kwa matatizo mengi ya mageuzi ya nyota. Kwa mfano, ikiwa, kama matokeo ya athari za nyuklia katika sehemu ya moto zaidi (ya kati) ya eneo la convective, muundo wa kemikali umebadilika (kwa mfano, kuna hidrojeni kidogo, ambayo baadhi yake imegeuka kuwa heliamu), basi kwa muda mfupi. wakati mabadiliko haya yataenea katika eneo lote la convective. Kwa hivyo, moto wa nyuklia "safi" unaweza kuendelea kuingia "eneo la athari ya nyuklia" - eneo la kati la nyota - ambalo, kwa kweli, ni muhimu sana kwa mageuzi ya nyota [22]. Wakati huo huo, kunaweza kuwa na hali wakati hakuna convection katika maeneo ya kati, yenye joto zaidi ya nyota, ambayo inaongoza katika mchakato wa mageuzi kwa mabadiliko makubwa katika muundo wa kemikali wa mikoa hii. Hii itajadiliwa kwa undani zaidi katika § 12.

Kutoka kwa kitabu Theory of Relativity - hoax ya karne ya 20 mwandishi Sekerin Vladimir Ilyich

II Nyota zinang'aa... Kwa hivyo niliendelea kusonga mbele kwa hatua kubwa, kila moja kwa miaka elfu moja au zaidi, nikiwa nimechukuliwa na fumbo lile. siku za mwisho Dunia na kutazama, katika hali ya aina fulani ya hypnosis, jinsi katika sehemu ya magharibi ya anga Jua inakuwa kubwa na kupungua ... Hatimaye,

Kutoka kwa kitabu Kuvutia kuhusu cosmogony mwandishi Tomilin Anatoly Nikolaevich

III Stars inalipuka...Katika siku ya ishirini na mbili ya Mwezi wa saba wa mwaka wa kwanza wa kipindi cha Shi-Ho, Yang Weite alisema: “Ninasujudu: Niliona kuonekana kwa nyota mgeni katika kundinyota la Twain-Kuan. . Ilikuwa na rangi ya upinde wa mvua kidogo. Kulingana na maagizo ya mfalme, I