Слайд 2
Состав звезд
Большинство звезд состоит в основном из
водорода (60…90%) и гелия (10…40%) и тяжелых элементов (0.1…3%).
Такие звезды называются звездами населения 1.
Тяжелые элементы образуются при вспышках т.н. новых звезд или при взрывах сверхновых.
Наше Солнце с 74% водорода, 24% гелия и 2% тяжелых элементов - звезда населения 1.
Звезды населения 2 образуются в основном из первичного водорода и гелия и содержат очень мало тяжелых элементов.
Слайд 3
Термоядерные реакции
Процесс конденсации межзвездной пыли сопровождается освобождением
энергии частиц и соответствующим увеличением температуры. При температурах 107
К и плотности 100 г/см3 начинаются термоядерные реакции.
Протон-протонная цепочка (выделяется 27 МэВ).
p + p d + e+ +
d + p 23He +
23He + 23He 24He + p + p
Является основным источником энергии Солнца (ежесекундно выделяется 4 1026 Вт).
Слайд 4
Термоядерные реакции
Если в звезде имеется некоторое количество
углерода, то может осуществляться еще одна цепочка реакций, в
результате чего также происходит превращение четырех ядер водорода в гелий, а углерод служит катализатором - углеродно-азотным циклом. Такие звезды более массивные и яркие - Сириус, одна из самых ярких звезд Северного полушария.
Термоядерные реакции, протекающие внутри звезд, сопровождаются испусканием -квантов (ЭМ излучение), которые оказывают радиационное давление. Когда давление, обусловленное гравитацией, уравновешивается радиационным давление, сжатие звезды прекращается.
Слайд 5
Характеристики звезд
Собственная светимость и цвет.
Звезду можно изобразить
точкой, которая движется
по мере жизни и угасания
звезды.
Более массивные
оказываются более горя-
чими и яркими, а менее
массивные – холодными и
тусклыми. Для стабильных
звезд диаграмма
светимость-цвет образует
т.н. главную последовательность.
Слайд 6
Эволюция звезд
По мере уменьшения количества водорода внутри
звезды она сжимается. Это приводит к увеличению температуры и
началу выгорания гелия.
При превращении гелия в углерод выделяется большое количество энергии, что приводит к увеличению радиационного давления. Внешние слои звезды расширяются.
Температура падает, излучаемый свет становится более красным, и звезда смещается вправо от главной последовательности. Этот процесс расширения идет до тех пор, пока диаметр заезды не увеличится в 200-300 раз, и звезда становится красным гигантом.
Слайд 7
Эволюция звезд
Эволюция нашего Солнца к стадии красного гиганта
приведет к тому, что оно сначала сожжет Землю из-за
огромного количества выделившейся энергии, а затем в результате расширения поглотит ее останки. По расчетам астрономов до этого момента пройдет около 5 млрд лет.
Время пребывания обычной звезды в стадии красного гиганта составляет около 107 лет. Достигнув на этой стадии максимальных размеров, звезда быстро смещается влево на диаграмме светимость-цвет. В этот период у большинства звезд нарушается равновесие, и они начинают пульсировать, изменяя свою светимость. Далее эволюция идет в зависимости от массы звезды.
Слайд 8
Эволюция звезд
Если масса меньше 1.4
сол-нечной массы, то израс-ходовав ядерное топливо, звезда охлаждается и
в конце концов угасает. При этом она проходит через стадию неус-тойчивости, во время которой происходит периодическое возрастание светимости. Резкое возрастание свети-мости фиксируется как рождение новой звезды. Далее стадия «новой» звезды переходит в стадию белого карлика, затем, после дальнейшего охлаждения – в стадию красного карлика, и наконец – в черного карлика.
Слайд 9
Эволюция звезд
Размер Солнца в сравнении с размерами красного
и белого карликов
Размер Солнца в сравнении с размерами красного
и белого гигантов
Слайд 10
Эволюция звезд
Эволюция звезды, масса которой больше 1.4
массы Солнца, кончается эффектным взрывом, и это считается рождением
сверхновой звезды.
После взрыва сверхновой возникают высокие давления и температуры, создаются условия для образования нейтронов.
Поскольку для нейтроном электростатическое отталкивание отсутствует, под действием тяготения нейтронное вещество коллапсирует, образуя маленький сверхплотный шар. Плотность в нем столь велика, что распад нейтрона оказывается запрещенным. Такие звездные тела называются нейтронными звездами.
Слайд 11
Рождение сверхновой
Сверхновая 1987A в Большом Магеллановом Облаке расположена
там, где на старых фотографиях была лишь звёздочка
12-ой
величины.
Слайд 12
Эволюция звезд
В 1968 г. были обнаружены объекты,
являющиеся источником переменного радиоизлучения с частотой пульсации около 1
Гц. Они получили название пульсаров. Голд предложил модель, согласно которой пульсар – это вращающаяся нейтронная звезда. Время жизни пульсара 108 лет.
В начале 60-х годов были обнаружены радиоисточники, связанные с объектами голубого цвета, напоминающими звезды. Их назвали квазизвездами, или квазарами. Происхождение и строение квазаров в настоящее время неясно. Установлено, что для них характерно сильное красное смещение, следовательно можно предположить, что квазары – наиболее удаленные и быстро движущиеся объекты во вселенной.
Слайд 13
Эволюция звезд
До 90% вещества Вселенной - «скрытая» масса.
Американский физик Уиллер в 1969 г. предложил термин черная
дыра для космического объекта со скрытой массой.
ЧД возникает в результате сжатия космического объекта, если его масса превышает массу Солнца в три раза. Звезда превращается в ЧД с радиусом примерно 3 км.
Никакое природный объект не может выйти за предела ЧД. У нее такое большое гравитационное поле, что даже ЭМ излучение не может ее покинуть.
Слайд 14
Эволюция звезд
Видимая звезда обращается вокруг своего невидимого партнера.
Некоторые из таких систем, например Лебедь Х-1, являются еще
и мощными источниками рентгеновского излучения.
С поверхности видимой звезды "сдувается" вещество, которое падает на вторую, невидимую звезду, вращаясь по спирали и, сильно разогреваясь, испускает рентгеновское излучение.
Слайд 15
Эволюция звезд
Существование ЧД можно описать в рамках
ОТО, позволяющей для любого объекта, имеющего массу, рассчитать т.н.
гравитационный радиус, или радиус сферы Шварцшильда.
ЧД искривляет пространство и тормозит время. На расстоянии гравитационного радиуса время полностью останавливается с точки зрения удаленного наблюдателя.
В 1975 г. С.Хокинг показал, что гравитационное поле вблизи поверхности ЧД рождает из вакуума пары частиц, одна из которых захватывается ЧД, а другая улетает в окружающее пространство, т.е. ЧД постепенно рассеивается в космическом пространстве - круговорот материи во Вселенной.
Слайд 16
Эволюция Солнечной системы
Солнечная система включает в себя:
центральное
тело (Солнце),
группу ближайших к нему планет (Меркурий, Венера,
Земля, Марс),
астероидный пояс из десятков тысяч более удаленных мелких планет (астероидов),
группу внешних планет (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун),
Плутон, который недавно был признан не планетой, а астероидом,
около 90 спутников планет, неопределенного числа комет и межзвездную среду в виде плазмы, космической пыли, ЭМ излучения и потоков элементарных частиц.
Слайд 18
Эволюция Солнечной системы
Наше Солнце- типичная звезда-карлик (d=1391 тыс
км, М=1.989 1030 кг) спектрального класса G-2 (Т=5800 К,
L=3.88 1026 Вт)– светящийся газовый шар, не имеющий четкой границы, плотность его убывает постепенно, но благодаря фотосфере создается иллюзия, что Солнце имеет поверхность.
Источник солнечной энергии – термоядерные реакции. Энергия из недр переносится излучением, а в тонком внешнем слое – конвекцией.
С конвективным движением связано существование т.н. солнечных пятен. Регулярные наблюдения за пятнами на Солнце ведутся с 1610 г. – изобретения телескопа.
Слайд 19
Эволюция Солнечной системы
Известны 11-летние циклы солнечной активности. Периоды
высокой и низкой солнечной активности совпадают с изменением земного
климата. За весь охваченный исследованиями период Солнце никогда не было таким активным, как за последние 60 лет.
Большая часть светового потока Солнца испускается фотосферой в виде ЭМ излучения видимого и инфракрасного диапазона. Над фотосферой расположена корона Солнца – самая нестабильная оболочка Солнца. Горячая плазма, истекающая из короны, формирует солнечный ветер – поток ионов (90% - протоны, 4% - альфа-частицы) и электронов. Скорость солнечного ветра 800-900 км/с. Солнечный ветер и магнитное поле заполняют собой всю солнечную систему. Земля и другие планеты находятся фактически в короне Солнца.
Слайд 22
Эволюция Солнечной системы
Суммарная масса планет составляет примерно 1/743
массы Солнца.
Орбиты планет лежат примерно в одной плоскости.
Все планеты кроме Венеры вращаются с запада на восток, Венера вращается в противоположном направлении.
Планеты заметно отличаются по составу: гигантские внешние планеты содержат больше водорода, гелия, воды, метана, внутренние – больше тяжелых элементов. Как правило, по мере удаления от Солнца содержание компонент убывает по ряду: Fe, Ni O, Si, Mg H2O, CH4.
Состав метеоритов отражает состав остальных тел Солнечной системы. В метеоритах обнаружено около 100 различных минералов, 80 из них встречается на Земле. Преобладают каменные метеориты.
Слайд 23
Эволюция Солнечной системы
Наличие в составе тел Солнечной системы,
помимо водорода и гелия, тяжелых элементов свидетельствует о том,
что протопланетная среда возникла в результате взрыва сверхновой.
Первичная туманность участвует в общем вращении с Галактикой. При определенных условиях вращения, фрагменты первичной туманности могут сжиматься до образования одиночных устойчивых звезд типа Солнца.
В процессе эволюции каждой такой звезды вокруг нее формируется газопылевой диск. За примерно 106 лет центр диска превращается в относительно медленно вращающееся Солнце с массой 2 1030 кг, а быстро вращающаяся внешняя часть диска позднее превращается в систему планет, их спутников и астероидов с общей массой 0.1 массы Солнца.
Близость состава тел солнечной системы, движение этих тел по схожим орбитам указывает на общность формирования всей Солнечной системы.
Слайд 24
Эволюция Солнечной системы
Астероиды и кометы представляют собой
остатки роя допланетных тел. Крупнейшие астероиды (> 100 км)
образовались еще до образования планет, а мелкие и средние образовались при столкновении и разрушении крупных. Происхождение комет связано с влиянием ближайших звезд на наиболее удаленные малые тела планетной системы, что еще больше смещало эти тела и вытягивало их орбиты.
Система спутников планет образовалась примерно по той же схеме, что и планетная система в целом. Исключение составляют спутники, вращающиеся в противоположном направлении. Таких спутников крайне мало, они есть только у Юпитера, Сатурна и Нептуна. Их происхождение связано с захватом планетами пролетавших рядом малых небесных тел.
Земля каждые сутки захватывает примерно 260 000 т метеоритного вещества.
Слайд 25
Эволюция Земли
(М=6 1024 кг, R=6.37 тыс км)
Модель земных недр:
Твердая земная кора толщиной 30-60 км на
континентах и 3-17 км в океанах;
Мантия, достигающая глубины 3000 км;
Ядро земли, внешняя часть которого жидкая (до глубины 5000 км), а внутренняя часть радиусом 1500 км – предположительно твердая.
Слайд 26
Эволюция Земли
В эволюции формы Земли основную роль играла
сферическая симметрия гравитационного поля. Из-за вращения и других причин
Земля не является точной сферой, а ближе к эллипсоиду вращения.
В ранний период образования протопланеты сперва конденсировались тяжелые частицы, образуя ядро, а затем на него оседали более легкие конденсаты в виде силикатов, постепенно образуя мантию планеты.
Жидкая фаза в недрах Земли присутствует до сих пор, что подтверждается выбросами лавы при извержении вулканов.
Слайд 27
Эволюция Земли
Земная кора вместе с подстилающим ее
слоем мантии образует литосферу. Литосфера «плавает» на верхнем слое
мантии, называемом астеносферой.
Подстилающие земную кору слои пластичны и подвижны. В этих слоях имеют место горизонтальных и вертикальные перемещения вещества мантии, приводящие к разломам в земной коре, ее делению на фрагменты, к их взаимному перемещению и погружению в мантию. Такие фрагменты называются литосферными плитами. По линиям разломов имеет место вулканическая активность.
Слайд 28
Эволюция Земли
На всех этапах эволюции Земли происходила дегазация
твердого и жидкого материала, в результате чего возникла первичная
атмосфера. Из нее конденсировалась вода – возникла гидросфера.
Атмосферу можно разделить на несколько слое:
Тропосфера (высота 8-17 км) обеспечивает круговорот воды в природе;
Стратосфера (до 55 км) содержит повышенную концентрацию озона, защищающего все живое от действия ультрафиолетовых лучей;
Ионосфера (выше 55 км) защищает от космического излучения и отражает радиоволны, обеспечивая глобальную радиосвязь.
Слайд 29
Эволюция Земли
Первичная атмосфера была обогащена углекислым газом. Глобальное
изменение атмосферы наступило около 2 млрд лет назад и
связано с фотосинтезирующей деятельностью растений. В результате атмосфера обогатилась кислородом и стабилизировалась по составу, что в сочетании с прочими благоприятными условиями обеспечило возможность возникновения и развития разнообразных форм жизни на Земле.
Для жизни наиболее важна та часть Земли, в которой обитают живые существа, т.е. биосфера. Она включает в себя все живое, гидросферу, те области литосферы и атмосферы, в которых обнаруживается жизнь.
Слайд 30
Эволюция Земли
Источником нагрева Земли являлись:
солнечное излучение,
гравитационное
сжатие,
распад радиоактивных изотопов,
удары захватываемых Землей космических тел.
Последние источники были особенно важны на ранних
стадиях формирования Земли. Наиболее мощным и
распределенным по всему объему планеты было
выделение энергии радиоактивного распада
короткоживущих радиоактивных изотопов, почти
исчезнувших к настоящему времени.
Солнечное излучение нагревает только тонкий поверхностный слой планеты.
Слайд 31
Солнечно-земные связи
После вспышки на Солнце:
через 8 минут –
ЭМ излучение;
начиная с 10.5 минут – солнечные космические
лучи;
через 1-2 суток ударная волна магнитного поля – магнитная буря.
Последствия:
Ионизация верхних слоев атмосферы, разрушение озонового слоя, ухудшение радиосвязи, радиационная опасность.
А.Л.Чижевский в 1915 г. обратил внимание на циклическую связь между некоторыми эпидемиями и образованием солнечных пятен.
Влияние на процессы в биосфере Земли (динамика популяции животных, эпидемии, эпизоотии, количество сердечно-сосудистых кризов и т.д.)