 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
170
Звезда как саморегулирующаяся система. Источниками энергии у большинства звезд являются
водородные термоядерные реакции в центральной зоне. Водород — главная составная часть
космического вещества и важнейший вид ядерного горючего в звездах. Запасы его в звездах настолько
велики, что ядерные реакции могут протекать в течение миллиардов лет. При этом, до тех пор пока в
центральной зоне весь водород не выгорит, свойства звезды изменяются мало.
В недрах звезд, при температурах более 10 млн К и огромных плотностях, газ обладает давлением в
миллиарды атмосфер. В этих условиях звезда может находиться в стационарном состоянии лишь
благодаря тому, что в каждом ее слое внутреннее давление газа уравновешивается действием сил
тяготения. Такое состояние называется гидростатическим равновесием. Следовательно, стационарная
звезда представляет собой плазменный шар, находящийся в состоянии гидростатического
равновесия. Если внутри звезды температура по какой-либо причине повысится, то звезда должна
раздуться, так как возрастает давление в ее недрах.
Стационарное состояние звезды характеризуется еще и тепловым равновесием. Тепловое
равновесие означает, что процессы выделения энергии в недрах звезд, процессы теплоотвода энергии
из недр к поверхности и процессы излучения энергии с поверхности должны быть сбалансированы.
Если теплоотвод превысит тепловыделение, то звезда начнет сжиматься и разогреваться. Это приведет
к ускорению ядерных реакций, и тепловой баланс будет вновь восстановлен. Звезда представляет
собой тонко сбалансированный «организм», она оказывается саморегулирующейся системой. Причем
чем звезда больше, тем быстрее она исчерпывает свой запас энергии.
После выгорания водорода в центральной зоне у звезды образуется гелиевое ядро. Водородные
термоядерные реакции продолжают протекать, но только в тонком слое вблизи поверхности этого
ядра. Ядерные реакции перемещаются на периферию звезды. Выгоревшее ядро начинает сжиматься, а
внешняя оболочка — расширяться. Звезда принимает гетерогенную структуру. Оболочка разбухает до
колоссальных размеров, внешняя температура становится низкой, и звезда переходит в стадию
красного гиганта. С этого момента жизнь звезды начинает клониться к закату.
Полагают, что звезда типа нашего Солнца может увеличиться настолько, что заполнит орбиту
Меркурия. Правда, наше Солнце станет красным гигантом примерно через 8 млрд лет. Так что особых
оснований для беспокойства у жителей Земли нет. Ведь сама Земля образовалась всего лишь 5 млрд
лет назад.
От красного гиганта до белого и черного карликов. Для красного гиганта характерна низкая
внешняя температура, но очень высокая внутренняя. С ее повышением в термоядерные реакции
включаются все более тяжелые ядра. На этом этапе (при температуре свыше 150 млн К) в ходе
ядерных реакций осуществляется синтез химических элементов. В результате роста давления,
пульсаций и других процессов красный гигант непрерывно теряет вещество, которое выбрасывается в
межзвездное пространство. Когда внутренние термоядерные источники энергии полностью
истощаются, дальнейшая судьба звезды зависит от ее массы.
При массе менее 1,4 массы Солнца звезда переходит в стационарное состояние с очень большой
плотностью (сотни тонн на 1 см3). Такие звезды называются белыми карликами. Здесь электроны
образуют вырожденный газ (вследствие сильного сжатия атомы оказываются настолько плотно
упакованными, что электронные оболочки начинают проникать одна в другую), давление которого
уравновешивает силы тяготения. Тепловые запасы звезды постепенно истощаются, и звезда медленно
охлаждается, что сопровождается выбросами оболочки звезды. Молодые белые карлики, окруженные
остатками оболочки, наблюдаются как планетарные туманности. Белый карлик как бы вызревает
внутри красного гиганта и появляется на свет, когда красный гигант сбрасывает свои поверхностные
слои, образовывая планетарную туманность.
Когда энергия звезды иссякнет, звезда изменяет свой цвет от белого к желтому, затем к красному;
наконец, она перестанет излучать и начнет непрерывное путешествие в необозримом космическом
пространстве в виде маленького темного безжизненного объекта. Так белый карлик медленно
превращается в черный карлик — мертвую холодную звезду, размер которой обычно меньше размеров
Земли, а масса сравнима с солнечной. Плотность такой звезды — в миллиарды раз выше плотности
воды. Так заканчивают свое существование большинство звезд.
Сверхновые звезды. При массе более 1,4 массы Солнца стационарное состояние звезды без
внутренних источников энергии становится невозможным, так как давление не может уравновесить
силу тяготения. Теоретически конечным результатом эволюции таких звезд должен быть
гравитационный коллапс — неограниченное падение вещества к центру. В случае, когда