Реферат по астрономии на тему:
Откуда берется энергия солнца?
ученика 11 Б класса
гимназии № 25
Почему Солнце светит и не остывает уже миллиарды лет? Какое «топливо»
даёт ему энергию? Ответы на эти вопросы учёные искали веками, и только в
начале ХХ в. было найдено правильное решение. Теперь известно, что Солнце,
как и другие звёзды, светит благодаря протекающим в его недрах термоядерным
реакциям. Что же это за реакции?
Если ядра атомов лёгких элементов сольются в ядро атома более тяжёлого
элемента, то масса нового ядра окажется меньше, чем суммарная масса тех
ядер, из которых оно образовалось. Остаток массы превращается в энергию,
которую уносят частицы, образовавшиеся в ходе реакции. Эта энергия почти
полностью переходит в тепло. Такая реакция синтеза атомных ядер может
происходить только при очень высоком давлении и температуре свыше 10 млн.
градусов. Поэтому она и называется термоядерной.
Основное вещество, составляющее Солнце – водород, на его долю приходится
около 71% всей массы светила. Почти 27% принадлежит гелию, а остальные 2% –
более тяжёлым элементам, таким, как углерод, азот, кислород и металлы.
Главным «топливом» на Солнце служит именно водород. Из четырёх атомов
водорода в результате цепочки превращений образуется один атом гелия. А из
каждого грамма водорода, участвующего в реакции, выделяется 6*1011 Дж
энергии! На Земле такого количества энергии хватило бы для того, чтобы
нагреть от температуры 0( С до кипения 1000 м3 воды!
Рассмотрим механизм термоядерной реакции превращения водорода в гелий,
которая, по-видимому, наиболее важна для большинства звёзд. Называется она
протон-протонной, так как начинается с тесного сближения двух ядер атома
водорода – протонов.
Протоны заряжены положительно, поэтому взаимно отталкиваются, причём, по
закону Кулона, сила эта обратно пропорциональна квадрату расстояния и при
тесных сближениях должна стремительно возрастать. Однако при очень высокой
температуре и давлении скорости теплового движения частиц столь велики, а
частицам так тесно, что наиболее быстрые из них всё же сближаются друг с
другом и оказываются в сфере влияния ядерных сил. В результате может
произойти цепочка превращений, которая завершится возникновением нового
ядра состоящего из двух протонов, – ядра гелия.
Далеко не каждое столкновение двух протонов приводит к ядерной реакции.
В течение миллиардов лет протон может постоянно сталкиваться с другими
протонами, так и не дождавшись ядерного превращения. Но если в момент
тесного сближения двух протонов произойдёт ещё и другое маловероятное для
ядра событие – распад протона на нейтрон, позитрон и нейтрино (такой
процесс называется бета-распадом), то протон с нейтроном объединяются в
устойчивое ядро атома тяжёлого водорода – дейтерия.
Ядро дейтерия (дейтрон) по своим свойствам похоже на ядро водорода,
только тяжелее. Но в отличие от последнего в недрах звезды ядро дейтерия
долго существовать не может. Уже через несколько секунд, столкнувшись ещё с
одним протоном, оно присоединяет его к себе, испускает мощный гамма-квант и
становится ядром изотопа гелия, у которого два протона связны не с двумя
нейтронами, как у обычного гелия, а с одним. Раз в несколько миллионов лет
такие ядра лёгкого гелия сближаются настолько тесно, что могут объединиться
в ядро обычного гелия, «отпустив на свободу» два протона.
Итак, в итоге последовательных ядерных превращений образуется ядро
обычного гелия. Порожденные в ходе реакции позитроны и гамма-кванты
передают энергию окружающему газу, а нейтрино совсем уходят из звезды,
потому что обладают удивительной способностью проникать через огромные
толщи вещества, не задев ни одного атома.
Реакция превращения водорода в гелий ответственна за то, что внутри
Солнца сейчас гораздо больше гелия, чем на его поверхности. Естественно,
возникает вопрос: что же будет с Солнцем, когда весь водород в его ядре
выгорит и превратится в гелий, и как скоро это произойдёт?
Оказывается, примерно через 5 млрд. лет содержание водорода в ядре
Солнца настолько уменьшится, что его «горение» начнётся в слое вокруг ядра.
Это приведёт к «раздуванию» солнечной атмосферы, увеличению размеров
Солнца, падению температуры на поверхности и повышению её в ядре.
Постепенно Солнце превратится в красный гигант – сравнительно холодную
звезду огромного размера с атмосферой, превосходящей границы орбиты Земли.
Жизнь Солнца на этом не закончится, и оно будет претерпевать ещё много
изменений, пока в конце концов не станет холодным и плотным газовым шаром,
внутри которого уже не происходит никаких термоядерных реакций.