Правда ли что в составе солнца больше всего углерода
Углеродные звезды в два раза больше Солнца оказались основными поставщиками углерода
NASA, H. Richer (University of British Columbia)
Астрономы выяснили, что главными «поставщиками» углерода в Млечном пути — четвертого по распространенности во Вселенной элемента, соединения которого составляют основу земной жизни — были углеродные звезды, в полтора-два раза больше Солнца. К такому выводу ученые пришли, проанализировав пару десятков белых карликов, сообщается в статье в Nature Astronomy.
Жизнь на Земле построена на огромном многообразии соединений углерода, но откуда он берется в нашей галактике до сих пор не до конца ясно. Одни исследования говорят о том, что он образуется в звездном ветре крупных тел, которые заканчивают свое существование взрывом сверхновой, в то время как другие наблюдения указывают на то, что источником углерода могут быть небольшие звезды (в основном углеродные, в чьей атмосфере больше углерода, чем кислорода), которые потеряли свою внешнюю оболочку и превратились в белые карлики — горячие плотные остатки ядер звезд.
Чтобы выяснить, какие углеродные звезды были основными распространителями углерода в межзвездном пространстве, Паола Мариго (Paola Marigo) из Университета Падуи вместе с коллегами проанализировала 19 белых карликов из звездных скоплений старше полутора миллиардов лет. Белые карлики — это один из финальных этапов существования звезд: после того, как звезда превращается в красный гигант (с Солнцем это произойдет примерно через пять миллиардов лет), она раздувается, сбрасывает внешнюю оболочку, а ее внутреннее ядро, наоборот, сжимается, формируя белый карлик. Ученые провели анализ соотношения массы «прародителя» белого карлика и конечной массы получившегося объекта: он может дать информацию о том, сколько обогащенного металлами газа (в астрономии металлы — элементы тяжелее водорода и гелия) было выброшено в межзвездную среду.
Как правило, чем больше изначальная масса звезды, тем больше будет масса белого карлика. Тем не менее, белые карлики оказались намного тяжелее, чем предсказывали модели, учитывающие их первоначальные размеры. В частности, скачок наблюдался среди объектов, масса прародителей которых превосходила солнечную в 1,65–2 раза. По мнению авторов, эта аномалия может быть следом медленной эволюции углеродных звезд.
В классических углеродных звездах обилие одноименного элемента считается результатом горения гелия в ходе тройного альфа-процесса внутри звезды. Продукты синтеза перемещаются к поверхности звезды эпизодической конвекцией. Астрономы предполагают, что гелиевые вспышки, которые запускают горения гелия в тройном альфа-процессе, в случае «прародителей» неожиданно крупных белых карликов изначально плохо достигали глубоких слоев звезды. Как следствие, углерод переносился из недр во внешнюю оболочку очень медленно, и звездный ветер, причиной возникновения которого считается давление излучения в спектральных линиях тяжелых элементов, таких как углерод или азот, также оказался слабым. Это продлило жизнь углеродным звездам и дало их ядрам больше времени на рост.
Более активными «поставщиками» углерода в молодом Млечном пути могли быть звезды, которые в два раза превосходят по размерам Солнце (хотя менее крупные тела все равно играли важную роль). В них содержание углерода в оболочке должно было быть более высоким, а звездный ветер — сильнее. Также исследователи показали, что звезды с массами менее 1,5 солнечной не вносили вклад в распространение углерода в межзвездной среде.
Ранее мы рассказывали о том, что астрономы нашли самый близкий к Земле двойной белый карлик с чрезвычайно малой массой. Предполагается, что через несколько десятков миллиардов лет его компоненты сольются, что может привести к вспышке сверхновой.
Из чего состоит Солнце
С Земли, Солнце выглядит как гладкий огненный шар, и до открытия комическим кораблём Galileo пятен на Солнце, многие астрономы считали, что оно идеальной формы без дефектов. Теперь мы знаем, что Солнце состоит из нескольких слоёв, как и Земля, каждый из которых выполняет свою функцию. Эта структура Солнца, похожая на массивную печь, является поставщиком всей энергии на Земле, необходимой для земной жизни.
Из каких элементов состоит Солнце?
Протон-протонный цикл происходящий в недрах Солнца
Как появились все эти элементы Солнца? В результате Большого Взрыва появились водород и гелий. В начале становления Вселенной, первый элемент, водород, появился из элементарных частиц. Из-за большой температуры и давления условия во Вселенной были как в ядре звезды. Позже, водород синтезировался в гелий, пока во Вселенной была высокая температура, необходимая для протекания реакции синтеза. Существующие пропорции водорода и гелия, которые есть во Вселенной сейчас, сложились после Большого Взрыва и не изменялись.
Наше Солнце собрало в себя элементы, созданные Большим Взрывом, элементы от умирающих звезд и частицы появившихся в результате новых детонаций звезд.
Из каких слоев состоит Солнце
Графическое представление слоев Солнца
Солнечное ядро
Начнем наше движение по слоям от ядра к наружному слою состава Солнца. Во внутреннем слое Солнца – ядре, температура и давление очень высокие, способствующие для протекания ядерного синтеза. Солнце создает из водорода атомы гелия, в результате этой реакции образуется свет и тепло, которые доходят до Земли. Принято считать, что температура на Солнце около 13,600,000 градусов по Кельвину, а плотность ядра в 150 раз выше плотности воды.
Ученые и астрономы считают, что ядро Солнца достигает около 20% длины солнечного радиуса. И внутри ядра, высокая температура и давление способствуют разрыву атомов водорода на протоны, нейтроны и электроны. Солнце преобразовывает их в атомы гелия, не смотря на их свободно плавающее состояние.
Такая реакция называется экзотермической. При протекании этой реакции выделяется большое количество тепла, равное 389 х 10 31 дж. в секунду.
Радиационная зона Солнца
Эта зона берет свое начало у границы ядра (20% солнечного радиуса), и достигает длины до 70% радиуса Солнца. Внутри этой зоны находится солнечное вещество, которое по своему составу достаточно плотное и горячее, поэтому тепловое излучение проходит через него, не теряя тепло.
Внутри солнечного ядра протекает реакция ядерного синтеза – создание атомов гелия в результате слияния протонов. В результате этой реакции происходит большое количество гамма-излучения. В данном процессе испускаются фотоны энергии, затем поглощаются в радиационной зоне и испускаются различными частицами вновь.
Траекторию движения фотона принято называть «случайным блужданием». Вместо движения по прямой траектории к поверхности Солнца, фотон движется зигзагообразно. В итоге, каждому фотону необходимо примерно 200.000 лет для преодоления радиационной зоны Солнца. При переходе от одной частицы к другой частице происходит потеря энергии фотоном. Для Земли это хорошо, ведь мы бы могли получать лишь гамма-излучение, идущее от Солнца. Фотону, попавшему в космос необходимо 8 минут для путешествия к Земле.
Большое количество звезд имеют радиационные зоны, и их размеры напрямую зависит от масштаба звезды. Чем меньше звезда, тем меньше будут зоны, большую часть которой будет занимать конвективная зона. У самых маленьких звезд могут отсутствовать радиационные зоны, а конвективная зона будет достигать расстояние до ядра. У самых больших звезд ситуация противоположная, радиационная зона простирается до поверхности.
Конвективная зона
Конвективная зона находится снаружи радиационной зоны, где внутреннее тепло Солнца перетекает по столбам горячего газа.
Почти все звезды имеют такую зону. У нашего Солнца она простирается от 70% радиуса Солнца до поверхности (фотосферы). Газ в глубине звезды, у самого ядра, нагреваясь, поднимается на поверхность, как пузырьки воска в лампадке. При достижении поверхности звезды, происходит потеря тепла, при охлаждении газ обратно погружается к центру, за возобновлением тепловой энергии. Как пример, можно привезти, кастрюля с кипящей водой на огне.
Поверхность Солнца похожа на рыхлую почву. Эти неровности и есть столбы горячего газа, несущие тепло к поверхности Солнца. Их ширина достигает 1000 км, а время рассеивания достигает 8-20 минут.
Астрономы считают, что звезды маленькой массы, такие как красные карлики, имеющие только конвективную зону, которая простирается до ядра. У них отсутствует радиационная зона, что нельзя сказать о Солнце.
Фотосфера
Единственный видимый с Земли слой Солнца – фотосфера. Ниже этого слоя, Солнце становится непрозрачным, и астрономы используют другие методы для изучения внутренней части нашей звезды. Температуры поверхности достигает 6000 Кельвин, светится желто-белым цветом, видимым с Земли.
Атмосфера Солнца находится за фотосферой. Та часть Солнца, которая видна во время солнечного затмения, называется короной.
Строение Солнца в диаграмме
NASA специально разработало для образовательных потребностей схематическое изображение строения и состава Солнца с указанием температуры для каждого слоя:
