Откуда берется энергия Солнца?

Откуда берется энергия Солнца?

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.