Статья: Откуда берется энергия Солнца?

Статья: 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.