Quyoshning evolyutsiyasi

Source: http://faculty.wcas.northwestern.edu/~infocom/The%20Website/evolution.html

David Taylor

(Bosh ketma-ketlik aka) Hertzsprung-Russell diagrammasi
Aksariyat yulduzlar juda oddiy narsalar. Ular registri va haroratlarda turli keladi, lekin katta ko’pchiligi faqat ikki parametrlari bilan xarakterlanadi mumkin: ularning massasi va ularning yoshi. (Kimyoviy tarkibi, shuningdek, ayrim ta’siri bor, lekin biz bu erda muhokama qilinadi qanday umumiy rasm o’zgartirish uchun etarli emas. Barcha yulduzlar vodorod va bir-chorak geliy ular tug’iladilar haqida uch-to’rtdan bo’ladi.)

Massaga bog’liqlik shundan kelib chiqadi, chunki yulduz massasining aniq vazni o’zining markaziy bosimini aniqlaydi, bu o’z navbatida yadroviy yonish tezligini aniqlaydi (yuqori bosim = ko’proq to’qnashuv = ko’proq energiya) va natijada paydo bo’lgan sintez energiyasi yulduzning haroratini . Umuman olganda, yulduzning qanchalik katta bo’lsa, yorug’roq va issiq bo’lishi kerak. Bundan tashqari, yulduzning har qanday chuqurligidagi (shu chuqurlikdagi haroratga bog’liq bo’lgan) gaz bosimi uning ustida gazning og’irligini muvozanat bilan bajarishi kerak. Va nihoyat, albatta, yadroda ishlab chiqarilgan jami energiya yuzaga tarqalgan jami energiyaga teng bo’lishi kerak.

Bu so’nggi haqiqat yana bir qiyinchilik tug’diradi, chunki vakuumda to’xtatilgan bir sohaning energiya radiatsiyasi Stefan-Boltzmann tenglamasi deb nomlangan qonunga bo’yQuyoshadi:

L = C R2 T4   (Issiq sharning umumiy yorqinligi)

Bu erda L – yulduz yorqinligi, C esa – doimiy1, R yulduzlar radiusi va metrlarda T yulduzning sirt harorati K°.  Yulduz bilan yoritilgan energiya tezlik bilan T: qanchalik tez ko’tarilganiga e’tibor bering: haroratni ikki barobar oshirish uning energiya ishlab chiqarish hajmini 16 marta ko’payishiga olib keladi.

Barcha bu cheklanishlar javob beradigan yulduz bo’lishi uchun aytilgan Gidrostatik muvozanatdan. Gidrostatik muvozanat yulduz barqaror qilish istagi baxtli ta’sir ko’rsatadi. Yulduz yadrosidagi siqilgan bo’lishi kerak, siqish bosim kuchlari va yulduz kengaytirish qiladi yana issiqlik, hosil bo’lgan, ko’paytirish yadroviy gulxan sabab bo’ladi. Bu muvozanatdan qaytib ketadi. Yulduz yadrosidagi dekompressiya qilinishi kerak bo’lsa, xuddi shunday tarzda, keyin atom yonib yulduzi soviydi va pastga bosim olib, va shunday qilib, yulduz shartnomalar va yana muvozanat qaytadi, qaysi kamayadi. Hech normativ qo’mitasi, hech muhandislar ega bo’lgan atom reaktori uchun yomon emas, va qariyb besh milliard yil ichida xavfsizlik nazorat bo’lmagan – Quyosh energiyasi ishlab chiqarish, inson tarixida yana 0,2% dan 0,1% ehtimol ortiq bilan o’zgarganligi ma’lum emas.

Harorat, bosim, massa va yadroviy kuydiruvchi stavkasining tor aloqa berilgan massasi va yosh yulduz faqat qadriyatlar bir to’siq da gidrostatik muvozanatga erishish mumkin, degan ma’noni anglatadi. Ya’ni, Quyosh bir xil massa va yosh galaktikamizdagi har bir yulduz ham shu diametri, harorat va energiya chiqishi bor. Hamma narsa muvozanat uchun hech qanday boshqa yo’l yo’q. Bir deb nomlanuvchi juda qattiq yadroli astrofizika grafigi hosil bo’lsa Hertzsprung-Russell diagrammasi (qisqa H-R diagramma), yulduz massasi va uning boshqa xususiyatlari o’rtasidagi munosabatlar yanada aniq bo’ladi. An H-R diagramma ko’rsatilgan 1-shakl.

An H-R diagramma yulduzlar to’plami oladi va ularning yuzasi harorati nisbatan (Quyosh nisbatan) ularning yorqinligiga ketayotgandek. Yilda H-R diagramma ustida harorat ko’lamli unutmang 1-shakl, o’ng chap, orqaga ishlaydi, va yorqinlik o’qi juda siqiladi. (Tarixan, bu birinchi HR diagramma qurildi qanday edi, shuning uchun endi ularning hammasi bor.) Yulduzlar katta namuna uchun amalga, biz yulduzlar aksariyati qochgandek yagona, ajoyib tor guruhi birga tushib, deb topish top-chap quyi o’ng: ya’ni, xira va qizil dan yorqin va oppoq. Astronomlar bu guruhni qo’ng’iroq Anakol va shuning guruhi birga har qanday yulduz Asosiy-oqibat yulduz deyiladi.2

Bosh ketma-ketlikdagi aniq, chunki gidrostatik muvozanatga bukilmas tabiatning mavjud. juda past massasidan Yulduzlar H-R diagramma quyi o’ng yolg’on (kam 7,5% Quyosh kabi). Ular pastki o’ng yolg’on kerak. H-R diagramma bu qismi juda kam yorqinlik mos keladi – erigan metall zerikarli apelsin-sariq yonib teng va kam sirt harorati, – bir Quyosh deb mingdan o’n kabi kam. Bu yulduzlar ularning yadrolari, har qanday tezroq borib atom yonib qilish uchun zarur bosimini yaratish uchun etarli massa yo’q. Ular kerak, deb yuqori massali yulduzlar (yuqoriga 40 Quyosh massasidan yengil), yuqori chap yashaydilar. kichik massali yulduzlar zid, ularning ulkan parchalari va yuqori markaziy bosim Quyoshdan 160,000 marta yorqinroq bo’lishi mumkin gigantlari tug’diradi, va ular aniq nurni ko’ra, ular ultrabinafsha ko’proq energiya off berish, shunday qilib, issiq. Quyosh deyarli aniq yarim bu haddan o’rtasida yotadi, va shunday qilib, bu juda xira, na yulduzlar borish kabi juda yorqin ham emas. Bu bilan porlaydi yorqin sarg’ish-oq rang.

Massa va gidrostatik muvozanatning badiiy tabiati, yulduz massasini o’zgartirganingda, siz qila oladigan barcha narsalar boshqa barcha jismoniy xususiyatlariga nisbatan oldindan belgilangan bir yo’l bo’ylab o’tadi. Ushbu trek to’liq bosh ketma-ketlikdir. Ammo hozir aytganimdek, H-R diagrammasiga ikkinchi marta nazar tashlaydigan bo’lsak, asosiy ketma-ketlikdagi yulduzlarni hayratda qoldiradigan yulduzlar mavjud: ular o’ng va pastki chapda “orollar” ga to’plangan. Yuqori o’ngdagi yulduzlar juda yorqin, lekin shunga qaramay sovuq, qizg’ish rangli sirtlarga ega bo’lganligi sababli, astronomlar ularni qizil gigantlar deb atashadi. Xuddi shu tarzda, pastki chapdagi yulduzlar ham oq-qizil, ular oq mitti deyiladi. Biz allaqachon nazariy jihatdan oq mitti uchrashdik. Keling, aslida qaerdan kelganini ko’rib chiqaylik.

Qizil gigantlari va oq mitti
Qizil gigantlar va oq mittilar yulduzlar, odamlar kabi, yoshi bilan o’zgartirish va oxir-oqibat o’limga haqida, chunki kelgan. Odamlar uchun, qarish sabab biologik vazifalari yomonlashishi hisoblanadi. Bu yadroviy yonilg’i chopish boshlaydi kabi yulduz, sababi muqarrar energiya inqirozi hisoblanadi.

4,5 milliard yil oldin o’z tug’ilgan buyon, Quyosh yorqinligi juda mayin taxminan 30% ga oshdi.3   Bu milliard yil bilan ketmoq kabi, Quyosh, uning yadrosidagi vodorod yonib bo’lgan, chunki haqida keladi muqarrar evolyutsiya emas. Ortda qoldirgan geliy “kul” vodorod zichroq bo’lgan, shuning uchun Quyoshning yadrosidagi vodorod/geliy aralashmasi juda sekin shunday bosim ko’tarib, zichroq bo’lib kelmoqda. Bu biroz issiq ishlatish uchun yadroviy reaktsiyalar sabab bo’ladi. Quyosh yorug bo ladi.

Bu yorug’lik jarayoni, avvalo, yulduz markazida yonib turishi uchun hali ko’p vodorod qoladigan bo’lsa, juda sekin harakatlanadi. Ammo oxir-oqibat, yadro yoqilg’ining juda qattiq tükenmesi bo’lib, energiya ishlab chiqarish, ortib borayotgan zichlikka qat’iy nazar, pasayishiga boshlaydi. Bu sodir bo’lganda, yadroning zichligi yanada oshib boradi, chunki issiqlik manbai bo’lmasa, tortishishlarga qarshilik ko’rsatishga yordam berish uchun yadro javob berishi mumkin bo’lgan yagona usul ichki bosimning og’irligi butun yulduz. Bizningcha, bu markaziy yonilg’i tankining bu bo’shatilishi yulduzni porloq, dim bo’lmagan holatda qiladi, chunki yadro sirtida kuchli bosim vodorodning u erda tezroq yonishiga olib keladi. Bu yoqilg’i sarflangan markazdan bo’shatishni talab qiladi. Yulduz yorug’ligi nafaqat davom etmoqda, balki u tezlashadi.

Quyosh vodorodning markazida yadroda vodorod yonib turgan vodorodning shiddatli issiq, o’ta qalinroq atrofida o’ralgan holda, olovga to’lib-toshgan holatiga o’tishi uchun juda uzoq vaqt davomida o’zgarib turadi. inert, geliy yadrosi. U yadro yoqilg’isidan qobiq yondirilishiga o’tishni boshlagach, u o’zining kuyikkan yillariga kiradi. Gelium yadrosi o’sib borgan sari, yuqoridagi vodorod yonadigan qobiq ham shunga o’xshab quyoshni yanada yorqinroq qiladi, hatto u geliyning yadroga biriktirilishini tezlashtiradi. Ortgan yadro Quyoshning vodorodini yana tezroq yoqib yuboradi, bu esa o’z navbatida yadroni yanada tezroq kengaytiradi. . .

Muxtasar qilib aytganda, oxir-oqibat, har bir yulduz markazida joylashgan yadro pechi juda qizib ketadi. Bunga raqamlarni kiritish uchun, 4,5 milliard yil oldin Quyosh shakllangach, bugungi kunga qaraganda taxminan 30% qisqardi. Kelgusi 4,8 milliard yil oxirida Quyosh hozirgi kunga qaraganda 67 foizga porloqroq bo’ladi. Shundan keyin 1,6 milliard yil davomida Quyoshning yorqinligi o’limga olib keladi 2.2 Lo.  (Lo = mavjud Quyosh.)  O’sha paytda Yer Erni toshga aylantirish uchun qovurilgan bo’ladi, uning okeanlari va butun hayoti hozirgi kunga nisbatan taxminan 60% ko’proq bo’ladi.4  Erdagi sirt harorati 600 F° dan oshadi. Biroq, Quyoshning ushbu versiyasi hali ham barqaror va kelajakka nisbatan oltin hisoblanadi.

Yiliga 7,1 milliard yil atrofida Quyosh shu qadar jadal rivojlana boshlaydi, u asosiy ketma-ket yulduz bo’lishni to’xtatadi. H-R diagrammidagi joylashuvi hozirgi kundagi markazdan, qizil gigantlar yashaydigan yuqori o’ng tomonga o’tadi. Buning sababi shundaki, Quyoshning geliy yadrosi oxir-oqibat odatiy gazlar bosimi u erda (hatto o’n millionlab gradusgacha qizdirilgan gazlarni) maydalashning og’irligini ushlab tura olmaydigan tanqidiy nuqtaga yetib boradi. Quyoshning markazida elektronning degenerat moddasining kichik bir urug’i o’sib chiqadi. Ushbu o’tishning tafsilotlari munozara qilinadigan bo’lsa-da, nazariy hisob-kitoblar, Quyoshning inert geliy yadrosi quyosh massasining taxminan 13% yoki 140 Jupiterga yetganida boshlanadi.

Shu nuqtada, uning hayotida Quyosh noto’g’ri bo’ladi. Sekin-asta o’ttiz bir milliard yil davomida yanada porloqlashib borayotgan mexanizm, yadroni yanada kengaytirish uchun ko’proq yadroviyni keltirib chiqaradigan, yadro yoqilg’isini kuchaytiradigan qo’shimcha yadro bosimi hozirgi kunda tobora ortib borayotgan elektron dejenerasiyasi bilan fojiali darajada tezlashmoqda. Quyosh nurining yorqinligi shunchalik muhim ahamiyatga ega bo’lganidan 500 million yil o’tgach 34 Lo, Yer yuzasida eritilgan alyuminiy va misning yorqin ko’llarini yaratish uchun etarlicha olovli. Faqatgina 45 million yil davom etadi 105 Lo, va 40 million yil o’tgach, bu ajoyib ishqibozlarga aylanadi 2,300 Lo.

Bu vaqtga kelib, quyosh ulkan energiya ishlab chiqarish kamida bir katta, lekin juda siyrak atmosfera Merkuriy orbitasi hajmi ichiga şişirmek uchun o’zining tashqi qatlamlaridan sabab bo’ladi, va Venera orbitasi bo’lib, ehtimol, deb katta. (Suv muloyimlik qaynab yirtqichlardan deb nisbatan tez qaynoq suv bir yirtqichlardan muomala qanday qattiq o’ylab ko’ring. Bu Quyoshning atmosfera uning asosiy issiqroq bo’ladi tashqi sifatida “qaynab” nima uchun o’xshash bo’ladi.)5  Quyosh atmosferasining katta hajmi va Quyosh ulkan issiqlik chiqish degani: butunlay buharlaşmış bo’lsa, # 1) Yer, bu nuqtada tomonidan qotib temir yadro lekin hech yondirilgan bo’ladi – hisoblar borish mumkin, deb ko’rsatadi ham yo’l – va # 2) quyosh atmosfera Quyoshning ulkan energiya ishlab chiqarish qaramay nisbatan salqin bo’ladi. Shunday qilib, Quyosh rangi qizil va juda nuroniy, ham bo’ladi. Bu qizil gigantlari qo’shildi bo’ladi. (Qarang: 2-shakl).

H-R diagrammidagi qizil gigantlardagi yulduzlar soni faqatgina asosiy ketma-ketlikdagi foizning faqat bir qismini tashkil etadi, chunki hech qanday yulduz uzoq vaqt davomida bir devi qolishi mumkin emas. Quyosh qizil gigant sifatida maksimal yorqinlikka erishganida, har bir olti million yil ichida yadro yoqilg’isini asosiy ketma-ketlikda o’n bir milliard yil davomida amalga oshirganiga qaraganda yoqib yuboradi. Bu barqaror emas. Bundan tashqari, hech bo’lmaganda eng muhimi, qizil gigant yulduzlar hozirgi kunda Quyoshdek bir xil ma’noda hech qachon barqaror emas. Ular doimo o’sib boradi va yoqilg’isini tezroq yonib turadi, shuning uchun ularni hech narsa to’xtatmaydi. Qizil gigant uchun uzoq muddatli muvozanat yo’q.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – Juda yaxshi, agar bilish kerak bo’lsa, doimo tengdir 5.67 x 10-8 W m-2 K-4.

  Bu tenglama muhim ahamiyatga ega, chunki u yulduzning sirt temperaturasidagi kichik o’zgarishlarni energiya chiqindilarining katta o’zgarishiga olib kelishi mumkinligini ko’rsatadi. Quyoshning harorati faqat yuqoridan ko’tarilgan bo’lsa 5780 K° uchun 5900 K°, uning yorqinligi deyarli oshib ketadi 9%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 – Astronomlar odatdagidek asosiy ketma-ket yulduzlarni harflar bilan tasniflashadi:
O – 30,000 uchun 40,000 K°
B – 10,800 uchun 30,000 K°
A – 7240 uchun 10,800 K°
F – 6000 uchun 7240 K°
G – 5150 uchun 6000 K°
K – 3920 uchun 5150 K°
M – 2700 uchun 3920 K°

Har bir sinfda 0 dan 9 gacha bo’lgan sonlar subklasslar beradi, nol esa eng yuqori sinf (yuqori harorat). Quyosh G2 yulduzi deb tasniflanadi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 – geologiya ulkan masalalardan biri Yerning umumiy harorat yana-yoki-kam doimiy qolgan yorqinroq, hatto quyosh barqaror bo’lib bo’lishi mumkin qanday. Biz aniq bilmayman, lekin ikki so’z yoki undan kam, javob:  issiqxona effekti. Yer atmosferasi aniq iliq saqlab qaysi, to’rt milliard yil oldin ancha yuqori issiqxona gaz mazmunini edi. (Aslida, juda iliq. O’rtacha global harorat 140 F° kabi yuqori bo’lishi mumkin.) Turli xil murakkab bio-geologik fikringiz qovuzloqlari barqaror bo’lishi kamayadi issiqxona effekti aniq, chunki Quyosh yorqinroq bormoqda.

 

 

 

 

 

 

 

4 – Afsuski, izoh 3-bandda eslatib o’tilgan orqaga qarama-halqalar Yerni abadiy himoya qila olmaydi. Issiqxona effekti nolga tushib qolganidan keyin, Yer o’zini o’zi sovutish uchun ko’proq narsa qilolmaydi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 – Lekin u juda yaxshi o’xshashlik emas. Bosing, bu erda to’liq hikoya o’qib, yoki belgisini bosing.