понедельник, 15 февраля 2016 г.

ч.5_ ст. 7. Концепция теории образования и эволюции звезд.


ч.5_ст.7. Концепция теории образования и эволюции звезд.

Белые карлики. Планетарные туманности. Сверхновые звезды.
Окончание п.4 ("Эволюция звезд"); п.5; п.6.

***

Аннотация

            Рассмотрена эволюция звезд в зависимости от их массы, от исходного газового облака до образования сверхновых звезд и черных карликов.

***

Содержание

  1. Введение ……………………………………………………………….     1
  2. Этапы эволюции звездного вещества ……………………………….      3
    1. Стартовый этап ……………………………………………………..    3
    2. Гравитационный этап ………………………………………………  18
    3. Термодинамический этап ………………………………………….   26
    4. Теория звездных ядер ……………………………………………..    28
    5. Термоядерный этап ……………………………………………….     43
    6. Структура звезд главной последовательности диаграммы Г-Р ..     52
  3. Магнитные поля звезд …………………………………………………    63
  4. Эволюция звезд ……………………………………………………….      68
  5. Воздействие звездной радиации на космические объекты …………..    83
  6. Методика определения параметров звезд …………………………….    84


Окончание п.4
      Термоядерный этап. Переход к этому этапу сопровождается ростом температуры вещества звездного ядра, которая достигает 14 млн. градусов. В ядрах запускаются процессы нуклесинтеза ядер химических элементов.

      При попадании на главную последовательность в звездах действует одновременно два источника энергии:

- гравитационное сжатие звездного вещества,

- термоядерные реакции.

     Но решающим источником энергии на этом этапе являются термоядерные реакции. Это переводит звезды в квазистационарное состояние, т.е. когда тепловая энергия, вырабатываемая в звездных ядрах становиться практически равной той энергии, которую звезды излучают со своей внешней поверхности в окружающее космическое пространство. Этот процесс стабилизирует состояние звезд, но длительность такого постоянства существенно зависит от массы звезд.

     Совокупное время эволюции звезд от образования в них ядер до окончания термоядерного этапа приведено в таблице 15:

Таблица 15.

M [кг]
R[м]
T[]
L[вт]
Начало (
Окончание (
Период (t)
0


Где:    M   - масса звезд,

            R, T, L  - радиусы, температура поверхности и светимости звезд при их нахождении

                       на   главной последовательности диаграммы Г-Р.

     Определим время эволюции звезд после окончания термоядерного этапа до их преобразования в белых карликов.

     Определим время эволюции звезд массой   кг. Радиус и температура поверхности звезд связаны следующим эмпирическим соотношением:

         (430)


        (431)


    Определим время эволюции звезд по формуле:


        (432)


     (433)



Для звезд массой  кг  и   кг время эволюции определим по формуле 407:


        (434)


      Определим время эволюции звезд массой   кг :

        (435)




      Определим время эволюции звезд массой   кг :

        (436)



ВЫВОД: время преобразования ядерных звезд после завершения термоядерного этапа для звезд, масса которых равна   и больше   кг  , является чрезвычайно большим.

     Результаты вычислений эволюционных параметров звезд приведены в таблицах.

    Окончание таблицы 11 для звезд массой  кг 

Таблица 11.  

R[м]
T[
L[вт]
[с]
0
 [год]
0
+t [год]


Окончание таблицы  12  для звезд массой  кг. 

Таблица 12.  

R[м]
T[
L[вт]
 [с]
0
 [год]
0
+t [год]


Окончание таблицы  13  для звезд массой   кг. 

Таблица 13.  

R[м]
T[
L[вт]
 [с]
0
 [год]
0
+t [год]


 Где;    R  - радиус звезд,

            T - температура поверхности,

           L  - светимость,

             (t1) - время в секундах конкретного этапа,

            (t2) - время в годах,

          +t  - время эволюции звезд нарастающим итогом.

       Обратим внимание, только звезды по массе близкие к массе Солнца, способны достигать эволюционного этапа их преобразования в белых карликов через этап их предварительного превращения в сверхновые звезды.

    Изменение базовых параметров звезд, как функции времени, приведены на рис.8, 9, 10.



Рис.8




Рис.9




Рис.10

Вывод: для всех звезд, масса которых превышает 10*30кг, завершающий эволюционный этап заканчивается гравитационным или термоядерным взрывом.

      Обратим особое внимание на следующее обстоятельство! У звезд, масса которых лежит в пределах 10*30 -10*31 кг в конце термоядерного этапа в составе их вещества практически полностью отсутствует водород. Это означает, что водородное вещество этих звезд в результате термоядерных реакций на этом этапе сгорает полностью. Отсюда следует, при расчете времени термоядерного периода существования звезд в качестве исходного необходимо брать следующее условие: вся масса звездного вещества преобразуется, по крайней мере, в гелий. Таким образом, то время термоядерного эволюционного этапа, которое рассчитано выше является существенно заниженным по сравнению с реальным временем эволюции звезд приведенных масс.


    




Например, общее расчетное время существования звезд массой 2 ∙10*30 кг при неизменной современной светимости Солнца по этой причине необходимо увеличить до 100 млрд. лет. Если считать, что исходный водородно - гелевый состав первичного Солнца соответствовал планетам гигантам, где гелий составляет, примерно, 20% от массы планет, то за историю существования Солнца в нем выгорело 5% водорода, так как в составе современного Солнца гелий представлен 25-ю процентами. Таким образом, оставшегося водородного топлива в веществе Солнца, при сохранении его современной светимости, хватит еще на 75 миллиардов лет. Вот почему гравитационные взрывы звезд являются весьма редким событием  в космическом пространстве. Достигают состояния гравитационного взрыва, в отличии от термоядерного, только наиболее старые звезды вселенной при высоком содержании гелия в том исходном веществе, из которого рождались такие звезды. Причем, именно при гравитационных взрывах звезд происходит синтез ядер тяжелых металлов.

После гравитационного взрыва звезды на месте взрыва всегда остается звезда в виде белого карлика.
 

5. Воздействие звездной радиации на космические объекты.

       Помимо фотонов фонового излучения источниками электромагнитного излучения в космическом пространстве являются также и звезды. Рассмотрим, какую роль играют звезды в нагреве космических объектов. Звезды – это сильно раскаленные космические объекты, поэтому они светятся. Одной из звезд является Солнце. Именно из-за высокой температуры солнечной поверхности оно греет Землю. Это происходит из-за того, что Солнце относительно близко расположено к Земле. Возникает вопрос, ну а другие звезды помимо Солнца вносят ли свой вклад в нагрев земной поверхности? Другими словами, необходимо определить до какой температуры звезды способны нагревать такие космические объекты, которые не имеют внутренних источников тепловой энергии?

      Температура холодного космического объекта, согласно приведенной выше схеме, определяется мощностью электромагнитного потока, излучаемого звездой, у поверхности холодного космического объекта, приходящейся на его единичную площадь.

        (437)


Где:      - суммарная мощность,

           r  - радиус обьекта.

Мощность электромагнитной энергии, излучаемая в наблюдаемом космическом объекте с единичной площадью его поверхности равна следующей величине:

      (438)

Где:      α   - коэффициент излучения энергии,

              T   - температура излучения обьекта.

  Температура вещества физического объекта переходит в статичное состояние при:

       (439)


    Отсюда получим искомую температуру космического объекта:

        (440)


        (441)


    Пусть параметры звезд окружающих холодный космический объект, равны параметрам Солнца. Определим, на каком расстоянии от звезд температура космического объекта станет равной 2.43 градуса Кельвина. Солнечная постоянная на орбите Земли равна 1400 ват на каратный метр. Отсюда совокупная мощность электромагнитной энергии, излучаемой Солнцем равна следующей величине:

         (442)


  Приняв,   определим среднюю температуру той поверхности Меркурия, которая обращена к Солнцу:

        (443)


      Экспериментально измеренная средняя температура поверхности Меркурия, обращенная к Солнцу равна 360 градусов Цельсия.

    Определим температуру поверхности Луны, обращенной к Солнцу:

        (444)


      Экспериментально измеренная температура поверхности Луны со стороны Солнца равна 107 градусам Цельсия. Различие вычисленного и экспериментального значения температуры объясняется тем, что Луна вращается вокруг оси относительно Солнца, что и снижает величину максимальной температуры вещества  на ее поверхности.

    Определим расстояние от звезд до холодного объекта, на котором звезды способны нагреть вещество объекта до 2.43 градусов Кельвина:

       (445)




    Расстояние до ближайших звезд от Солнца на порядок превосходит вычисленную величину, поэтому вклад звезд в нагрев околосолнечных космических объектов практически отсутствует. Таким образом, только при среднем расстоянии между звездами меньше, чем 0.4 световых лет, температура холодных космических объектов определяется электромагнитным излучением, испускаемым звездами.

      Помимо теплового электромагнитного воздействия звезды также оказывают механическое давление на космические объекты, за счет этого давления на объекты электромагнитным излучением звездной радиаций.


6. Методика определения параметров звезд.

      Приняв Солнце за звезду с параметрами звезд для средней звезды, которая находится на изломе главной последовательности звезд на диаграмме Г-Р (рис.5), получим выражение, связывающее  сугубо усредненные макроскопические параметры звезд, принадлежащие главной последовательности с их наблюдательными данными.

    Для звезд      параметры изменяются в следующих пределах:



                      (446)




    Для звезд       параметры изменяются в следующих пределах:




                                 (447)




    Для звезд       радиус,  температура поверхности и масса связаны следующими эмпирическими соотношениями:

         (448)


        (449)


Обратим внимание, масса звезд практически пропорциональна их радиусу:

        (450)


Для звезд        радиус, температура  поверхности и масса связаны следующими эмпирическими соотношениями:

       (451)


       (452)


     Выясним, каким образом можно определить макроскопические параметры звезд через те физические величины, замер которых доступен земным наблюдателям, т. е астрономам.

     Такими величинами в первую очередь являются:

    - поверхностная температура звезд по спектру принимаемых сигналов,

    - светимость (мощность) сигналов, принимаемых земными телескопами.

    Если поверхностная температура звезд равна или превышает  , то макроскопические параметры звезд определяются следующим образом:

  1. Радиус.
            (453)
  2. Масса
           (454)
         (455)
          (456)
  3. Полная светимость
         (457)
        Получим соотношение, связывающее полную светимость звезд с их массой:
           (458)
           (459)
           (460)
  4. Расстояние до звезд.
         Различают следующие светимости звезд:
         - полная,
         - односторонняя.
        Полная светимость – это энергия, излучаемая звездой по всем направлениям.
        Односторонняя – это энергия, излучаемая звездой в направлении конкретного наблюдателя, та светимость звезд, которую видят жители планеты Земля.
        Определим величину односторонней светимости звезд:
          (461)
       Односторонняя светимость звезд убывает обратно пропорциональному квадрату расстояния до звезды:
             (462)
       Где:    - величина удельной светимости звезды перед зеркалом телескопа,   
                         приходящаяся на 1  квадратный метр,
               R  - расстояние до звезды
           (463)
             (464)
        Вычислим по полученной формуле расстояние до Солнца:
              (465)
    Где:        - усредненная солнечная постоянная.
            (466)
        Определим величину поправочного коэффициента:
    n = 0.565       (467)
        Окончательная формула определения расстояния до звезд примет следующий вид:
             (468)
       Расстояние до Солнца, рассчитанное по полученной формуле  равно следующей величине:
            (469)
        Если поверхностная температура звезд меньше чем  , то макроскопические параметры звезд определяются следующим образом:
    1. Радиус
             (470)

  1. Масса
            (471)
            (472)
  2. Полная светимость
                                                             (473)
      Получим соотношение, связывающее полную светимость звезд с их массой:
             (474)
           (475)
           (476)
       
  3. Расстояние до звезд:
             (477)
          Вычислим по полученной формуле расстояние до Солнца:
            (478)
         Определим величину поправочного коэффициента:
    n = 0.284        (479)
         Окончательная формула определения расстояния до звезд примет следующий вид:
              (480)
          Расстояние до Солнца, рассчитанное по полученной формуле равно следующей величине:
           (481)
        При определении  расстояния до звезд необходимо учитывать, излучаемая звездами электромагнитная энергия, может частично поглощаться межзвездной средой. Это вносит ошибку в результаты измерения, а именно завышает рассчитанную величину расстояния до звезд.
         Определим, на каком расстоянии астрономы способны увидеть одиночную звезду, находящуюся вдали от других звезд в современные телескопы, которые способны фиксировать объекты тридцатой звездной величины. Нулевая звездная величина равна  лк . Для сравнения, естественное освещение земной поверхности в безлунную и безоблачную ночь равна  лк  . Глаз человека способен видеть звезды до шестой звездной величины, т.е. в сто раз меньше нулевой освещенности. Переведем люксы в удельную мощность в ватах. В максимуме солнечная постоянная на земной поверхности равна  . Максимальная освещенность земной поверхности Солнцем равна    .
           (482)
             (483)
        Тридцатой звездной величине соответствует следующая удельная  мощность
            (484)
        Подставим полученное значение мощности в формулу:
            (485)
         Определим максимальную величину расстояния до звезды, которую можно обнаружить в телескоп с поверхностной температурой равной  :
            (486)

         Для сравнения,  расстояние до галактики Туманность Андромеды равно 
       .
         Определим величину расстояния до звезд с температурой поверхности равной
     :
           (487)
        Для сравнения, радиус вселенной равен     световых лет. Таким образом, если не учитывать эффект красного смещения современные телескопы позволяют видеть некоторые наиболее крупные и яркие даже одиночные звезды на самых далеких окраинах нашей вселенной.
                           Валерий Гребенников    (8-928-16-00-581)



1 комментарий:

  1. Harrah's Casino | Oklahoma Casino & Hotel
    The 온라인바카라 Harrah's Casino is a modern gaming destination mgm 바카라 in the 해외토토배당 heart of the melbet Missouri River. It features over 1,000 slot 윌리엄 힐 machines,

    ОтветитьУдалить