32. Озоновый слой земной атмосферы и водород.

32. Озоновый слой земной атмосферы и водород.

(Если статья не открывается, перейти на ссылку книги

https://disk.yandex.ru/i/pagzVy6pGQre5w на Яндекс диске  

 ( стр.405) 

или на навигатор-перечень статей,  ссылка на него в конце этой статьи)

Аннотация.

   Следует ли сохранять озоновый слой Земли? В статье рассмотрены базовые механизмы, обеспечивающие существование озонового слоя при решающей роли участия в этом процессе водорода.

***

    Одним из важнейших условий, обеспечивающих существование жизни на Земле, является наличие озонового слоя в земной атмосфере, который находится на высотах от 10 км до 50 км. Факторов, вносящих вклад в изменение толщины озонового слоя Земли много. Из всех возможных факторов выделим главные. На рис.1 приведена усредненная толщина озонового слоя в зависимости от географической широты его расположения в земной атмосфере.

   На рис.2 приведено изменение количества озона в северном полушарии Земли в зависимости от времени года и широты расположения озона в земной атмосфере:

• 1 - на широте 60 градусов,
• 2 - на широте 70 градусов.

ПРИМЕЧАНИЕ: для повышения наглядности принято, изменение толщины озонового слоя на обеих широтах происходит в одном и том же диапазоне величин.

     На рис.3 приведено изменение наклона северного направления оси вращения Земли относительно Солнца. За положительное направление принято изменение наклона земной оси по направлению к Солнцу.

На приведенных рисунках трудно не заметить:

- во-первых, как в северном, так и в южном полушариях максимальная толщина озонового слоя достигается вблизи полярных широтных окружностей;

- во-вторых, явную зависимость толщины озонового слоя от наклона земной оси относительно Солнца.

  Обратим также внимание, при приближении широты к полярным кругам возрастает совпадение фазы изменения толщины озонового слоя с фазой изменения наклона земной оси относительно Солнца.

   Каким же образом можно объяснить приведенные закономерности? Рассмотрим это.

Озон – это трехатомная самостоятельно стабильная молекула кислорода. Образование молекулы озона в атмосфере происходит следующим образом.

На первом этапе под действием ультрафиолетового излучения Солнца происходит разрушение молекулы кислорода на атомы кислорода. При этом необходимы затраты энергии, которые соответствуют энергии фотонов с длиной волны равной или меньшей 242 нм.

На втором этапе при тройном соударении атома кислорода, молекулы кислорода и какой-либо посторонней молекулы, которая не принимает участие в химической реакции, происходит образование озона с выделением энергии соответствующей энергии фотона с длиной волны равной 1100 нм. Таким образом, энергетическая прочность молекулы озона примерно в 5 раз ниже энергетической прочности молекулы кислорода.

  Огромная ценность озона заключается в его способности эффективно поглощать ультрафиолетовое излучение Солнца, особенно в диапазоне 200-300 нм, так как озон является практически единственным причем, весьма эффективным поглотителем солнечного излучения в этом диапазоне электромагнитных волн. Например, излучение с длинной волны в 250 нм ослабляется на 10 в степени нескольких десятков (!) порядков, т.е. практически до нуля. Для сравнения, видимые электромагнитные волны излучения находятся в диапазоне 380-760 нм. Важность поглотительной способности озона заключается в том, что ультрафиолетовое излучение являются, весьма губительным, для живых организмов Земли включая и человека. Вот почему очень важно наличие озонового слоя в земной атмосфере. Именно по этой причине этому слою, ученые и политики, уделяют весьма большое внимание. Но без четкого правильного понимания факторов, оказывающих влияние на существование озонового слоя политика, направленная на его сохранение, может привести к весьма плачевным результатам.

  Итак, механизм синтеза озона, обеспечивающий поддержание озонового слоя в усреднено-стабильном состоянии, был рассмотрен выше, это соответствующая солнечная фотонная радиация.

  Иными словами без наличия этой радиации образование озонового слоя в достаточном количестве в принципе не возможно. Космические лучи в образовании озонового слоя практически никакой роли не играют из-за их малой интенсивности по сравнению с солнечной радиацией.

   Помимо механизма образования озонового слоя существует и механизм его разрушения. Один механизм уже был приведен, это разрушение молекулы озона фотонной радиацией Солнца, но именно этот механизм и играет роль защитного щита для всех живых организмов от губительного излучения Солнца. Поскольку озоновый щит работает миллионы лет, следовательно, приведенный механизм не уничтожает озоновый слой Земли до нуля.

  Существуют и другие механизмы, приводящие к разрушению озонового слоя. Это различного типа химические реакции. Такой реакцией, в частности, является соединение молекулы озона с атомом кислорода. В результате образуются 2 молекулы кислорода.

   Помимо этой реакции есть еще реакции катализаторного типа, в которых участвуют:

- молекулы двуокиси и закиси азота,

- молекулы окисла хлора.

   Из реакций катализаторного типа, в которых происходит разрушение озона, наибольший интерес представляют реакции с аллотропными модификациями кислорода на базе соединения кислорода с водородом. В состав аллотропных молекул входят водород и несколько атомов кислорода. Сущность реакций катализаторного типа заключается в том, что количество молекул катализаторов, принимающих участие в химических реакциях с озоном, не изменяется, но в этих реакциях происходит разрушение молекул озона, которые могли бы играть роль щита, поглотителя фотонов ультрафиолетового излучения Солнца. Повышенное внимание к реакциям водородного типа возникает потому, что в них принимает участие именно водород, и даже не сам водород, а те источники, которые обеспечивают поступление водорода в земную атмосферу.

    Первым источником поступления водорода является водород, входящий в состав молекулы воды.

   Вторым источником являются реакции распада тяжелых ядер радиоактивных элементов (статья 12 «Концепция истории и строения Земли»). Эти реакции протекают в земных недрах, а появляющийся в результате реакций водород, просачивается сквозь породы поверхностного слоя Земли и попадает в атмосферу. Водород, как легкий газ, поднимается в ее верхние слои и попадает, в частности, в озоновый слой, где и принимает участие в катализаторных реакциях. Над теми районами Земли, где водород выделяется в максимальном количестве, возникают озоновые дыра, т.е. слои озона с пониженной толщиной озонового слоя.

   Третьим источником поступления водорода в земную атмосферу является солнечный ветер, который в наибольшей степени представлен протонами (статья 14 «Концепция грозовых разрядов в земной атмосфере»).

   Приведенные механизмы в главном, формирующие результирующий озоновый слой земной атмосферы, назовем:

- фотонный,

- водородный,

- протонный,

- водный.

   При фотонном механизме происходит синтез озона в земной атмосфере под действием фотонного излучения Солнца.

Действие водородного механизма происходит из-за синтеза водорода в глубинных объёмах Земли за счет протекания в них ядерных реакций распада тяжелых ядер химических элементов.

   Действие протонного механизма происходит из-за облучения земной атмосферы солнечным ветром, который преимущественно представлен протонами.

Действие водного механизма основано на испарении молекул воды с земной поверхности с последующим их перемешиванием с молекулами воздуха.

    Из перечисленных механизмов в сезонных изменениях толщины озонового слоя принимают участия: фотонный, протонный и водный механизмы. Фотонный оказывает позитивное воздействие на толщину озонового слоя, протонный и водный – негативное.

  Принципиальные различия в действиях фотонного и протонно-водного механизмов формирования результирующего озонового слоя земной атмосферы, если говорить кибернетическим языком, заключается в следующем. Если фотонный механизм работает практически в реальном масштабе времени, то протонно-водный механизм действует с большой задержкой во времени, т.к. для протонного механизма после первичного попадания протонов в земную атмосферу, они должны:

- затормозить свое движение,

- соединиться с электроном,

- перемешаться с атмосферным воздухом таким образом, чтобы водород попал в ту область атмосферы, где находиться озоновый слой.

    Аналогичная ситуация и с водным механизмом. Здесь необходимо время для перемешивания молекул воды с атмосферным воздухом.

    Что значит в реальном масштабе времени? Это означает, что образование озона под действием солнечных фотонов по космическим меркам происходит практически мгновенно. Иными словами, если отключить солнечное излучение, то постепенно озоновый слой в земной атмосфере исчезнет. Теперь включим солнечное излучение. В течение нескольких суток озоновый слой полностью восстановится. Время воздействия протонно-водного механизма на толщину озонового слоя Земли во много раз больше времени действия фотонного механизма (недели и месяцы).

  Рассмотрим сезонное воздействие водного механизма на толщину озонового слоя земной атмосферы.

  Действие этого механизма основано:

- на испарении воды с земной поверхности,

- при систематическом перемешивании воздуха в земной атмосфере по вертикали.

  Таким образом, при рассмотрении действия этого механизма решающую роль играет влажность того воздуха атмосферы, в котором размещается его озоновый слой.

Сезонное изменение влажности воздуха от экватора до полюсов приведено на рис.4.

Рис.4

Где:

1 - в зимнее время.

2 - в летнее время.

   Как видно из рисунка, как над тропическим поясом, так и над полярными областями в течение года влажность воздуха в усредненном плане изменяется мало. Влажность воздуха заметно изменяется в средних широтах, начиная от тропического пояса до полярных кругов.

   Отсюда следует:

1. Максимальная величина соответствует влажности воздуха, находящегося над тропическим поясом Земли.
2. Минимальная величина влажности воздуха наблюдается над полярными кругами.

    Из приведенного результата следует: как над экваториальным так и над полярными районами Земли водный механизм оказывает весьма слабое сезонное воздействие на толщину озонового слоя земной атмосферы. Тем не менее, над экваториальным районом Земли этот механизм вносит максимальный негативный вклад в толщину озонового слоя, т.е. уменьшает его. Над полярными районами вклад влажности воздуха в уменьшении толщины озонового слоя минимален и практически не зависит от сезонного состояния земной поверхности.

   Сезонные воздействия влажности атмосферного воздуха заметны только на средних широтах, находящихся между экваториальным и полярными районами земной поверхности. В зимние периоды водный механизм способствует повышению толщины озонового слоя, а в летние наоборот стремиться снизить эту толщину. Отметим, этот механизм действует с существенной задержкой во времени, а именно на несколько месяцев, т.к. вертикальные перемешивания воздуха в земной атмосфере являются весьма медленными процессами. Как видно из приведенного описания, водный механизм не отражает в полной мере то распределение озона в земной атмосфере, которое приведено на рис.1, 2, 3.

   Как происходит действие протонного механизма? При рассмотрении этого фактора необходимо обязательно учитывать вклад в действие этого механизма магнитного поля Земли. Почему? Потому, что протоны солнечного ветра несут на себе положительный электрический заряд и при приближении к Земле в первую очередь они начинают взаимодействовать с ее магнитным полем, которое осуществляет частичную сепарацию этих частиц. Таким образом, магнитное поле вносит свой вклад в распределение результирующего озонового слоя, а точнее, толщину этого слоя. Рассмотрим этот вопрос.

   Географическая ось Земли наклонена относительно плоскости эклиптики на 23,5 градуса. Магнитная ось отклонена от географической оси на 11,5 градусов. Поскольку магнитная ось вращается вокруг географической, поэтому относительно плоскости эклиптики наклон магнитной оси изменяется от 12 до 35 градусов, но полное изменение этого наклона происходит в течение суток. В связи с этим, без ущерба точности анализа необходимо принять, усредненная магнитная ось Земли практически совпадает с наклоном географической оси Земли относительно плоскости эклиптики. Тем не менее, необходимо отметить, из-за несовпадения направления географической и магнитной осей солнечный ветер способен вносить изменение в толщину озонового слоя в течении:

- суток,

- года (эффекты формирования озонового слоя происходят преимущественно в дневное время, а ориентация оси магнитного поля относительно географической оси практически не изменяется, отсюда следует, для конкретного меридиана возникает эффект годового периодического смещения оси магнитного поля относительно плоскости эклиптики).

   Ультрафиолетовая часть солнечной радиации задействована в механизме образования озона, а протонная и водная части наоборот стремятся уничтожить молекулы озона. Соотношение между этими процессами и обеспечивает ту концентрацию озона, которая наблюдается в земной атмосфере.

   Изобразим последовательное положение наклона земной оси относительно Солнца в течение года:

- в июне рис.5;

- в марте и сентябре рис.6;

- в декабре рис.7.

   Обратим внимание, на экваториальной широте солнечный ветер пресекает магнитные линии магнитного поля Земли по нормали вне зависимости от наклона земной оси.

   В летнее время площадь магнитного поля обдуваемого солнечным ветром, в северном полушарии заметно меньше, чем площадь магнитного поля в южном полушарии.

В марте и сентябре эти площади оказываются равными.

  В зимнее время площадь магнитного поля, обдуваемая солнечным ветром в северном полушарии, больше, чем площадь этого же поля в южном полушарии.

Сформулируем следующее утверждение: действие магнитного поля Земли на солнечный ветер заключается в частности, в частичной экранировке земной атмосферы от протонов солнечного ветра, причем, чем дальше от экватора находиться поток солнечного ветра, тем сильней на протоны действует эффект экранировки. Над экваториальными широтами солнечный ветер пересекает магнитно-силовые линии магнитного поля по нормали или близко к нормали, поэтому эффект экранировки здесь минимален (рис.5,6,7; точки а,б,в). Из-за этого над экватором максимальное количество протонов солнечного ветра попадает в земную атмосферу. Это и приводит к соответствующему уменьшению толщины озонового слоя в экваториальной области Земли (рис.1).

   Теперь ответим на вопрос, каким образом действует механизм экранировки атмосферы Земли от солнечного ветра? Существует циклотронный эффект, действующий, если электрически заряженные частицы движутся в магнитном поле, а именно, если частица движется вдоль магнитной силовой линии, то она стремиться перемещаться по винтовой траектории вдоль магнитно-силовой линии соответствующего магнитного поля, огибая эту линию. Именно действие этого эффекта и приводит к частичной сепарации протонов солнечного ветра при их взаимодействии с магнитным полем Земли.

   По мере перехода от экваториальной области к полярным протоны солнечного ветра начинают взаимодействовать под все меньшим углом с магнитно-силовыми линиями магнитного поля, и поэтому на них начинает оказывать все большее воздействие циклотронный эффект. Это приводит к уменьшению количества протонов, попадающих в те слои атмосферы, которые представлены озоновым слоем. Максимальное действие этого эффекта достигается вблизи полярных кругов. Здесь при росте толщины озонового слоя происходит максимальная экранировка земной атмосферы от протонов солнечного ветра магнитным полем Земли. Именно поэтому в этих районах происходит минимальное отставание фазы изменений толщины озонового слоя от фазы изменения наклона земной оси относительно Солнца, а толщина озонового слоя достигает своего максимального значения (рис.1,2,3).

   Замеры толщины озонового слоя за полярными кругами Земли показывают существенное снижение этой толщины в данных районах Земли. В чем тут дело?

   Здесь срабатывает релаксационный эффект, который заключается в следующем. После начала снижения мощности фотонного излучения Солнца при переходе от лета к зиме процесс разрушения озонового слоя происходит не мгновенно, а запаздывает во времени относительно снижения мощности фотонного потока. За зиму даже на полюсах толщина озонового слоя хотя и снижается, но не до нуля. В атмосфере остается некоторая остаточная величина озона.

Теперь рассмотрим, какую роль в релаксационных процессах при образовании полярных озоновых дыр играет протонный механизм?

   Как было сказано выше, магнитное поле осуществляет частичную экранировку земной атмосферы от потоков солнечного ветра. В экваториальных областях она минимальна, а вблизи полярных округов – максимальна. Экранировка означает, что часть протонов солнечного ветра в приполярных областях просто не попадает в земную атмосферу. Протоны бесследно не могут исчезнуть. Куда же они деваются? Циклотронное движение протонов солнечного ветра над полярными кругами не заканчивается. Они продолжают свое движение вдоль магнитных силовых линий магнитного поля Земли в направлении магнитного полюса и за полярным кругом в северном полушарии попадают в его атмосферу. Эти протоны и обеспечивают в данном регионе Земли накопление избыточного количества водорода, который способствует разрушению молекул озона. Этот процесс происходит потому, что магнитный полюс Земли в северном полушарии всегда находится внутри полярного круга (рис.5,6,7).

   Несколько иначе обстоит дело в Антарктиде. Здесь южный магнитный полюс находится за пределами южного полярного круга на 2 градуса южной широты (рис.5,6,7). Поэтому максимальная экранировка протонов солнечного ветра магнитным полем Земли происходит уже на 55-м градусе южной широты, а за 55-м градусом еще до южного полярного круга происходит попадание протонов в атмосферу воздуха, находящегося над Антарктидой. Это способствует образованию над Антарктидой весьма обширной атмосферной зоны с пониженной толщиной озонового слоя.

  Вот почему над арктическим и антарктическим районами Земли наблюдается весьма заметное снижение толщины озонового слоя Земли. Тем не менее, если снижение толщины озонового слоя над Антарктическим районом Земли носит весьма устойчивый характер, то над Арктическим – снижение толщины озонового слоя носит фрагментарный неустойчивый характер. Почему?

  Это во-первых, связано с близостью континентальных районов Земли к Арктике и удаленностью Антарктиды от этих районов. Над Арктикой в процесс формирования озонового слоя вмешиваются климатические процессы. Близость континентальных районов Земли к Арктике приводит к заметному перемешиванию воздушных масс, расположенных над Арктикой и земными континентами. Это и приводит к фрагментации озоновой дыры, возникающей над Арктическим районом Земли.
   Во-вторых, существенно меньшим размером  озоновой дыры.

  Иное дело Антарктида. Удаленность этого района от континентальных областей приводит к формированию над Антарктидой устойчивых циклонов, которые существенно затрудняют перемешивание Антарктического атмосферного воздуха с атмосферным воздухом, находящимся над другими районами Земли. Плюс обширность размера самой озоновой дыры. Это и создает возникновение весьма устойчивой озоновой дыры над Антарктидой. Этим также объясняется достижение максимальной толщины озонового слоя на более низких широтах в южном полушарии Земли по сравнению с северным (рис.1).

    ВЫВОД: озоновые дыры над полярными районами Земли существуют столько же времени, сколько существует у Земли ее магнитное поле.

   Плотность потока солнечного ветра зависит от тепловой активности Солнца. При росте активности растет и плотность потока солнечного ветра, но одновременно растёт и мощность фотонной радиации Солнца. Если фотонная радиация воздействует на синтез озонового слоя практически мгновенно, то солнечный ветер оказывает воздействие на атмосферу Земли с существенной задержкой во времени. Поэтому изменение солнечной активности, хотя и изменяет толщину озонового слоя Земли, но это изменение носит весьма сложный характер.

Валерий Гребенников

8-928-160-05-81

http://gvaleriy.blogspot.ru/2016/03/blog-post.html Перечень статей в навигаторе блога.

31. Механизм выделения энергии при химических и ядерных реакциях

31. Механизм выделения энергии при химических и ядерных реакциях

  Рассмотрим сущность механизма выделения энергии, возникающей при взаимодействии квантовых микрочастиц. Для того чтобы различать микрочастицы введем следующие два понятия:

- фундаментальные микрочастицы,

- базовые микрочастицы.

Фундаментальные микрочастицы – это кварки и электроны.

Базовые микрочастицы – это ядра атомов, атомы и молекулы.

Базовые микрочастицы состоят из фундаментальных микрочастиц. Ядра атомов состоят из кварков, атомы и молекулы – из ядер атомов и электронов.

Выделение энергии может происходить, в частности, при ядерных и химических реакциях. Для этого необходимо чтобы предварительно в пространстве происходило столкновение соответствующих, именно, базовых микрочастиц:

-при химических реакциях – атомов и молекул химических элементов;

-при ядерных реакциях – ядер атомов.

Но не при каждом столкновении происходит выделение энергии. Столкновения могут носить упругий и не упругий характер.

  Упругие столкновения – это такие, при которых после столкновение тип базовых микрочастиц не изменяется. При таких столкновениях выделение энергии не происходит, если исключить из рассмотрения тепловые эффекты. Сущностью упругих столкновений заключается в следующем. И ядра атомов и атомы представлены аналогичными конструкциями. Это совокупность фундаментальных микрочастиц, которые вращаются вокруг центров масс базовых микрочастиц. В ядрах атомов – это кварки, в атомах – это электроны. Такая модель базовых микрочастиц названа планетарной. Орбитальная скорость вращения фундаментальных микрочастиц настолько велика, что базовые микрочастицы в первом приближении можно представить в виде шариков с гладкой поверхностью, где поверхность представлена соответствующими внешними орбитальными фундаментальными микрочастицами. Таким образом, при упругом столкновении базовых микрочастиц происходит вдавливание их внешних оболочек, что уменьшает объёмы базовых микрочастиц, занимаемого ими пространства. В них происходит накопление внутренней потенциальной энергии. Это приводит к уменьшению скорости движения сталкивающихся базовых микрочастиц, т.е. происходит переход кинетической энергии базовых микрочастиц в их внутреннюю потенциальную энергию. При столкновении базовых микрочастиц начинает расти сила отталкивания, действующая между сталкивающими микрочастицами от нулевого до некоторого максимального значения. Скорость их движения уменьшается от исходной до некоторой минимальной величины. Затем сила отталкивания начинает преобладать над кинетической силой сталкивающихся базовых микрочастиц и микрочастицы разлетаются в пространстве, восстанавливая свои исходные обьемы, т.е. те, которые они имели до столкновения. При таких столкновениях выделение энергии не происходит.

  Но существует и второй тип столкновения базовых микрочастиц – не упругий. Здесь представляет интерес такой тип неупругого взаимодействия, который изменяет природу микрочастиц. При ядерных взаимодействиях изменяется тип ядер, а при химических, происходит всевозможные химические реакции. Такие взаимодействия возникают, если энергия сталкивающихся микрочастиц превосходит некоторое пороговое значение.

Отметим еще одно чрезвычайно важное обстоятельство, характеризующее энергетическое состояние базовых микрочастиц представленных нерадиоактивными ядрами и атомами. В свободном состоянии конфигурация базовых микрочастиц такова, что они находятся в таком стационарном состоянии, при котором внутренняя энергия этих микрочастиц минимальна. При этом состоянии из базовых микрочастиц невозможно выделение свободной энергии, т.е. они способны находиться в таком состоянии неограниченно долгое время.

В отличие от состояния с минимальной величиной внутренней энергии существуют два энергетически возбужденных состояния:

1. С увеличенным объёмом базовых микрочастиц.
2. С уменьшенным объёмом базовых микрочастиц.

Энергетическое состояние с увеличенным объёмом – это состояние, когда фундаментальные микрочастицы, представляющие данную базовую, переходят на вращение на более удаленные от точки центра массы данной микрочастицы орбиты. В этом случае, внешняя энергия затрачивается на перемещение фундаментальной микрочастицы на более высокие орбиты.

В целом энергетическое состояние фундаментальных микрочастиц, входящих в состав базовых, определяется:

- величиной их релятивисткой массы,

- кинетической энергией,

- потенциальной энергией,

- энергией орбитального вращательного движения.

В отличие от кварков, которые не способны покидать окрестности тех ядер, которые они представляют, электроны способны отделяться от атомов и существовать в свободном состоянии. Для таких электронов относительно тех атомов, которые они покинули, их энергетическое состояние определяется:

- величиной их релятивисткой массы,

- кинетической энергией,

- потенциальной энергией.

  У таких электронов исчезает энергия их орбитального вращательного движения. Для общего анализа энергетического состояния микрочастиц этот фактор не носит принципиального характера.

  Итак, увеличенное энергетическое состояние базовых микрочастиц может быть только при изменении их объёма либо в сторону его уменьшения, либо в сторону его увеличения. Рассмотрим, каким образом этот фактор относится к ядерным и химическим реакциям с энергетической точки зрения.

  Как было сказано выше, если при столкновении базовых микрочастиц энергия их столкновения превосходит некоторое пороговое значение, то происходит либо ядерное, либо химическое изменение их состояния. Поскольку энергия столкновения высока, то при столкновении происходит весьма бурная перестройка их структуры, представленная фундаментальными микрочастицами.

  При ядерных столкновениях исходные ядра могут либо объединяться в более крупные, либо делиться на более мелкие.

 При химических реакциях аналогичная ситуация возникает с взаимодействующими молекулами, в процессе которого образуются новые химические вещества. Но вот что здесь чрезвычайно важно, это изменение совокупной массы базовых микрочастиц до и после их столкновения, а точнее, ее уменьшение. Так вот, если после столкновения базовых микрочастиц их совокупная масса стала меньше, то только в этом случае происходит выделение энергии. При столкновении в ходе образования базовых микрочастиц, в продуктах столкновения фундаментальные микрочастицы срываются с их исходных стационарных орбит, и они хаотично переходят на вращение, как на более низкие, так и на более высокие орбиты их движения. На следующем этапе, в базовых частицах продуктах столкновения происходит упорядочивание орбит, т.е. их переход в стационарное, стабильное орбит вращение. При этих переходах происходит излучение избыточной энергии в виде фотонов. Это первый тип выделяемой энергии.

 Второй тип, это рост кинетической энергии результирующих базовых микрочастиц, родившихся при столкновении первичных базовых микрочастиц. Рассмотрим, почему возникает этот эффект.

 Стабильность стационарной структуры базовым микрочастицам обеспечивается уравновешенностью действия сил притяжения – отталкивания. В ядрах такими силами являются кварковые силы притяжения и центробежная сила отталкивания, вызванная вращением кварков вокруг центров масс ядер. В атомах такими силами являются электрические силы притяжения и те же центробежные силы отталкивания, действующие на вращающиеся вокруг центров масс атомов, электроны. Отметим, электрические силы является чрезвычайно мощными силами, например, именно за счет действия электрических сил отталкивания происходит выделение энергии при распаде ядер тяжелых химических элементов.

  Отметим, во вселенной выполняется закон сохранения энергии при протекании химических и ядерных реакций.

Во вселенной действует также закон релятивистского изменения массы. Это изменение массы физических объектов при изменении скорости их движения. В частности, при приближении скорости движения, как фундаментальных, так и базовых микрочастиц к скорости света, неограниченно растет величина их массы.

Как было сказано выше, выделение энергии происходит при протекании реакций:

- химических,

- ядерных.

Выделение энергии при ядерных реакциях происходит при:

- делении тяжелых ядер химических элементов,

- слиянии ядер легких химических элементов.

При делении тяжелых ядер выделение энергии происходит за счет электрической силы отталкивания, действующей между осколками делящихся ядер.

При слиянии легких ядер химических элементов выделение энергии происходит за счет чрезвычайно мощных кварковых сил притяжения, действующих между кварками.

При химических реакциях выделение энергии происходит за счет изменения величины электромагнитных сил, действующих между ядрами атомов и электронами (экзотермические реакции).

   Возникает вопрос, как конкретно действует механизм выделения энергии на микроуровневом организации материи вселенной?

  Рассмотрим две микрочастицы, тяжелую и легкую, которые взаимодействуют силами притяжения таким образом, что легкая микрочастица вращается вокруг тяжелой по стационарной квантовой орбите. Примем, центральная тяжелая микрочастица способна дискретно изменять свой заряд, которым она взаимодействует с легкой микрочастицей, либо он увеличивается, либо заряд уменьшается в два раза. Что произойдет при этом с легкой микрочастицей? При уменьшении заряда тяжелой микрочастицы легкая - перейдет на вращение по более удаленной квантовой орбите, а при удвоении заряда тяжелой микрочастицы, легкая перейдет на вращение по более близко расположенной орбите к тяжелой микрочастице. После перехода при удалении легкой микрочастицы от тяжелой, линейная орбитальная скорость ее движения уменьшиться, а после перехода на вращение по ближе расположенной орбите линейно-орбитальная скорость ее движения возрастет.

   Согласно действию релятивистского эффекта при этих переходах частица не просто переходит с вращения с одной орбиты на другую, она изменяет величину своей массы. При удалении легкой микрочастицы от тяжелой ее масса уменьшиться, а при приближении к тяжелой частице масса легкой микрочастицы возрастет.

  Теперь представим, легкая частица движется в пространстве самостоятельно по прямолинейной траектории. Что произойдет, если ее масса изменится? Согласно закону сохранения энергии масса не может бесследно исчезнуть, поэтому точно на величину изменения массы в энергетических единицах произойдет соответствующее изменение величины кинетической энергии движущейся микрочастицы. В этом и заключается сущность механизма выделения энергии при протекании химических и ядерных реакций вне зависимости от типов реакций.

   При взаимодействии базовых микрочастиц происходит изменение той структуры этих частиц, которая представлена фундаментальными частичками. Изменение этой структуры может приводить к следующим результатам, а именно, к изменению совокупной массы микрочастиц следующим образом. Если в продуктах реакций фундаментальные микрочастицы в усредненном плане переходят на вращение по более удаленным орбитам, чем те, по которым они вращались до столкновения базовых микрочастиц, то линейная орбитальная скорость их движения уменьшиться. Это приведет к соответствующему уменьшению их совокупной массы. Избыточная энергия преобразуется в излучение фотонов соответствующих энергий и кинетическую энергию базовых микрочастиц, родившихся в результате действий соответствующих реакций. Таким образом, не упругие взаимодействия между фундаментальными микрочастицами могут приводить к тому, что изменится совокупная масса фундаментальных микрочастиц, представляющих данные базовые микрочастицы и, в частности, она может уменьшиться. Если такое произойдет и только в этом случае возникает механизм выделения энергии при реакциях, действующих между базовыми микрочастицами, а именно уменьшится результирующая совокупная масса базовых микрочастиц, которая, в частности, преобразуется в их дополнительную кинетическую энергию, что и определяет величину части выделившейся энергии при протекании химических и ядерных реакций. Возрастает температура вещества. Таким образом, эффект уменьшения массы физических объектов является потенциальной энергией преобразование массы в кинетическую и фотонную энергии.

   Отсюда следует, если бы в природе отсутствовали релятивистские эффекты, то не наблюдался бы и эффект выделения энергии при химических и ядерных реакциях, возникающий при не упругом взаимодействии базовых микрочастиц.

Для атомных неупругих взаимодействий существует и следующий уровень состояния вещества, когда энергия сталкивающихся атомов монотонно растет. При росте энергии столкновения атомов наступает момент, когда целостность электронных оболочек атомов нарушается тем, что траектории орбит электронов начинает пересекаться. Это приводит к непосредственному столкновению электронов. При столкновении квантовые микрочастицы на короткое время преобразуются из квантового волнового состояния в корпускулярное и при этом не важно смотрит на них кто то или нет. А после окончания столкновения микрочастицы снова возвращаются в своё волновое квантовое состояние(дуализм микрочастиц). При наличии таких столкновений не возможно существование устойчивых электронных орбит в атомах, поэтому своими столкновениями электроны выбивают друг друга с атомных орбит. В результате столкновений электроны покидают атомы, таким образом, атомы ионизируются. Вещество переходит в плазменное состояние, представленное ядрами атомов и свободными электронами. Причем, по мере роста температуры вещества, его совокупная масса возрастает, т.е. вещество поглощает подводимую к нему извне энергию, которая накапливается в веществе, в частности, в виде релятивисткой массы.

Валерий Гребенников

8-928-16-00-581

http://gvaleriy.blogspot.ru/2016/03/blog-post.html

ч.4 _7. Концепция теории образования и эволюции звезд. Белые карлики.Теманности.Сверновые звезды.

7. Концепция теории образования и эволюции звезд.

Белые карлики. Планетарные туманности. Сверхновые звезды.

(Продолжение статьи 7, п.4._  Эволюция звезд. Звездная радиация. Определение параметров звезд.)

***

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
   
   
   
   
   
   
   

   1. 4. Эволюция звезд
          Рассмотрение процесса эволюции начнем со  второго этапа, когда закончился процесс первичного выделения газового вещества:
      - во-1-х, в самостоятельный гравитационно связанный космический объект, состоящий из
        молекул водорода;
      - во-2-х, начался процесс его гравитационного сжатия.
           Гравитационный этап. Определим начальный радиус газовых облаков по формуле:
                (368)
                (370)
            Где:   G    - гравитационная константа,
                       m  - масса отдельной микрочастицы, из которых состоит газовое облако,
                      M   - масса газового облака,
                     k    - постоянная Стефана-Больцмана,
                     T   - температура вещества облака.
         Определим конечный радиус газового облака при его гравитационном сжатии, когда средняя плотность вещества станет равной   :
                (371)
                 (372)
         Уменьшение радиуса газовых облаков во времени определим по формуле 99:
                (373)
         Рост температуры вещества газового облака определим по формуле 122:
                 (374)
         Определим величину температуры звездного вещества, при которой заканчивается гравитационный эволюционный его этап по формуле 128:
                (375)
         
                Термодинамический этап. При гравитационном сжатии газового облака растет средняя температура вещества, а, следовательно, и температура вещества, расположенного в поверхностном слое облака. При достижении средней плотности                       в облаке происходит кардинальные изменения состояния вещества. Прозрачность вещества облака падает настолько, что фотоны, рождаемые в веществе облаков, оказываются не способны беспрепятственно покидать облако. Срабатывает эффект Бугера-Ломберта.  С  этого момента сжатия вещества, начинается процесс преобразования облака в звезду, а именно,  опережающими темпами начинает расти температура вещества в центральном объёме  облака.
           Необходимо отметить, что переход от гравитационного к термодинамиическому этапу характеризуется весьма бурными хаотичными газовыми процессами, протекающими в объёме облака.
             Для ядерных звезд термодинамический этап звездной эволюции разбивается на два подэтапа:
      - 1-й, до образования в звездах их ядер;
      - 2-й, от образования первичных ядер до попадания звезд на главную последовательность диаграмма Г-Р.
           На первом подэтапе энергия в звездах вырабатывается за счет гравитационного сжатия их вещества.
          На втором – энергия вырабатывается не только за счет гравитационного сжатия, но также за счет термоядерных реакций, которые запускаются в звездных ядрах после того, как температура вещества ядер достигает 14 млн.  градусов.
            Для звезд, масса которых равна , при их попадании на главную последовательность фактически вся масса звезд преобразуется  сверхплотное ядро, но рост температуры, которого останавливается на 14 млн. градусов.
           Для звезд с массой больше  макроскопические параметры ядра составляет незначительный процент от макроскопических параметров звезды, но температура вещества ядра достигает 11 млрд. градусов Кельвина. Масса звездных ядер возрастает с уменьшением массы звезд, а температура их вещества, наоборот растет пропорционально массам звезд.
           В конце термодинамического этапа звезды попадают на главную последовательность диаграммы Г-Р.
           В таблице 8 приведены параметры звезд до термоядерного этапа включительно.
      Таблица 8.  

   
   
   

   M   [кг]
   [м]
   [м]
   [м]
   [м]

   
   
   
   

   
   
   
   

    Где:   M  - масса звезд,

   
   
   
   

               - начальный радиус газового облака,

   
   
   
   

          - окончание эволюционного и начало термодинамического этапа,

   
   
   
   

        - образование ядра,

   
   
   
   

        - усредненные радиусы звезд, находящихся на главной последовательности

   
   
   

      диаграммы Г-Р.

   
   
   

       Приведем на рис. 7 изменение радиусов звезд в зависимости от их массы на этапе образования их ядер и попадания на главную последовательность диаграммы Г-Р.

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

   Рис.7

   
   
   

        Как видно из рисунка, для звезд, масса которых равна , этап попадания звезд на главную последовательность совпадает с образованием в них ядер.

   
   
   

        Параметры звезд с температурой их поверхности приведены в таблице 9.  

   
   
   

   Таблица 9.

   
   
   

   M   [кг]
   [м]
   	420	770	1340	1800
   [м]

   
   
   

   
   
   

   Где:        - радиус и температура звезд, находящихся в начале термодинамического

   
   
   

                          эволюционного этапа;

   
   
   

                - радиус и температура звезд, находящихся на главной последовательности

   
   
   

                         диаграммы Г-Р.

   
   
   

       Обратим внимание, до образования в звездах их ядер температура поверхностного вещества звезд еще не достигает свечения в оптическом диапазоне электромагнитных волн.

   
   
   

           Получим уравнения, определяющие изменения во времени, параметров звезд на термодинамическом эволюционном этапе (строка 144):

   
   
   

   - масса . Радиус и температура поверхности звезд связаны следующим эмпирическим соотношением:

   
   
   

          (376)

   
   
   

   
   
   

           (377)

   
   
   

   
   
   

            (378)

   
   
   

   
   
   

            (379)

   
   
   

   
   
   

          Время термодинамического этапа:

   
   
   

           (380)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   - масса  . Радиус и температура поверхности звезд связаны следующим эмпирическим соотношением:

   
   
   

           (381)

   
   
   

   
   
   

        (382)

   
   
   

   
   
   

   
   
   

           (383)

   
   
   

   
   
   

            (384)

   
   
   

   
   
   

          Время термодинамического этапа:

   
   
   

         (385)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

   - масса  . Радиус и температура поверхности звезд связаны следующим эмпирическим соотношением:

   
   
   

            (386)

   
   
   

   
   
   

            (387)

   
   
   

   
   
   

           (388)

   
   
   

   
   
   

           (389)

   
   
   

   
   
   

          Время термодинамического этапа:

   
   
   

          (390)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

         Определим время нахождения ядерных звезд на главной последовательности диаграммы Г-Р, массы которых равны ,                                                исходя из следующих исходных условий. В среднем 10% от массы этих звезд при их нахождении на главной последовательности, преобразуются в углерод.

   
   
   

        Масса ядра атома равна:

   
   
   

   - водорода,

   
   
   

   - углерода,

   
   
   

        Масса, приходящаяся на 1 нуклон ядра атома углерода, равна          

   
   
   

        Дефект массы равен:

   
   
   

          (391)

   
   
   

   
   
   

            (392)

   
   
   

   
   
   

       Где:    M   - масса звезды,

   
   
   

                     - масса протона.

   
   
   

        Для звезд массой  :

   
   
   

           (393)

   
   
   

   
   
   

             (394)

   
   
   

   
   
   

            (395)

   
   
   

   
   
   

         Время равно    7.3 млрд. лет.

   
   
   

        Для звезд массой  :

   
   
   

              (396)

   
   
   

   
   
   

                           (397)

   
   
   

   
   
   

               (398)

   
   
   

   
   
   

       Время равно 1 миллиону лет.

   
   
   

       Определим время существования термоядерного состояния звезд, масса которых равна   . В этих звездах происходит синтез ядер химических веществ до железа включительно. Примем, 10% водородного звездного вещества в процессе нуклеосинтеза ядер химических элементов преобразуются в ядра атомов железа. Таким образом, конечная масса железа, синтезированная в звезде, равна

   
   
   

       Масса ядра атома железа в энергетических единицах равна   эВ.

   
   
   

       Энергия, приходящаяся на 1 нуклон атома железа, равна   эВ.

   
   
   

      Масса ядра атома водорода в энергетических единицах равна  эВ.

   
   
   

         (399)

   
   
   

   
   
   

     В массе вещества, представляющего  звезду, участвующего в термоядерных реакциях содержится следующее количество атомов водорода:

   
   
   

              (400)

   
   
   

   
   
   

        Совокупная энергия, выделяющаяся в звездном ядре, равна:

   
   
   

           (401)

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

      Время нахождения таких звезд на главной последовательности диаграммы Г-Р равно:

   
   
   

             (402)

   
   
   

        Время равно 20 тыс. лет.

   
   
   

       Таким образом, время существования звезд массой  на главной последовательности диаграммы Г-Р является весьма коротким во временных масштабах Вселенной. Температура   для ядерных звезд является практически предельной температурой их эволюционного существования.

   
   
   

        Таким образом, обнаружение во Вселенной звезд массой  является несколько сложной задачей по следующей причине:

   
   
   

   - эти звезды весьма редко образуются,

   
   
   

   - время их светимости является относительно коротким.

   
   
   

      Завершающий этап. Этот этап эволюции звезд представлен двумя подэтапами:

   
   
   

   - до преобразования звезд в белых карликов,

   
   
   

   - завершение эволюционного существования звезд.

   
   
   

         После выгорания в звездах термоядерного топлива звезды переходят на следующий эволюционный этап, при котором температура их поверхности возрастает, а размеры уменьшаются. На этом этапе звезды эволюционируют за счет энергии гравитационого сжатия звездного вещества. Растет средняя температура звездного вещества. Чем массивней звезда, тем при более высокой температуре вещества звездных ядер у звезд начинается их завершающий этап. Это объясняется тем, что те термоядерные реакции, которые способны протекать при более низких температур звездного ядра, уже завершились на более ранних временных моментах термоядерного эволюционного этапа. Таким образом, для ядерных звезд, масса которых близка к   завершающий эволюционный этап начинается при температуре вещества звездного ядра, примерно, равного 10 млрд. градусов. Для звезд меньших масс температура перехода вещества звездного ядра к завершающему этапу оказывается ниже 10 млрд. градусов.

   
   
   

         После того, как звезда исчерпала свой термоядерный ресурс, она сходит с главной последовательности диаграммы Г-Р и перемещается влево по диаграмме. Примем, звезды массой  эволюционируют без изменения температуры их поверхности. Звезды  массой   эволюционируют при температуре их поверхности равной 27 тыс. градусов Кельвина.

   
   
   

        Получим уравнение перехода в состояние белых карликов для звезд, масса которых находится между     (строки 139-141):

   
   
   

            (403)

   
   
   

   
   
   

   Где:   T  - константа.

   
   
   

          (404)

   
   
   

   
   
   

         Проинтегрируем полученное уравнение  в пределах от   :

   
   
   

            (405)

   
   
   

   
   
   

            (406)

   
   
   

   
   
   

         (407)

   
   
   

   
   
   

         Конечным эволюционным состоянием ядерных звезд любых масс является звездное ядро, в котором заключена практически вся масса звездного вещества и оно  окружено оболочкой из разряженного вещества, подобно Земле, окруженной ее атмосферой.

   
   
   

           Радиус конечных звездных ядер определим по формуле 181:

   
   
   

          (408)

   
   
   

   
   
   

        Поскольку все ядра звезд окружены оболочкой, по аналогии со звездами массой     и     с учетом, что средняя температура вещества звезд белых карликов выше, примем, радиус белых карликов в 5 раз больше радиуса их ядер. Определим радиус белых карликов для звезд:

   
   
   

   - массой      

   
   
   

   • радиус ядра:           (409)
   • радиус звезды:            (410)
     - массой
   • радиус ядра:         (411)
   • радиус звезды:        (412)
     - массой
   • радиус ядра:          (413)
   •  радиус звезды:        (414)
         Начальные и конечные параметры звезд при их преобразовании в белых карликов приведены в таблице 10.
                                                                                                                                          Таблица 10.  

   
   
   

   M [кг]

   
   
   

   
   
   

       Где:  M      - масса звезд,

   
   
   

                    - усредненный радиус звезд, находящихся на главной последовательности

   
   
   

                        диаграммы Г-Р,

   
   
   

                    - радиус ядер белых карликов,

   
   
   

                   - радиус белых карликов,

   
   
   

                   - температура поверхности звезд, находящихся на главной последовательности

   
   
   

                        диаграммы Г-Р,

   
   
   

                  - температура поверхности белых карликов.

   
   
   

         Эволюция звезд малых масс.  Эта эволюция имеет свою существенно отличительную специфику от эволюции звезд больших масс. Рассмотрим эволюцию звезд малых масс на примере звезд, масса которых равна  . На гравитационно - эволюционном этапе размер газового облака массой   уменьшается от  до  . При этом средняя температура вещества газового облака увеличивается до 430 градусов Кельвина.

   
   
   

         Далее происходит переход вещества к термодинамическому эволюционному этапу. На этом этапе в точке ЦМ звезды давление достигает 0,7 млн. атмосфер и в звезде образуется ядро. Это происходит при радиусе газового облака равном  . А принципиальность отличия эволюции звезд малых масс происходит именно на этапе от начала образования в звезде ее ядра до попадания звезды на главную последовательность диаграммы Г-Р. Дело в том, что попадание звезд малых масс на главную последовательность диаграммы Г-Р в отличие от звезд больших масс, соответствует полному окончанию тех структурных преобразований, которые происходят с веществом внутри звезды. Структура звезды становиться точным аналогом структуры белых карликов, а именно, звезда оказывается, представлена сверхплотным ядром, в котором сосредоточена львиная доля вещества звезды, окруженного разряженным веществом ядерной оболочки. Отличие заключается только в температуре вещества в поверхностном слое оболочки ядра. Эта температура соответствует светимости звезд в красном диапазоне спектра электромагнитных волн. Причем, в дальнейшем, температура вещества поверхностного слоя звезды может только понижаться. Эти звезды в принципе не способны преобразоваться в белых карликов.   

   
   
   

         Эволюционный этап попадания звезды на главную последовательность протекает следующим образом. По мере потери звездой ее энергии, за счет излучения в окружающее космическое пространство, размер звезды уменьшается. При этом давление, сжимающее вещество в центральном объёме звезды, растет вначале до порогового значения образования в звезде ее ядра, представленного сверхплотным веществом. Начиная с этого момента, структура звезды – это сверхплотное ядро, окруженное веществом оболочки ядра. Причем, масса вещества оболочки на этом эволюционном этапе звезды многократно превышает массу звездного ядра. Но по мере дальнейшего уменьшения размера звезды, масса звездного ядра растет, а масса ядерной оболочки постепенно уменьшается. Наступает момент, когда масса вещества, представляющего оболочку ядра  становиться соизмеримой с массой звездного ядра. Далее, переход вещества из оболочки к звездному ядру приобретает лавинообразный характер с выделением соответствующей огромной энергии в звездном веществе.

   
   
   

         Рассмотрим эволюцию вещества в звездах малых масс после образования их ядер на количественном уровне.

   
   
   

        На этапе от начала термодинамического процесса до образования ядра в веществе звезд за счет его гравитационного сжатия, выделяется энергия следующей величины:

   
   
   

            (415)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

        Определим рост средней температуры звездного вещества:

   
   
   

           (416)

   
   
   

   
   
   

           (417)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

      Таким образом, средняя температура звездного вещества возрастает на 460 тысяч градусов. Но, самое интересное происходит на следующем эволюционном этапе. Конечным состоянием звезды является преобразование ее вещества в сверхплотное ядро. Определим величину энергии, которая выделяется в звездном веществе при его гравитационном сжатии.

   
   
   

         Радиус ядра равен: :

   
   
   

   
   
   

            (418)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

        Определим величину прироста средней температуры звездного вещества:

   
   
   

          (419)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

      Таким образом, средняя температура звездного вещества составляет 80 млн. градусов Кельвина!     Поскольку структура звезды представлена сверхплотным ядром окруженного оболочкой вещества, плотность которого на несколько порядков меньше плотности вещества звездного ядра, поэтому модель звезд с равномерно распределенным в ней звездным веществом для этого типа звезд уже не применима. В результате сильного разогрева звездного вещества представленного сверхплотным ядром, окруженного оболочкой, общий объём звезды, согласно уравнению Клайперона, увеличивается пропорционально температуре нагрева звездного вещества. Дополнительным источником энергии служит звездное ядро, т.к. из-за высокой температуры вещества в нем запускаются процессы интенсивного протекания термоядерных реакций. Давление на поверхности ядра уменьшается, и часть вещества звездного ядра преобразуется в обычное газоплазменное вещество. Это приводит к тому, что перегретое вещество звезды в ее поверхностном слое, отрывается от звездной поверхности и рассеивается в окружающем пространстве, образуя планетарную туманность. Таким образом, происходит, частичный тепловой сброс звездного вещества. Оставшаяся часть звездной оболочки, из-за его разрежённости быстро остывает. Интенсивность  протекания термоядерных реакций быстро снижается. Таким образом, звезда быстро переходит на главную последовательность диаграммы Г-Р, а в ее ядре действуют термоядерные реакции нуклеосинтеза ядер химических элементов, которые протекают при температуре вещества ядра теперь уже равного 14 млн. градусов. После завершения термоядерного этапа, остывая, звезда постепенно превращается в черного карлика с соответствующим уменьшением ее размера за счет уменьшения толщины ядерной оболочки звезды.

   
   
   

         Определим время существования звезд на главной последовательности массой  , если их светимость обеспечивается термоядерными реакциями. Для этих звезд практически вся их масса участвует в термоядерных реакциях, но поскольку температура синтеза ядер химических элементов в этих звездах относительно низкая (14 млн. градусов), в этих звездах из химических элементов синтезируется только гелий.

   
   
   

         Масса ядра гелия в энергетических единицах равна: .

   
   
   

        Масса, приходящаяся на 1 нуклон равна: .

   
   
   

        Масса ядра атома водорода равна: .

   
   
   

           (420)

   
   
   

   
   
   

        В массе вещества звезды, участвующего в термоядерных реакциях, содержится следующее количество атомов водорода:

   
   
   

             (421)

   
   
   

   
   
   

        Совокупная энергия, выделяющаяся в звездном ядре равна:

   
   
   

            (422)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

       Время нахождения таких звезд на главной последовательности диаграммы Г-Р равна:

   
   
   

            (423)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

       Это время превышает возраст существования  вселенной на несколько порядков. Таким образом, время существования звезд различных масс на главной последовательности диаграммы Г-Р изменяется в следующих пределах: от близкой к нулю до .

   
   
   

           ПРИМЕЧАНИЕ: по мере выгорания термоядерного топлива, уменьшается количество атомных ядер в веществе звездного ядра. Постепенно растет количество электронов, входящих в электронные оболочки ядер химических элементов. Это приводит к тому, что растет размер звездных ядер пропорционально корню пятой степени из среднего количества электронов, приходящихся на одно ядро атома химического элемента, представляющего звездное ядро.

   
   
   

        Рождение сверхновых звезд.  Здесь необходимо отметить, что аналогичная ситуация возникает и при эволюции массивных  ядерных звезд на завершающем эволюционном их этапе. После того, как термоядерное топливо в звездных ядрах выгорело, продолжается процесс сжатия звездного вещества, что сопровождается ростом давления, действующего в центральном обьеме звезды. Это приводит к преобразованию вещества оболочки ядра в сверхплотное вещество ядра. Вещество оболочки представлено еще не выгоревшим термоядерным топливом, что поддерживает процесс горения термоядерного топлива, но уже в поверхностном слое звездного ядра, температура которого постепенно повышается. Этот процесс продолжается до тех пор пока масса  сохранившегося вещества оболочки ядра не станет соизмеримой с массой ядра. К этому моменту  уже весь водород оболочки выгорел в термоядерных реакциях. Далее процесс преобразования вещества оболочки в вещество звездного ядра приобретает  лавинообразный характер. При этом процессе выделяется гигантское количество энергии. Резко поднимается средняя температура звездного вещества, что дожигает оставшиеся легкие ядра химических элементов и рождаются все ядра тяжелых химических элементов таблицы Менделеева, включая трансурановые. В результате, в продуктах последующего взрыва, при котором образуется сверхновая звезда, водорода практически нет.

   
   
   

        Энергия взрыва сверхновых звезд вырабатывается за счет:

   
   
   

   - гравитационного сжатия  звездного вещества,

   
   
   

   - термоядерных реакций вещества оболочки ядра.

   
   
   

        Таким образом, взрыв звезд сопровождается мощнейшей прощальной вспышкой электромагнитного излучения звезды и сбросом части вещества оболочки и вещества из верхнего слоя ядра в окружающее космическое пространство.

   
   
   

        После завершения этого процесса структура звезд окончательно приобретает состояние белого карлика, а именно, звездное ядро, в котором сосредоточена львиная доля звездного вещества, окруженного оболочкой из разряженного вещества.

   
   
   

       Определим величину энергии, выделяющей при взрыве сверхновых звезд по формуле 133:

   
   
   

           (424)

   
   
   

   
   
   

     - массой   радиус ядра

   
   
   

           (425)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

     - массой   радиус ядра

   
   
   

   
   
   

            (426)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

   
   
   

     - массой   радиус ядра

   
   
   

   
   
   

            (427)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

   
   
   

         Таким образом, энергия, выделяющаяся при взрыве сверхновых звезд, пропорционально массе звезд, а для звезд конкретной массы, величина выделяющейся энергии является весьма стабильной величиной.

   
   
   

         После завершения процесса взрыва структура звезд приобретает конечное состояние белого карлика, а именно, звездное ядро, в котором сосредоточено львиная доля звездного вещества, окруженного оболочкой разряженного вещества. Если до взрыва звезда обладала моментом импульса, то при увеличении массы ядра часть момента импульса звезды передается ядру, которое резко изменяет скорость своего вращения, что приводит к возникновению мощного магнитного поля ядра. Это превращает образовавшегося после взрыва, белого карлика в магнитар.    

   
   
   

        На этом этапе излучение энергии звездой происходит за счет их внутренней тепловой энергии, накопленной звездой на предыдущих ее эволюционных этапах, и во время взрыва при ее преобразовании в сверхновую звезду, а также за счет гравитационного сжатия вещества оболочки звезды.

   
   
   

        Определим величину тепловой энергии белого карлика, которая находится в его ядре. Пусть вещество ядра нагрето до 1 млрд. градусов и представлено железом. Массу ядра примем равной            

   
   
   

        Определим величину тепловой энергии:

   
   
   

           (428)

   
   
   

   
   
   

            (429)

   
   
   

   
   
   

   

   
   
   

        Такую энергию излучает Солнце за миллиард лет своего существования на его термоядерном эволюционном этапе. Постепенно остывая, белый карлик превращается в начале в желтого, затем в коричневого и на конец в черного карлика, достигнув своего минимального размера на промежуточной финишной черте длинного эволюционного звездного пути. С учетом уменьшения размера и температуры поверхности белых карликов, время их остывания на порядки превышает миллиард лет.

   
   
   

          ВЫВОД:

   
   
   

   1. В звездах малых масс, близкой  , при образовании в них ядер происходит сброс избыточной энергии, которая вырабатывается за счет гравитационного сжатия звездного вещества, в виде теплового расширения вещества звездной оболочки в форме планетарной туманности. Звезда преобразуется в карликовую звезду.
   2. В звездах средних масс, близких к , на этапе их преобразования в белых карликов, вырабатывается огромная энергия за счет гравитационного коллапса звездного вещества, которое частично сбрасывается в окружающее пространство в форме взрыва гигантской энергетической мощности в виде сверхновых звезд первого типа. Звезда преобразуется в белого карлика.
   3. Эволюция звезд больших масс, которые превышают , заканчивается термоядерным взрывом гигантской энергетической мощности в виде образования сверхновых звезд второго типа. В результате звезда либо полностью взрывается, либо преобразуется в белого карлика.
            Особо обратим внимание на следующее обстоятельство. При термоядерном взрыве звезды совокупная масса ее вещества уменьшается, что приводит к скачкообразному уменьшению гравитационной силы, действующей со стороны звезды на другие космические обьекты.
        При гравитационном взрыве звезды масса вещества представляющая звезду наоборот, вначале возрастает за счет скорости движения вещества в оболочке, окружающей ядро звезды при ее коллапсе, а затем уменьшается, что образует импульс гравитационной силы, действующей со стороны звезды на окружающее ее космическое пространство.   Эти   всплески гравитационной силы сторонниками ТО ошибочно названы "гравитационными волнами".
       Процессы этапа сжатия газовых облаков на количественном уровне приведены в таблицах
            Масса облака   кг.
      Таблица 11..

   
   
   

   R[м]
   T[]	3-2.4=0.6	30	200	500	770
   L[вт]
   	0	3.45	3.67	3.72	3.74
   	0	1.09	1.16	1.18	1.2

   
   
   

   
   
   

   Продолжение таблицы 11.

   
   
   

   R[м]
   T[]	770	1600	2900	3520	5800
   L[вт]
   	0
   	0

   
   
   

   
   
   

         Масса облака   кг.

   
   
   

   Таблица 12.

   
   
   

   R[м]
   T[]	3-2.4=0.6	30	200	500	800	1400
   L[вт]
   	0	3.4	3.72	3.74	3.77	3.77
   	0	1.1	1.18	1.19	1.2	1.2

   
   
   

   
   
   

   Продолжение таблицы 12. 

   
   
   

   R[м]
   T[]	1400	8000
   L[вт]
   	0
   	0

   
   
   

   
   
   

    Масса облака   кг.

   
   
   

   Таблица 13.

   
   
   

   R[м]
   T[]	3-2.4=0.6	30	200	500	800	1500	1860
   L[вт]
   	0	1.07	1.09	1.097	1.1	1.104	1.11
   	0	3.39	3.46	3.48	3.49	3.5	3.52

   
   
   

   
   
   

   Продолжение таблицы  13.

   
   
   

   R[м]
   T[]	1860
   L[вт]
   	0
   	0	0.3	0.4

   
   
   

   
   
   

   
   
   

   Масса облака   кг.

   
   
   

   Таблица 14.

   
   
   

   R[м]
   T[]	3-2.4=0.6	30	200	500	800	1500	2000	2500
   L[вт]
   	0	1.137	1.178	1.206	1.208	1.2085	1.209	1.209
   	0	3.587	3.74	3.829	3.835	3.837	3.838	3.838

   
   
   

   
   
   

        Примечание: завершение таблиц в следующем разделе.

   
   
   

   
   
   

        

   продолжение статьи п.4 ст.7 ("Термоядерный этап" эволюции звезд, "Воздействие звездной радиации на космические обьекты." и "Методика определение параметров звезд".) 

   Окончание:  ч.5_7 (п.п.5,6) http://gvaleriy.blogspot.ru/2016/02/5-7.html
   
   Гребенников Валерий  8-928-16-00-581

   
   

   
   

   
   
7.