Яка температура у зірки
Звідки в зірці береться жар?
Розгадка секрету високої температури зірки лежить всередині неї. Мається на увазі не тільки склад світила - в буквальному сенсі весь загострення зірки виходить зсередини. Ядро - це гаряче серце зірки, в якому відбувається термоядерна реакція синтезу, найпотужніша з ядерних реакцій. Цей процес є джерелом енергії для всього світила - тепло з центру піднімається назовні, а потім і у відкритий космос.
Тому температура зірки сильно розрізняється залежно від місця вимірювання. Наприклад, температура в центрі ядра нашого Сонця досягає 15 мільйонів градусів Цельсія - а вже на поверхні, в фотосфері, жар спадає до 5 тисяч градусів.
Але існує ще й зоряна корона, сама верхня частина атмосфери зірки. Її температура надзвичайно висока в порівнянні з нагріванням нижніх шарів - у Сонця вона доходить до 900 тисяч - 1 мільйон градусів Цельсія. Точної причини такого стрибка вчені ще не знають, але в ньому явно замішано магнітне поле Сонця. Воно відіграють чималу роль у формуванні підсумкової температури поверхні зірки - але про це трохи далі.
Сонце - це звичайнісінька зірка у Всесвіті, тому її показники температури властиві більшості видимих зірок. Однак, є зірки гарячіше: розпечена поверхня зірок - блакитних надгігантів, таких як Джета в сузір'ї Корми, досягає 200 000 ° C! Страшно уявити, наскільки висока температура в їхньому ядрі - нагрівання перевалює за сотню мільйонів градусів за Цельсієм. Червоні гіганти, навпаки, холодніше - їх фотосфера розігрівається всього до 2,5-3 тисяч градусів за Цельсієм.
Чому температура зірки така різна?
Дійсно, відмінності в нагріванні ядра зірки і її поверхні дивують. Якби вся енергія ядра Сонця розподілиться по зірці рівномірно, температура поверхні нашого світила складе кілька мільйонів градусів за Цельсієм! Не менш вражаючі відмінності в температурі між зірками різних спектральних класів.
Вся справа в тому, що температуру зірки визначають два головні чинники: рівень випромінювання енергії ядром і площа поверхні, що випромінює. Розглянемо їх докладніше.
Випромінювання енергії ядром
Хоча ядро розжарюється до 15 мільйонів градусів, не вся ця енергія передається сусіднім верствам. Випромінюється тільки те тепло, яке було отримано від термоядерної реакції. Енергія гравітаційного стиснення, незважаючи на свою міць, залишається в межах ядра. Відповідно, температуру верхніх шарів зірки визначає тільки сила термоядерних реакцій в ядрі.
Відмінності тут можуть бути якісні і кількісні. Якщо ядро досить велике, в ньому «згоряє» більше водню. Цим шляхом енергію отримують молоді і зрілі зірки розмірів Сонця, а також блакитні гіганти і надгіганти. Масивні зірки на кшталт червоних гігантів витрачають в ядерній «топці» не тільки водень, але і гелій, або навіть вуглець і кисень.
Процеси синтезу з ядрами важких елементів дає набагато більше енергії. В рамках термоядерної реакції синтезу, енергія виходить за рахунок надлишкової маси з'єднуються атомів. Під час протон-протонної реакції, яка відбувається всередині Сонця, 6 ядер водню з атомною масою 1 об'єднуються в одне ядро гелію з масою 4 грубо кажучи, 2 зайвих ядра водню переходять в енергію. А коли «горить» вуглець, стикаються ядра з масою вже 12 - відповідно, вихід енергії куди більше.
Площа поверхні, що випромінює
Однак зірки не тільки генерують енергію, але і витрачають її. Отже, чим більше енергії зірка віддає, тим менше її температура. А кількість віддається енергії першочергово визначає площу випромінюваної поверхні.
Істинність цього правила можна перевірити навіть в побуті - білизна сохне швидше, якщо його розвісити ширше на мотузці. А поверхня зірки розширює її ядро. Чим воно щільніше, тим вище його температура - і при досягненні певної планки, від напруження запалюється водень поза зоряного ядра.
Ядра червоних гігантів дуже щільні, оскільки там дуже багато гелію. Іноді він вже і сам «засвічений» термоядерної реакцією. Тому площа їх поверхні перевищує площа Сонця в десятки тисяч, а то і в мільйон разів! Так що фотосфера навіть найбільших червоних гігантів в два рази холодніше поверхні Сонця.
Відмінності в температурі на поверхні
Ще один важливий пункт - деякі місця на поверхні однієї і тієї ж зірки можуть мати різну температуру. Перепади досягають декількох тисяч градусів Цельсія! Все залежить від способу передачі енергії від ядра зірки. Астрофізики виділяють два основних - променистий перенесення і конвекцію:
Під час променевого переносу енергія ядерного синтезу пробивається з центру зірки прямо крізь зоряне речовина - у вигляді променів. Цей шлях ефективний з точки зору збереження енергії, але дуже повільний. Якщо зона променистого перенесення знаходиться у центру зірки, як у нашого Сонця, шлях променів займе кілька десятків тисяч років.
Конвекція ж базується на всім нам відомому законі природи - теплі рідини і гази піднімаються наверх, а холодні - опускаються вниз. І так як зірки складаються з газу, конвекція спостерігається і у них. Зоряне речовина, розігріваючи у більш гарячих шарів зірки, піднімається до більш холодним зонам світила з меншим тиском газу. Там забрана зсередини енергія віддається у вигляді випромінювання.
У Сонця же все навпаки: енергія від ядра йде у вигляді променів, а потім вже викидається на поверхню конвективними потоками зоряної плазми. Там, в фотосфері, енергія Сонця знову перетворюється в світло - в тому числі видимий людському оку.
І саме завдяки конвекції на поверхні Сонця трапляються перепади температури. Місця, в яких це відбувається, виділяються ще і візуально. Три основних типи - це смолоскипи, плями і протуберанці.
Смолоскипи - це гарячі і яскраві зони на Сонце. Їх температура вище навколишньої поверхні на 1-2 тисячі градусів за Цельсієм.
Протуберанці є виверженням зоряної речовини з глибини, які піднімаються вище сонячної атмосфери. Хоча вони і холодніше корони Сонця, їх температура вище фотосферної - до 15 тисяч градусів Цельсія.
Як і факели, так і плями з протуберанцями на Сонце з'являються завдяки магнітних полів зірки, які перетинають фотосфери в періоди підвищеної активності. Смолоскипи з'являються на тих місцях, де магнітні лінії прискорюють конвективні потоки газів з глибин Сонця. Схоже походження мають і протуберанці - але зона виходу магнітного поля у них куди вже, а сила магнітних ліній - більше. У плямах, навпаки, магнітне поле гальмує процес термопередачи - тому вони тьмяніше і прохолодніше.
В силу близькості Сонця до нас, воно залишається єдиною зіркою, на якій спостерігалися такі явища. Але так як природа зірок дуже схожа, астрономи припускають наявність плям і факелів на інших світила.
Поділитися з друзями:
Вам так само буде цікаво:
