Sunčeva Evolucija

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

Hertzsprung-Russellov dijagram (aka glavnog niza)

Većina zvijezda su prilično jednostavne stvari. Oni dolaze u različitim veličinama i temperaturama, ali velika većina može se okarakterizirati samo dva parametra: njihove mase i njihovoj dobi. (Kemijski sastav ima neki utjecaj, ali ne i dovoljno za promjenu ukupnu sliku o tome što ćemo se raspravlja ovdje. Sve su zvijezde oko tri četvrtine vodik i jedna četvrtina helij kada su rođeni.)

Ovisnost o masi dolazi jer sama težina mase zvijezde određuje njen središnji tlak, što zauzvrat određuje stopu nuklearnog gori (viši tlak = više sudara = više energije), a nastala fuzija energija je ono što pokreće temperaturu zvijezde, općenito, masivniji zvijezda je, svjetlije i toplije to mora biti. To je također slučaj da je tlak plina na bilo kojoj dubini u zvijezde (koja također ovisi o temperaturi na toj dubini) mora uravnotežiti težinu plina iznad njega. I na kraju, naravno, ukupna energija generirana u jezgri mora biti jednak ukupnom energiju zrači na površinu.

Ova zadnja činjenica stvara još jednu prepreku, jer je energija zračenja kugle suspendirane u vakuumu ponaša se zakon poznat kao Stefan-Boltzmann jednadžbe:

L = C R2 T4 (ukupno sjaj vrućeg kugle)

Ovdje L je sjaj zvijezde, C je constant1, R je radijus zvijezde u metrima, a T je temperatura površine zvijezde u K°. Napomena koliko brzo energija zrači zvijezda raste s T: udvostručenje temperature uzrokuje njegova proizvodnja energije povećati za 16 puta.

Zvijezda koja zadovoljava sve ove prepreke se kaže da je u hidrostatskog ravnoteži. Hidrostatski ravnoteža ima sretan učinak koji je sklon da zvijezde stabilan. Trebam jezgra zvijezde biti komprimirani je kompresija uzrokuje nuklearnu gori da se poveća, što stvara više topline, što prisiljava na pritisak i čini zvijezda proširiti. To ide natrag u ravnotežu. Isto tako, ako jezgra zvijezde treba otpakirati, zatim nuklearna gori smanjuje, što hladi zvijezdu i donosi pritisak prema dolje, a time i ugovori zvijezda i ponovno se vraća u ravnotežu. Izlazna energija Sunca nije varirala više od možda 0,1% do 0,2% u ljudskoj povijesti – nije loše za nuklearni reaktor koji nema regulatorni odbor, nema inženjerima, a nije imao sigurnosnu provjeru u gotovo pet milijardi godina.

Čvrsta Međusobni odnos temperature, pritiska, mase i brzine nuklearnog gori znači da je zvijezda određene mase i dobi može postići samo hidrostatski ravnotežu na jedan set vrijednosti. To jest, svaka zvijezda u našoj galaksiji iste mase i starosti kao i Sunce također ima isti promjer, temperaturu i potrošnju energije. Ne postoji drugi način za sve u ravnoteži. Ako netko stvara vrlo hard-core astrofizike graf poznat kao Hertzsprung-Russellov dijagram (HR dijagramu za kratko), odnos između zvijezde mase i njegovih drugih osobina postaje jasno. HR dijagram je prikazan na slici 1.

1 – Vrlo dobro, ako baš morate znati, konstanta jednaka 5,67 x 10-8 W m-2 K-4.

Ova jednadžba je važno jer pokazuje kako čak i male promjene u temperaturi površine zvijezde mogu dovesti do velike promjene u energetskom izlaz. Ako temperatura Sunčeve samo je uskrsnuo od 5780 K ° do 5900 K °, njegova svjetlost bi porasti za gotovo 9%.

2 – Astronomi tradicionalno klasificira glavna sekvence zvijezda slovima, ovako:
O – 30.000 do 40.000 K °
B – 10.800 do 30.000 K °
A – 7240 do 10.800 K °
F – 6000 do 7240 K °
G – 5150 do 6000 K °
K – 3920-5150 K °
M – 2700 do 3920 ° K

U svakom razredu brojevi od 0 do 9 dati podrazred s nula najviša podrazred (najviša temperatura). Sunce je klasificiran kao G2 zvijezda.

3 – Jedan od najistaknutijih pitanja u geologiji kako Sunce mogao stalno postaju svjetlije i kao ukupni temperatura na Zemlji je ostao više-manje konstantan. Ne znamo točno, ali u dvije riječi ili manje, odgovor je: učinak staklenika. Zemljina atmosfera je očito imao puno veću količinu stakleničkih plinova prije četiri milijarde godina, koji je zadržao ga toplo. (U stvari, vrlo toplo. Srednje globalne temperature mogu biti kao visok kao 140 F °.) Različite složene bio-geološkog povratne petlje su stalno smanjuje efekt staklenika upravo zato što Sunce je sve jače.

4 – Nažalost, povratne petlje navedene u bilješci 3 ne može zaštititi Zemlju zauvijek. Nakon njegova efekt staklenika je pao na nulu, Zemlja ne može učiniti ništa više da se ohladi.

5 – Ali to nije baš dobra analogija. Kliknite ovdje da biste pročitali cijelu priču, ili kliknite na ikonu. 

HR dijagram uzima set zvijezde i zemljište svoje luminosities (u odnosu na Sunce) u odnosu na njihove površinske temperature. Imajte na umu da je temperatura skala na HR dijagramu na slici 1. teče unatrag, s desna na lijevo, a to je sjaj os visoko komprimirani. (Povijesno gledano, to je kako je izgrađena prva HR dijagram, tako da sada su svi.) Kada se radi za veliki uzorak zvijezda, možemo vidjeti da velika većina zvijezda pada po jedan, izuzetno uskom pojasu koji se proteže od odozdo pravo na gornjem lijevom, to jest od prigušeno i crvene do svijetlo i bijelo-vruće. Astronomi zvati ovaj bend glavnog niza, a time i svaka zvijezda uz bend se zove star.2 glavni slijed.

Glavni slijed postoji upravo zbog nefleksibilne prirode hidrostatskog ravnoteže. Zvijezde s vrlo niskim mase (što je manje za 7,5% tog Sunca) leže u donjem desnom kutu HR dijagrama. Oni moraju ležati na donjem desnom kutu. Ovaj dio HR dijagrama odgovara ekstremno niskim svjetlost – samo kao deset tisućama Sunčevim – i niske temperature površine, što odgovara mutnom narančastožutog sjaj rastaljenog metala. Te zvijezde nemaju dovoljno mase za stvaranje pritisak potreban da bi nuklearni gori u njihovim jezgrama ići brže. Visoke masivnih zvijezda (gore od 40 solarna masa) nalaziti na gornjoj lijevoj strani, kao što moraju. Za razliku od low-masa zvijezde, njihove goleme mase i visoke središnje pritisci dovesti do divova koji mogu biti 160.000 puta svjetlija od Sunca, i tako vruće da odaju više energije u ultraljubičastom nego oni kao vidljivu svjetlost. Sunce je smješten gotovo točno na pola puta između tih krajnosti, a time nije ni jako slabo, niti izrazito svijetle kao zvijezde ići. Ona sjaji sa svijetlim žućkasto-bijele boje.

Jedan-na-jedan priroda između mase i hidrostatski ravnoteže znači da kao što se razlikuju masu zvijezde, sve što možete učiniti je klizanje po jednu, unaprijed određenom putu s obzirom na svim svojim drugim fizikalnim svojstvima. Ova staza je upravo glavni slijed. Ali sada kada sam rekao da, drugi pogled na HR dijagramu pokazuje da postoji jako malo zvijezda i izvan glavnog niza: oni su koncentrirani u „otoka” na gornjem desnom i donjem lijevom. Budući da su zvijezde u gornjem desnom dijelu su vrlo svijetao, ali ipak imaju kul, crvenkaste površine, astronomi ih nazivaju crveni divovi. Isto tako, budući da su zvijezde u donjem lijevom su vrlo slabo, ali također užareni, oni su pozvani bijeli patuljci. Upoznali smo se bijeli patuljci već u teorijskoj način. Sada ćemo vidjeti gdje su pravi one dolaze.

Crveni divovi i bijeli patuljci 

Crveni divovi i bijeli patuljci doći jer zvijezde, poput ljudi, mijenjaju s godinama i na kraju umrijeti. Za ljude, uzrok starenja je pogoršanje bioloških funkcija. Za zvijezde, uzrok je neizbježan energetska kriza kao što počinje izvoditi iz nuklearnog goriva.

Od svog rođenja prije 4,5 milijardi godina, Sunčeva svjetlost je vrlo lagano porasla je za oko 30% .3 To je neizbježna evolucija koja dolazi zbog, kako su milijarde godina kotrljati po, Sunce je gori vodika u jezgri. Helija „Pepeo” ostavili su gušća od vodika, tako da se vodik/helij mješavina na suncu jezgre vrlo polako postaje gušća, čime se povećava pritisak. To uzrokuje nuklearne reakcije pokrenuti malo toplije. Sunce osvjetljava.

Ovaj proces osvjetljujući kreće uz vrlo polako na prvi, kada je još preostalo da se spaljuje u središtu zvijezde dovoljno vodik. Ali na kraju, jezgra postaje tako teško iscrpljene goriva da njegova proizvodnja energije počinje padati bez obzira na sve veće gustoće. Kada se to dogodi, gustoća jezgre počinje rasti čak i više, jer bez izvora topline kako bi se odupre gravitaciji, jedini mogući način jezgra može odgovoriti je ugovorni dok njegov unutarnji tlak dovoljno visok da se držite težinu cijela zvijezda. Bizarno, to pražnjenje središnjeg spremnika goriva čini zvijezda svjetlije, nije kratka svjetla, jer je intenzivan pritisak na površini jezgre uzrokuje vodik tamo gorjeti čak i brže. To je više od zauzima zatišje od centra goriva iscrpljena. osvjetljujući zvijezde ne samo nastavlja.

Sunce je oko pola puta kroz vrlo dugog procesa prelaska iz mirovanja u kojem vodik izgara u kernelu u njegovom središtu na način gdje vodik će se spalio u sfernoj ljusci omotan oko intenzivno vruće, vrlo gusta, ali sasvim inertnim, helij jezgre. Nakon što ga čini prijelaz iz osnovne spaljivanja shell gori, to će se ulazak svoje sumrak godina. Kako je helij jezgra raste, tako da se vodik sagorijevaju ljusku iznad njega, čime je Sunce sve jače čak i dok zlokobno povećava brzinu kojom se helij accreted na jezgru. Rastuća jezgra gori Sunca vodik još brže, što zauzvrat samo povećava jezgru brže.

Ukratko, na kraju, nuklearna peć na sredini svake zvijezde počne pregrijavati. Da bi brojeve na to, kada Sunce je formirana prije 4,5 milijardi godina bio je oko 30% prigušivanje nego danas. Na kraju iduće 4,8 milijarde godina, Sunce će biti oko 67% svjetliji nego što je sada. U 1,6 milijardi godina nakon toga, Sunčeva svjetlost će se popeti na smrtonosnu 2.2 Lo. (Lo = prisutna ned) Zemlja koju će zatim su pekli na gole stijene, svoje oceane i sve svoj život kuhano daleko od nazire Sunca koje će biti oko 60% veća nego kod present. 4 Temperatura površine na Zemlji će bude veći od 600°F. Ali čak i ova verzija Sunca je još uvijek stabilna i zlatno u odnosu na ono što će doći.

Oko 7,1 milijardi godina poslije Krista, Sunce će početi razvija tako brzo da će prestati biti glavni slijed zvijezda. Njegov položaj na HR dijagramu će početi pomak od mjesta gdje je sada, u neposrednoj blizini centra, prema gornjem desnom kutu gdje su crveni divovi žive. To je zato što je Sunčeva helij jezgra će na kraju doći do kritične točke gdje se tlak od normalnog plinova ne može držati teški teret koji se gomilali na njemu (ni plinovi zagrijavaju na desetke milijuna stupnjeva). Maleni sjeme elektron-degenerirani stvari će se početi rasti u središtu Sunca Pojedinosti o ovom prijelazu su predmet rasprave, ali teorijski proračuni ukazuju da će početi kada Sunčeva inertan helij jezgra doseže oko 13% solarnog mase, ili oko 140 Jupiteri.

U ovom trenutku u svom životu, Sunce će postati neposlušna. Mehanizam koji je polako što je svjetlija u posljednjih jedanaest milijardi godina – više jezgri tlakom, donoseći toplije nuklearne spaljivanje, čime se više helija za povećanje jezgru – sada ubrzava do katastrofalne razine od stalno povećanje elektron-degeneracije. 500 milijuna godina nakon što padne na kritičnu točku, Sunčeva svjetlost će se balon s 34 evo, dovoljno vatrena stvoriti sjajne jezera rastaljenog aluminija i bakra na Zemljinoj površini. U samo 45 milijuna godina, više će doći do 105 Eto, i 40 milijuna godina nakon toga će skočiti do nevjerojatnih 2300 Lo.

Po ovom trenutku ogromni energetski izlaz Sunca će uzrokovali svoje vanjske slojeve napuhati u ogromnom, ali vrlo krhak atmosferi najmanje veličine orbite Merkura, a možda i kao velika kao orbite Venere. (Razmislite o tome nasilno voda ponaša u lonac brzo kipuće vode u usporedbi s onom u nježno Ustanove lonac. To je analogno tome zašto je Sunčeva atmosfera „prokuha” prema van kao njezine osnovne postaje toplije.) 5 ogromne veličine od solarni atmosfera i ogromna izlazna toplina Sunca znači da: #1) Zemlja će biti spaljena na ništa, ali spržen željezne jezgre po ovom trenutku, ako ne i ispario zajedno – izračuni pokazuju da bi to moglo ići u oba smjera – i #2) solarni atmosfera će biti relativno hladan unatoč sunčeve ogromne proizvodnje energije. Dakle, Sunce će biti i crvene boje i izuzetno svijetao. To će se pridružio crvene divove. (Vidi sliku 2.)

Broj zvijezda u crvenog diva dijelu HR dijagramu je samo djelić posto da je na glavnom nizu, jer nema zvijezda može ostati div dugo. Kada se Sunce dostiže svoju maksimalnu blistavost u obliku crvenog diva, to će biti gori više nuklearno gorivo svakih šest milijuna godina nego što je tijekom cijelog svog jedanaest milijardi godina života na glavnom nizu. To nije održivo. Isto tako, barem što je najvažnije, crvene divovske zvijezde su zapravo nikada stabilna u istom smislu kao što je Sunce sada. Oni su uvijek raste i paljenjem svoje gorivo sve brže, sve dok ih nešto ne zaustavi. Nema dugoročna ravnoteža za crvenog diva.