Dodieties iekšā zvaigznē, lai redzētu, kā tas darbojas

Saulei tuvākā zvaigzne Proxima Centauri ir apzīmēta ar sarkanu apli, kas atrodas tuvu spožajām zvaigznēm Alpha Centauri A un B. Pieklājīgi Skatebiker/Wikimedia Commons.

Zvaigznes vienmēr ir ieinteresējušas cilvēkus, iespējams, no brīža, kad mūsu senākais sencis izgāja ārā un paskatījās uz nakts debesīm. Mēs joprojām ejam ārā naktī, kad varam, un skatāmies uz augšu, brīnoties par tiem mirgojošiem objektiem. Zinātniski tie ir astronomijas zinātnes pamatā, kas ir zvaigžņu (un to galaktiku) izpēte. Zvaigznes spēlē ievērojamas lomas zinātniskās fantastikas filmās un TV šovos un videospēlēs kā piedzīvojumu stāstu fonu. Tātad, kas ir šie mirgojošie gaismas punkti, kas, šķiet, ir sakārtoti naksnīgajās debesīs?

Zvaigznes ir vairāk nekā vienkārši objekti debesīs. Viņi māca mums par Visuma darbību, sākot no senākajām zvaigznēm līdz pat tagadējām. Cilvēki jau sen ir izmantojuši tādas zvaigžņu kartes kā šī, lai naktīs orientētos debesīs. Zvaigznes ir arī noderīgi navigācijas palīglīdzekļi jūrniekiem, kā arī zvaigžņu vērotājiem. Kerolīna Kolinsa Petersena

Zvaigznes galaktikā

No Zemes mums ir redzami tūkstošiem zvaigžņu, it īpaši, ja novērojam patiešām tumšā debesu skatu laukumā). Tomēr Piena ceļā vien to ir simtiem miljonu, un ne visi ir redzami cilvēkiem uz Zemes. Piena ceļš ir ne tikai visu šo zvaigžņu mājvieta, bet arī “zvaigžņu audzētavas”, kurās gāzu un putekļu mākoņos izšķiļas jaundzimušās zvaigznes.

Visas zvaigznes ir ļoti, ļoti tālu, izņemot Sauli. Pārējie atrodas ārpus mūsu Saules sistēmas. Mums tuvāko sauc Proxima Centauri , un tas atrodas 4.2gaismas gadiprom.

Habla kosmiskā teleskopa skats uz Proksima Kentauri. NASA/ESA/STScI

Lielākā daļa zvaigžņu vērotāju, kas kādu laiku ir novērojuši, sāk pamanīt, ka dažas zvaigznes ir spožākas par citām. Šķiet, ka daudziem ir arī vāja krāsa. Daži izskatās zili, citi balti, bet vēl citi ir vāji dzelteni vai sarkanīgi. Tur ir daudz dažāda veida zvaigznes Visumā.

Ievērojiet divas nedaudz atšķirīgas zvaigžņu krāsas, kas veido Albireo, dubultzvaigzni Cygnus the Swan degunā. Tos var viegli redzēt caur binokli vai nelielu teleskopu. Pieklājīgi N.B., izmantojot Wikimedia Commons, Attribution-Share Alike 4.0 licence.

Saule ir zvaigzne

Mēs gozējamies zvaigznes — Saules gaismā. Tas atšķiras no planētām, kas ir ļoti mazas salīdzinājumā ar Sauli, un parasti ir izgatavotas no akmeņiem (piemēram, Zemes un Marsa) vai vēsām gāzēm (piemēram, Jupiters un Saturns). Izprotot, kā darbojas Saule, astronomi var gūt dziļāku ieskatu visu zvaigžņu darbībā. Un otrādi, ja viņi savas dzīves laikā pēta daudzas citas zvaigznes, ir iespējams noskaidrot arī mūsu pašu zvaigznes nākotni.

Saules slāņveida struktūra un tās ārējā virsma un atmosfēra sniedz astronomiem ieskatu citu zvaigžņu uzbūvē. NASA

Kā darbojas zvaigznes

Tāpat kā visas pārējās Visuma zvaigznes, Saule ir milzīga, spoža karstas, kvēlojošas gāzes sfēra, ko satur pati gravitācija. Tā dzīvo Piena Ceļa galaktikā kopā ar aptuveni 400 miljardiem citu zvaigžņu. Tie visi darbojas pēc viena un tā paša pamatprincipa: kodolos savieno atomus, veidojot siltumu un gaismu. Tā darbojas zvaigzne.

Saules iekšpuses izgriezums. Lielākajai daļai zvaigžņu ir līdzīga veida zonas, tostarp kodoli, kuros notiek kodolsintēze. NASA/MSFC

Saulei tas nozīmē, ka ūdeņraža atomi lielā karstumā un spiedienā tiek sasisti kopā. Rezultāts ir hēlija atoms. Šis saplūšanas process atbrīvo siltumu un gaismu. Šo procesu sauc par “zvaigžņu nukleosintēzi”, un tas ir daudzu Visuma elementu avots, kas ir smagāki par ūdeņradi un hēliju. Tātad no tādām zvaigznēm kā Saule nākotnes Visums iegūs tādus elementus kā oglekli, ko tas veidos novecojot. Ļoti 'smagie' elementi, piemēram, zelts vai dzelzs, rodas masīvākās zvaigznēs, kad tās mirst, vai pat katastrofālas neitronu zvaigžņu sadursmes.

Kā zvaigzne veic šo 'zvaigžņu nukleosintēzi' un šajā procesā nesadalās? Atbilde: hidrostatiskais līdzsvars. Tas nozīmē, ka zvaigznes masas gravitāciju (kas velk gāzes uz iekšu) līdzsvaro siltuma un gaismas spiediens uz āru. starojums spiediens — ko rada kodolsintēze, kas notiek kodolā.

Šī saplūšana ir dabisks process un prasa milzīgu enerģijas daudzumu, lai uzsāktu pietiekami daudz kodolsintēzes reakciju, lai līdzsvarotu gravitācijas spēku zvaigznē. Zvaigznes kodolam ir jāsasniedz temperatūra, kas pārsniedz aptuveni 10 miljonus kelvinu, lai sāktu ūdeņraža saplūšanu. Piemēram, mūsu Saules temperatūra ir aptuveni 15 miljoni Kelvinu.

Zvaigzne, kas patērē ūdeņradi, lai veidotu hēliju, tiek saukta par “galvenās secības” zvaigzni, jo tā visu laiku ir ūdeņraža saplūšanas objekts. Kad tas iztērē visu savu degvielu, kodols saraujas, jo ārējā starojuma spiediens vairs nav pietiekams, lai līdzsvarotu gravitācijas spēku. Serdes temperatūra paaugstinās (jo tā tiek saspiesta), un tas dod tai pietiekami daudz “oomph”, lai sāktu sapludināt hēlija atomus, kas sāk veidoties ogleklī. Tajā brīdī zvaigzne kļūst par sarkano milzi. Vēlāk, kad tai beidzas degviela un enerģija, zvaigzne saraujas sevī un kļūst par balto punduri.

Kā zvaigznes mirst

Nākamā zvaigznes evolūcijas fāze ir atkarīga no tās masas, jo tas nosaka kā tas beigsies . Zemas masas zvaigznei, tāpat kā mūsu Saulei, ir atšķirīgs liktenis nekā zvaigznēm ar lielāku masu. Tas izpūtīs savus ārējos slāņus, izveidojot planētu miglāju ar baltu punduri vidū. Astronomi ir pētījuši daudzas citas zvaigznes, kas ir pakļautas šim procesam, kas sniedz viņiem lielāku ieskatu par to, kā Saule beigs savu dzīvi pēc dažiem miljardiem gadu.

Vai mūsu Saule varētu beigt savu dzīvi, izskatoties pēc planētas miglāja NGC 678? Astronomi domā, ka tas varētu to darīt. TAS IR

Tomēr lielas masas zvaigznes daudzējādā ziņā atšķiras no Saules. Viņi dzīvo īsu mūžu un atstāj aiz sevis krāšņas atliekas. Kad tās eksplodēs kā supernovas, tās izmet savus elementus kosmosā. Labākais supernovas piemērs ir Krabja miglājs Vērsī. Sākotnējās zvaigznes kodols tiek atstāts, jo pārējais tās materiāls tiek izspridzināts kosmosā. Galu galā kodols varētu saspiesties, lai kļūtu par neitronu zvaigzni vai melno caurumu.

Habla kosmiskā teleskopa skats uz Krabja miglāja supernovas paliekām. NASA/ESA/STScI

Zvaigznes savieno mūs ar Kosmosu

Zvaigznes eksistē miljardos galaktiku visā Visumā. Tie ir svarīga kosmosa evolūcijas sastāvdaļa. Tie bija pirmie objekti, kas veidojās pirms vairāk nekā 13 miljardiem gadu, un tie ietvēra agrākās galaktikas. Kad viņi nomira, viņi pārveidoja agrīno kosmosu. Tas ir tāpēc, ka visi elementi, ko tie veido savos kodolos, tiek atgriezti kosmosā, kad zvaigznes mirst. Un šie elementi galu galā apvienojas, veidojot jaunas zvaigznes, planētas un pat dzīvību! Tāpēc astronomi bieži saka, ka mēs esam izgatavoti no 'zvaigžņu lietām'.

RediģējaKerolīna Kolinsa Petersena.