7 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Итак, мы рассмотрели энерговыделение на разных стадиях эволюции звезд:

гравитационное сжатие и первоначальный разогрев. В случае массы Солнца энерговыделение на этом этапе составляет по порядку величины 1048 эрг;

звезда главной последовательности. Спектральный класс и темп эволюции здесь определяются массой, идет реакция превращения водорода в гелий. У звезды сол­нечной массы полный запас энергии, которым «распо­лагает» эта реакция, порядка (7—8)•1051 эрг. Значи­тельная часть его расходуется на стадии главной после­довательности, часть остается на стадию красного ги­ганта;

красный гигант. Расходуется остаток водорода («слоевой источник»); горение гелия и образование ря­да элементов вплоть до железа.

После истощения ядерного горючего и образования железного ядра звезда эволюционирует по одному из следующих путей.

A. Звезды малой массы спокойно, т. е. с небольшой скоростью, сбрасывают раздувшуюся оболочку, которая превращается в так называемую планетарную туман­ность. Она расширяется и за время порядка 104—105 лет рассеивается в пространстве. Оставшееся ядро звезды с массой не более 1,2 Мс превращается в белый карлик, который довольно долго, за сотни миллионов лет, мо­жет, постепенно остывая, светить за счет запаса тепло­вой энергии.

Б. Если к моменту истощения ядерного горючего мас­са звезды окажется больше 1,2 Мс, но меньше 2,5— 3 Мс, образуется нейтронная звезда. Кинетическая энер­гия ее вращения будет поддерживать ее излучение (вер­нее, излучение пульсара) в течение порядка 107 лет.

B. Есть еще третья возможность — превращение массивной проэволюционировавшей звезды в черную дыру. Но в этой брошюре мы не будем касаться ни свойств черных дыр, ни рентгеновских источников, свя­зываемых с нейтронными звездами и черными дырами. Однако отметим следующее в связи с наблюдениями в рентгеновском диапазоне.

1. На орбитальной рентгеновской обсерватории «Эйн­штейн» (работала в 1978—1981 гг.) было обнаружено и измерено рентгеновское излучение нормальных звезд практически всех спектральных классов. Рентгеновская светимость звезд классов О и В составляет примерно 10-7 от их полной светимости, достигая 1032—1033 эрг/с у наиболее горячих. У звезд класса А она на 4—5 по­рядков меньше, а затем несколько увеличивается у звезд класса F. У звезд классов G—М рентгеновская светимость варьирует в пределах 1027—1029 эрг/с.

2. Наблюдения в рентгеновской и в жесткой ультра­фиолетовой областях показали, что в Галактике имеют­ся весьма протяженные облака разреженного (с кон­центрацией частиц 10-3 см-3), но весьма горячего газа. Образование этих облаков связывают с нагревом меж­звездной среды при взрывах Сверхновых. Другими сло­вами, это остатки (или, точнее, последствия) достаточ­но старых взрывов, так как туманности уже рассеялись, а нагрев межзвездной среды распространился на обла­сти порядка 10 пк.

3. В скоплениях галактик, наблюдаемых в созвез­диях Девы, Центавра, Персея и др., обнаружен межга­лактический газ. Спектр его рентгеновского излучения показывает, что излучение имеет обычное тепловое про­исхождение. Температура межгалактического газа в ско­плениях галактик достигает 108 К, рентгеновская свети­мость — порядка 1043—1044 эрг/с, концентрация прото­нов (1—4)•10-3 см-3. Несмотря на низкую плотность, масса этого межгалактического газа может быть (вслед­ствие колоссального объема) весьма большой, достигая 1013 Мс и даже более. (Но при этом она остается все-таки меньше суммарной массы галактик этого скопле­ния.) Как происходит нагрев межгалактического газа, пока не совсем ясно. Есть попытки объяснить его за счет движений галактик внутри скопления: галактики передают часть своей кинетической энергии газу, кото­рый их окружает, внутри которого они движутся.

4. Обнаружено, что все квазары излучают в рентге­новском диапазоне. Эти объекты являются, по-види­мому, самыми мощными и в то же время компактными генераторами энергии. При светимости порядка 1016 эрг/с и даже до 1047 эрг/с (т. е. в 100 раз больше, чем светимость всей нашей Галактики) квазары имеют раз­меры порядка «световых суток» или в крайнем случае «световых недель». Это ненамного больше размеров Солнечной системы.

Рентгеновское излучение квазаров составляет зна­чительную долю их общего излучения, а у некоторых — даже большую часть, причем есть квазары, рентгенов­ская светимость которых в 1000 раз превосходит полную светимость нашей Галактики.

5. Еще при самых первых рентгеновских наблюде­ниях в 1962 г. было обнаружено фоновое излучение. По­следующие наблюдения показали, что с точностью до 1% (такова точность наблюдений) этот фон изотропен, т. е. его интенсивность не зависит от направления, рент­геновская яркость любого участка неба равна яркости любого другого. Происхождение этого фона неясно. Есть попытки объяснить его суммарным излучением очень да­леких квазаров. Частично в «мягкой» области он может быть связан с излучением слабых, неразрешаемых в рентгеновский телескоп карликовых звезд.

Как видно из этого краткого изложения, в рентге­новской астрономии — весьма молодой области древней­шей науки — сделано много замечательных открытий. Но природа неисчерпаема — эти открытия породили не­мало интересных задач для новых исследований. А на очереди развитие гамма-астрономии, которая тоже обе­щает исключительно интересные сведения о Вселенной, в которой мы живем.

Наконец, в заключение перечислим некоторые другие виды энергии, присутствующие в Галактике.

Кинетическая энергия собственных, так называемых пекулярных, движений звезд. Солнце, например, движет­ся со скоростью около 20 км/с по направлению к со­звездию Лиры. Кинетическая энергия этого движения 4•1045 эрг.

Кинетическая энергия движения звезд вокруг центра Галактики. В окрестностях Солнца скорость его состав­ляет около 250 км/с, отсюда энергия движения Солнца около 6•1047 эрг.

Кинетическая энергия солнечного и звездного вет­ра — потока заряженных частиц, движущихся от Солн­ца и звезд. Наиболее хорошо изучен солнечный ветер — многочисленные измерения с космических аппаратов да­ли для окрестностей Земли следующие его параметры: поток от 108 до 1010 ионов/см2•с (при среднем 3•108 ионов/см2•с), скорость 200—900 км/с (при среднем 300 км/с). Отсюда можно найти, что в среднем вся «вегровая» мощность Солнца по порядку величины состав­ляет 1026—1027 эрг/с, т. е. меньшее 10-6 полной свети­мости Солнца.

Наличие звездного ветра установлено у звезд всех спектральных классов. Особенно он интенсивен у наи­более горячих звезд, обладающих весьма высокой све­тимостью. Они теряют массу со скоростью 10-7—10-6, даже до 10-5 Мс в год, т. е. 1019—1021 г/с, а скорость движения частиц доходит до 3000 км/с. Легко подсчитать, что «ветровая» мощность этих звезд по порядку величины может составлять 1036 эрг/с, т. е. приблизи­тельно 1% их светимости, а у отдельных звезд и еще больше.

Энергия более или менее регулярного магнитного поля в Галактике. Напряженность его оценивается в 10-5—10-6 Э, плотность энергии 10-2 эрг/см3, и, следо­вательно, полная энергия равна порядка 1054 эрг.

Энергия космических лучей. На внешней границе земной атмосферы через 1 см2 каждую 1 с проходит одна релятивистская частица. Приходят они изотропно, и считается, что они заполняют весь объем Галактики и удерживаются в ней магнитным полем. Плотность их энергии оценивается в 10-12 эрг/см3, а общий ее запас такой же, как у галактического магнитного поля, — 1054 эрг.

В связи с космическими лучами интересны два мо­мента. Во-первых, в составе космических лучей изредка наблюдаются частицы сверхвысоких энергий — 1020 и даже 1021 эВ. К таким частицам уже приложимы мер­ки макромира: 1021 эВ = 1,6•109 эрг=160 Дж. Такую же энергию имеет свинцовая картечина радиусом 2,2 мм (масса 0,5 г), вылетающая из ружья со скоростью 800 м/с. Во-вторых, плотность электромагнитного излу­чения в Галактике имеет тот же порядок величины, что и космических лучей — 10-12 эрг/см3.

Исследования великого многообразия различных объ­ектов во Вселенной, т. е. то, чем занимается современ­ная астрономия, имеет очень большое общенаучное значение, так как здесь материя часто находится в со­вершенно необычных, недостижимых на Земле условиях. Астрономия сталкивается с величайшими контрастами, с предельно большими и предельно малыми значениями разных физических величин, при этом выявляются такие свойства материи, о которых мы, может быть, и не зна­ли бы без астрономических наблюдений. И энергетика небесных тел, как читатель, наверное, убедился, тоже характеризуется огромными числами. Это интересно и само по себе, и в связи с глобальной задачей настоя­щего времени — поисками технических источников энер­гии, в частности, с непосредственным использованием солнечного излучения в технических целях.