Академия Голоса. Курс "Big history - from the Big Bang until today". Конспект 2/2 первого модуля

Добро пожаловать в Академию Голоса от @ontofractal. Продолжаем увлекательное путешествие по Большой истории — от Большого взрыва до сегодняшнего дня вместе с учеными из Амстердамского университета.

Звезды и солнечная система

Почему огромные звезды так важны для нас?

Самыми распространенными звездами во вселенной являются те, которые похожи на наше Солнце или меньше его. Они холоднее нашей ближайшей звезды и из-за этого кажутся красными. Такие звезды называются Красными или даже Коричневыми карликами.

Но сегодня мы будем говорить о синих и голубых звездах. Они по крайней мере в 8 раз массивнее Солнца и в миллион раз ярче. Жизнь таких звезд сильно отличается от жизни нашей ближайшей звезды. Умирая, они взрываются как сверхновые, оставляя после себя потрясающие остатки. Также звезды сыграли огромную роль в истории нашей Вселенной.

После Большого взрыва во Вселенной не было источников света. Этот период называется “космические темные века”. Примерно через 100 млн лет появились первые звезды. Они были чрезвычайно массивны и очень быстро взрывались. Этот период, когда массивные звезды жили короткую жизнь, после чего происходил взрыв сверхновой, который давал жизнь другому поколению массивных звезд, сформировал разнообразную Вселенную, в которой находится наша Солнечная система.

Одна из причин того, что наша Вселенная так интересна сегодня — это разнообразие химических элементов. Однако единственными элементами, которые были созданы при большом взрыве и существовали во Вселенной, были водород, гелий и немного лития. Откуда же тогда взялись все остальные элементы? Ученые считают, что они родились внутри звезд.

Внутри звезд настолько высокая температура, что становиться возможным ядерный синтез. В результате него в конце жизни массивные звезды выглядят как луковица, каждый слой которой состоит из определенного химического элемента. При взрыве сверхновой, который настолько силен, что образуется еще больше элементов, часть этих элементов выбрасывается в окружающие газовые облака. А из этих облаков образуются новые звезды, системы и планеты.

Как умирают звезды?

Чтобы дать ответ на этот вопрос, давайте сначал разберемся, что такое звезда. Сделаем это на примере Солнца. Солнце — это большой шар светящегося газа диаметром полтора миллиона километров и температурой 6000 градусов. Количество энергии излучаемой Солнцем достигает 26 000 Вт. Откуда берется вся эта энергия? Солнце невероятно тяжелое, а газ в центре сильно сжат весом других слоев газа. От сжатия газ нагревается до 16 млн градусов, что делает возможным ядерный синтез: водород превращается в гелий. Когда водород закончится, Солнце начнет умирать. Сначала оно станет красным гигантом, затем поглотит землю и умрет. Солнце разрушится, станет размером с Землю с массой звезды. Такая разрушенная звезда называется белым карликом.

Продолжительность жизни звезды зависит от двух вещей: сколько ядерного топлива она имеет и как быстро это ядерное топливо горит. Звезды, которые имеют массу в более чем 10 раз больше Солнца, живут и умирают совершенно по другому. Такие звезды не превращаются в белых карликов, когда у них заканчивается топливо. Когда ядро массивной звезды рушится, чтобы сформировать новую звезду или черную дыру, её внешние слои отбрасываются огромным взрывом сверхновой.

Цикл жизни массивных звезд

При взрыве внешние слои звезды “выдуваются” в космос. Они остаются видимыми в течении ста лет, как облако светящегося газа, расширяющегося на тысячи километров в секунду.

Существуют звезды, которые в 10 раз меньше Солнца — это красные карлики. Они сжигают топливо очень медленно, поэтому ни один красный карлик еще не умер. Таких звезд много, и, скорее всего, они закончат свою жизнь как белые карлики. В конце концов умрут и остынут все звезды во вселенной. Это и будет конец истории.

Кто наши соседи по Солнечной системе?

Не смотря на то, что Солнечная система намного меньше вселенной и галактики, она все-таки огромна. Астрономы измеряют расстояние внутри Солнечной системы астрономическими единицами.

Астрономическая единица — это расстояние между Солнцем и Землей. Она соответствует времени прохождения света в 8 минут 20 секунд. Размер Солнечной системы равен примерно 50 астрономическим единицам.

Все мы помним название планет Солнечной системы: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Раньше в этом списке был еще Плутон. Но в настоящее время он не является планетой. Планета — это массивный объект вращающийся вокруг звезды.

Наша Солнечная система четко структурирована. В ней выделяются два основных региона: район земных планет близких к Солнцу и область газовых гигантов.

Солнечная система также содержит огромное количество небольших объектов. Эти объекты избегают регионов, где находятся планеты, и сосредоточены в трех местах:

Пояс астероидов между Марсом и Юпитером. Самым крупным объектом этого пояса является карликовая планета Церера.
Пояс Койпера, находящийся прямо за Нептуном. Объекты здесь состоят преимущественно из-зо льда. Иногда они залетают во внутреннюю Солнечную систему и при нагревании Солнцем образуется большой хвост газа и пыли, который можно увидеть невооруженным взглядом. Пояс Койпера можно назвать самым захватывающим открытием в Солнечной системе за последние 20 лет.
Третий регион называется облаком Оорта. Оно находится на полпути к следующей звезде. Здесь также находятся потенциальные кометы.

Имеет ли наша солнечная система историю?

Солнечная система — эта та модель которую мы используем для неизменной стабильности и динамической простоты, которая представляется идеальной для изучения законов природы.

Но сейчас мы поговорим о том, что Солнечная система не такая уж неизменная, как мы думаем. Когда речь заходит о её формировании, мы смотрим на молодые звезды и наблюдаем за зарождением их планетарной системы. Из этих наблюдений мы знаем, что Солнце образовалось из облака пыли и газа. Часть облачного материала не попала в звезду, а стала плоской дисковой структурой вокруг неё. На этом диске мелкие частицы пыли начали склеиваться и расти вплоть до размера планет и планет-гигантов, которых мы видим сейчас.

Считается, что наличие в солнечной системе поясов астероидов и Койпера является отражением того факта, что солнечная система в младенчестве была нестабильна и совсем не спокойна.

Ученые пришли к выводу, что планеты сформировались не в тех местах, в которых находятся сегодня. Например, существует теория, что Юпитер совершил большое путешествие по внутренней солнечной системе к тому месту, где сейчас находится Земля. После этого путешествия он вернулся, оставив после себя пояс астероидов.

Глядя на пояс Койпера, ученые пришли к выводу, что Нептун сформировался ближе к Солнцу. Затем медленно в течении десятков, а может и сотен миллионов лет, Нептун мигрировал на свое место.

После первого миллиарда лет Солнечная система успокоилась. Планеты встали в положение, в котором находятся сейчас. Нам повезло жить в этой стабильной фазе, потому что долгосрочная стабильность является основным требованием для развития жизни на планете.

Что для меня было наиболее интересным и впечатляющим в данной неделе курса?

В этой части курса наиболее поразила цикличность мира, на примере жизни звезд, и конечность мира, на примере Солнечной системы и в целом вселенной. Космос все больше представляется как отдельный целостный организм, в котором наша планета, не говоря уже о нас самих, крошечная песчинка. Масштабы завораживают и немного пугают, а также позволяют взглянуть на более полную картину мира. Первая неделя курса в целом была для меня достаточно сложная, так как пришлось разбираться в достаточно сложных для меня физических законах. Но она стоила того.