§19. Будова Сонця. Джерела його енергії

1. Умова рівноваги і температура в центрі Сонця. Сонце - велетенська газова куля. Кожен елемент її маси М, що знаходиться на відстані г від центра, притягається у напрямку до центра. Здавало­ся б, під дією сили тяжіння повинен настати колапс - швидке падіння речовини у центр Сонця. Тим часом Сонце існує близько 5 млрд років, і астрономи «віщують» йому ще стільки ж у майбут­ньому. Чому це можливо?

Й. С. Шкловський, відомий астроном радянських часів, дуже об­разно висловився з цього приводу: « ...Історія існування будь-якої зорі - це справді титанічна боротьба між силою гравітації, яка намагається її необмежено стиснути, і силою газового тиску, що намагається її «розпорошити», розсіяти у навколишньому міжзоряному просторі. Мільйони і мільйони років триває ця «боротьба». Упродовж цих ди­вовижно великих строків сили рівні. Та врешті-решт перемога буде за гравітацією. Така драма еволюції кожної зорі».

Справді, якби сила тяжіння нічим не зрівноважувалась, то речовина зовнішніх шарів під дією гравітації вже за 5 хвилин вільно упала б у центр Сонця. Протидіє силам гравітації сила газового тиску, спрямована від центра Сонця назовні. Стан зорі (в даному разі Сонця), в якому внутрішній тиск газу і випромінювання зрівноважує вагу речовини, розміщеної вище, називається станом гравітаційної рівноваги.

В умовах гравітаційної рівноваги температура Т всередині зорі радіусом R і масою M пропорційна відношенню M/R. Теоретичні розрахун­ки дають для Сонця температуру в центрі близько Т_ц « 15 ООО 000 К. За та­кої температури всередині тиск протистоїть силі тяжіння. Густина речови­ни в центрі Сонця р = 100 г/см³, тиск - близько 220 млрд атмосфер.

2. Джерела енергії Сонця. За останні 150 років було вис­ловлено багато гіпотез щодо природи джерел енергії Сонця і зір. Зре­штою було з'ясовано, що реальне значення мають лише такі джерела як гравітаційне стискання і термоядерний синтез.

За сучасними уявленнями, зорі формуються з фрагментів газово-пило­вих хмар. У центрі такої хмари виникає зародок зорі, на який «нама­гається» впасти вся навколишня речовина. У процесі падіння потенціальна енергія перетворюється в кінетичну, а та, у свою чергу, внаслідок зіткнень окремих частинок перетворюється в теплову енергію. І якщо спочатку тем­пература у згаданому фрагменті була низькою, то зі зменшенням радіуса майбутньої зорі температура в її центрі починає зростати.

З теорії випливає, що під час гравітаційного стискання протозоря ви­промінює практично половину звільненої потенціальної енергії в навко­лишній простір. Друга її половина іде на нагрівання речовини самої зорі.

Підрахуймо, як довго вона буде світитися за рахунок своєї по­тенціальної енергії.

Отже, зоря з масою M і радіусом R характеризується потенціальною енергією W :

1. Що таке гравітаційна рівновага? 2. Що таке потенціальна енергія зорі? 3. За рахунок яких джерел енергії Сонце випромінює? Які зміни при цьому відбуваються з його речовиною? 4.Чому Сонце не вибухає як термоядерна бомба?