Реферат по астрономии на тему:

Откуда берется энергия солнца?

ученика 11 Б класса

гимназии № 25

Почему Солнце светит и не остывает уже миллиарды
лет? Какое «топливо» даёт ему энергию? Ответы на эти вопросы учёные искали
веками, и только в начале ХХ в. было найдено правильное решение. Теперь
известно, что Солнце, как и другие звёзды, светит благодаря протекающим в его
недрах термоядерным реакциям. Что же это за реакции?

Если ядра атомов лёгких элементов сольются в ядро атома
более тяжёлого элемента, то масса нового ядра окажется меньше, чем суммарная
масса тех ядер, из которых оно образовалось. Остаток массы превращается в
энергию, которую уносят частицы, образовавшиеся в ходе реакции. Эта энергия
почти полностью переходит в тепло. Такая реакция синтеза атомных ядер может
происходить только при очень высоком давлении и температуре свыше 10 млн.
градусов. Поэтому она и называется термоядерной.

Основное вещество, составляющее Солнце – водород,
на его долю приходится около 71% всей массы светила. Почти 27% принадлежит
гелию, а остальные 2% – более тяжёлым элементам, таким, как углерод, азот,
кислород и металлы. Главным «топливом» на Солнце служит именно водород. Из
четырёх атомов водорода в результате цепочки превращений образуется один атом
гелия. А из каждого грамма водорода, участвующего в реакции, выделяется 6*10¹¹
Дж энергии! На Земле такого количества энергии хватило бы для того, чтобы
нагреть от температуры 0° С до кипения 1000 м³ воды!

Рассмотрим механизм термоядерной реакции превращения
водорода в гелий, которая, по-видимому, наиболее важна для большинства звёзд.
Называется она протон-протонной, так как начинается с тесного сближения двух
ядер атома водорода – протонов.

Протоны заряжены положительно, поэтому взаимно отталкиваются,
причём, по закону Кулона, сила эта обратно пропорциональна квадрату расстояния
и при тесных сближениях должна стремительно возрастать. Однако при очень
высокой температуре и давлении скорости теплового движения частиц столь велики,
а частицам так тесно, что наиболее быстрые из них всё же сближаются друг с
другом и оказываются в сфере влияния ядерных сил. В результате может произойти
цепочка превращений, которая завершится возникновением нового ядра состоящего
из двух протонов, – ядра гелия.

Далеко не каждое столкновение двух протонов приводит к
ядерной реакции. В течение миллиардов лет протон может постоянно сталкиваться с
другими протонами, так и не дождавшись ядерного превращения. Но если в момент
тесного сближения двух протонов произойдёт ещё и другое маловероятное для ядра
событие – распад протона на нейтрон, позитрон и нейтрино (такой процесс
называется бета-распадом), то протон с нейтроном объединяются в устойчивое ядро
атома тяжёлого водорода – дейтерия.

Ядро дейтерия (дейтрон) по своим свойствам похоже на
ядро водорода, только тяжелее. Но в отличие от последнего в недрах звезды ядро
дейтерия долго существовать не может. Уже через несколько секунд, столкнувшись
ещё с одним протоном, оно присоединяет его к себе, испускает мощный гамма-квант
и становится ядром изотопа гелия, у которого два протона связны не с двумя
нейтронами, как у обычного гелия, а с одним. Раз в несколько миллионов лет
такие ядра лёгкого гелия сближаются настолько тесно, что могут объединиться в
ядро обычного гелия, «отпустив на свободу» два протона.

Итак, в итоге последовательных ядерных превращений
образуется ядро обычного гелия. Порожденные в ходе реакции позитроны и
гамма-кванты передают энергию окружающему газу, а нейтрино совсем уходят из
звезды, потому что обладают удивительной способностью проникать через огромные
толщи вещества, не задев ни одного атома.

Реакция превращения водорода в гелий ответственна за
то, что внутри Солнца сейчас гораздо больше гелия, чем на его поверхности.
Естественно, возникает вопрос: что же будет с Солнцем, когда весь водород в его
ядре выгорит и превратится в гелий, и как скоро это произойдёт?

Оказывается, примерно через 5 млрд. лет содержание
водорода в ядре Солнца настолько уменьшится, что его «горение» начнётся в слое
вокруг ядра. Это приведёт к «раздуванию» солнечной атмосферы, увеличению
размеров Солнца, падению температуры на поверхности и повышению её в ядре.
Постепенно Солнце превратится в красный гигант – сравнительно холодную звезду
огромного размера с атмосферой, превосходящей границы орбиты Земли. Жизнь
Солнца на этом не закончится, и оно будет претерпевать ещё много изменений,
пока в конце концов не станет холодным и плотным газовым шаром, внутри которого
уже не происходит никаких термоядерных реакций.