Содержание

Главная >> Физика. 11 класс. Пурышева

Глава 9. Элементы астрофизики

§ 54. Внутреннее строение Солнца

Источник энергии Солнца и звёзд

1. По современным представлениям, источником энергии, поддерживающим излучения Солнца и звёзд, служит ядерная энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях образования (синтеза) ядер атомов гелия из ядер атомов водорода. При реакции синтеза из четырёх ядер атомов водорода (четырёх протонов) образуется ядро атома гелия, при этом выделяется энергия ΔЕ = 4,8 • 10^-12 Дж, называемая энергией связи, и образуются две элементарные частицы — позитрон (античастица электрона) и нейтрино. В дальнейшем позитроны аннигилируют с электронами, а нейтрино свободно покидают Солнце.

Для протекания ядерных реакций необходима температура выше нескольких миллионов кельвинов. При такой температуре протоны приобретают достаточную энергию для преодоления электрических сил отталкивания и слияния в одно новое ядро. В результате термоядерных реакций синтеза из 1 кг водорода образуется гелий массой 0,99 кг и выделяется энергия около q = 9 • 10¹⁴ Дж. Таким образом, полные запасы ядерной энергии на Солнце составляют Если учесть, что ядерные реакции протекают в центральной области Солнца, масса которой около а водорода на Солнце около 70%, то эти запасы энергии составят

Легко рассчитать продолжительность жизни Солнца — времени, на которое хватит запасов ядерной энергии:

Таким образом, запасов энергии на Солнце хватит на 1010 лет. Солнце, по современным данным, существует уже около 5 млрд лет.

Внутреннее строение Солнца

2. Мы не можем непосредственно заглянуть внутрь Солнца, поэтому представление о его строении получаем только на основе теоретического анализа, используя наиболее общие законы физики и такие характеристики Солнца, как масса, радиус, светимость.

Под действием силы собственной гравитации, которая направлена внутрь, Солнце стремится сжаться, но сила газового давления, направленная наружу, стремится раздуть Солнце. Эти силы находятся в равновесии, Солнце не расширяется и не сжимается.

Для поддержания этого равновесия необходимо, чтобы температура в центре Солнца была около 15 млн К (Т_ц = 15 • 10⁶ К). На расстоянии от центра температура падает до 10⁶ К. Плотность вещества в центре Солнца 1,5 • 10⁵ кг/м³, что более чем в 100 раз выше его средней плотности.

Термоядерные реакции протекают в центральной области Солнца радиусом, равным (рис. 168). Эта область получила название ядра. Вне ядра температура недостаточна для протекания термоядерных реакций.

Окончание >>>