Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

імовірніша термоядерна реакція, що відбувається в надрах Сонця ори 

Г = 1 - 2 • 10

7

 К, така: 

} Н + | Н -> |Н 4-® е +

 V, 

Цей ланцюжок термоядерних реакцій, внаслідок якого чотири ядра 

водню | Н перетворюються в одне ядро гелію 2 Не, називають

 протон-

протонний циклом

. Середня тривалість останньої реакції, яка завершує 

цикл, близько І мли років, а енергетичний ефект її - близько ІЗ МеВ, 
У цілому енергетичний ефект протон-протонного циклу становить

 27

 МеВ. 

Для зір яскравіших, ніж Сонце, характерний

 вуглецевий цикл. 

Підсумком вуглецевого циклу як протон-протонного є перетворення 

чотирьох ядер водню в одне ядро гелію. Кількість ядер вуглецю, які бе-
руть участь у реакції, не змінюється; вони виконують роль каталізатора. 
У цьому циклі в проміжних реакціях з вуглецю утворюється азот. Азот е 
побічним продуктом реакції перетворення водню в гелій. 

Після вигоряння водню в центрі зорі ори температурі (і...2)-10

8

 К 

розпочинається

 горіння гелію: 

ЗІ Не ->

 Х

\С +

 Ь 

1

\с+ ^Не —> ^О + у іт.д. 

Основні продукти горіння - вуглець і кисень, і в зорі утворюється

 вуг-

лецево-кисневе ядро. 

При температурах

 Т

 = 5-Ю

8

 ...10

9

 К загоряються вуглець і кисень, а 

протони і нейтрони, які утворюються в процесі горіння, беруть участь у 

різних реакціях з ядрами, породжуючи елементи в інтервалі атомної ваш 

16 <,4 <28. 

Основний продукт горіння, вуглецю і кисню -

 кремній. 

При температурах Г>2-10

9

 К в тепловому випромінюванні виникає 

багато квантів з енергією, яка достатня для відщеплення альфа-частинок 
від кремнію, сірки, магнію тощо.. Альфа-частинки можуть приєднуватись 

до важчих ядер, утворюючи елементи аж до заліза, нікелю, цинку, 

Походження елементів з 2 > ЗО пов'язують з процесами захоплення 

нейтронів. До них належать елементи аж до вісмуту. 

Елементи, важчі від гелію, утворюються вже в нашу епоху. Елементи, 

важчі від заліза, синтезуються у вибухових процесах (у спалахах надно-

615 

вих зір). При цьому газ викидається в навколишній простір і витрачається 

на формування зір наступних поколінь і формування інших небесних тіл. 

Якщо на ранній стадії еволюції речовина складалася тільки з водню і 

гелію, то в процесі еволюції міжзоряне середовище збагачується на важкі 
елементи і вони вже в готовому вигляді входять до складу зір, які наро-
джуються. Отже, 

у Всесвіті відбувається процес

 необоротності розвитку матеріаль-

ного світу. 

§ 266. Еволюція зір 

Зорі випромінюють світло за рахунок термоядерних реакцій, 

що відбуваються в центральній області зорі. Розрахунки моделей зір по-
казують, що головною термоядерною реакцією є перетворення чотирьох 
ядер водню в ядра гелію (

протон-протонний цикл

; див. § 265), при цьому 

вигоряє водень, світність і радіус зорі збільшуються, а температура зни-
жується. Температура в центральній області зір великих мас вища, тому 

такі зорі еволюціонують швидше. У них вигоряє водень, і вони перетво-
рюються в червоні гіганти. 

Після вигоряння водню ядро, яке тепер уже складається з гелію, стиска-

ється, при цьому температура підвищується до 10 млн К або й більше і роз-
починається нова термоядерна реакція - утворення атомів вуглецю з трьох 
атомів гелію. Ця реакція супроводиться втратою маси і виділенням енергії. 

Остаточна доля зорі залежить від її маси. Якщо маса зорі менша від 

1,2 маси Сонця, то вона закінчує свою еволюцію як білий карлик. Якщо 

маса зорі лежить між 1, 2 і 3 масами Сонця, то вона перетворюється в 
нейтронну зорю. На кінцевій стадії її розвитку відбувається потужне ски-

дання оболонки, тобто спалах наднової зорі. Якщо маса зорі перевищує 
три сонячні маси, то внаслідок процесу гравітаційного стискання радіус 

зорі стає таким малим, що гравітаційне поле зорі починає втягувати в се-
бе всю навколишню матерію. Ці зорі все поглинають, але нічого не ви-
промінюють. Такі зорі називають чорними дірками. Розрахунки показують, 
що якби Земля перетворилась у чорну дірку, то її радіус дорівнював би 
0,9 см. Оскільки чорні дірки не випромінюють і їх розміри дуже малі, то 
виявити їх можна лише побічно, а саме за реєстрацією короткохвильового, 

ультрафіолетового або рентгенівського випромінювання, яке супроводить 
втягування міжзоряної матерії в чорну дірку. 

Швидкість еволюції залежить від відношення швидкості виділен-

ня енергії до маси зорі, яка приблизно пропорційна квадрату маси. 

Зорі-гіганти розвиваються за кілька мільйонів років, зорі типу Сонця 

за 8-11 млрд років, червоні карлики - за Ю

10

 - 10

і 1

 років. 

616 

Короткі

 висновки 

• Великий енергетичний ефект можна дістати від синтезу легких елемен-

тів. Для реакції синтезу ядер треба нагрівати речовину до дуже високих 
температур. Тому ці реакції називають термоядерними. Оволодіти ке-
руванням термоядерними реакціями (КТС) - означає можливість мати 
найбагатше і найдешевше джерело енергії. 

• Термоядерні реакції відбуваються в надрах Сонця і зір і є джерелом 

енергії, яка компенсує їх випромінювання. Сонце і зорі - це гігантські 
самопідтримуючі термоядерні реактори, в яких відбуваються реакції. 
Результатом цих реакцій є утворення не тільки легких, але й важких 
елементів. 

• Еволюція зір залежить від їх маси. Швидкість еволюції залежить від 

віднощення швидкості виділення енергії до маси зорі. Зорі-гіганти роз-
виваються за кілька мільйонів років, зорі типу Сонця -за 8-11 млрд ро-
ків, червоні карлики - за ІО

10

 — 10

і 1

 років. 

Запитання для самоконтролю і повторення 

1. Які реакції називають термоядерними? 2. Розкажіть про баланс енер-

гії при синтезі дейтерію і тритію. 3. У чому полягає проблема термо-
ядерної енергетики? 4. Розкажіть про будову Сонця. 5. Які термоядерні 
реакції відбуваються в надрах Сонця і зір? 6. Як розвиваються зорі? 

РОЗДІЛ 8 
УЗАГАЛЬНЕНІ

 ВІДОМОСТІ З АСТРОНОМИ 

Астрономія - наука про будову і розвиток космічних тіл, їх-

ніх систем і Всесвіту в цілому, Основні розділи астрономії: астрометрія, 
астрофізика, зоряна астрономія, радіоастрономія, небесна механіка, кос-
могонія і космологія. 

Астрометрія

 - розділ астрономії, що вивчає взаємне розташування 

небесних світил;

 астрофізика -

 фізичний стан і хімічний склад небесних 

тіл і міжзоряного середовища, а також процеси, що відбуваються в них.; 

зоряна астрономія -

 будову і розвиток Галактики та зоряних систем, що 

входять до неї;

 радіоастрономія

 ~~ космічні об'єкти на основі спостере-

ження випромінювання або поглинання ними радіохвиль, а також за до-
помогою радіолокації;

 небесна механіка

 - рух небесних тіл під дією гра-

вітаційного поля, а також опору середовища, реактивних та інших сил; 

космогонія

 - походження космічних тіл та їхніх систем;

 космологія -

будову і розвиток Всесвіту. 

Астрономія - найдавніша з усіх, наук - виникла і розвивалась на основі 

практичних потреб суспільства. Вона допомагає встановити, як виникли 

далекі від нас світи, яка їх будова, одо було з нами в минулому і що відбу-
деться в майбутньому. 

Дані астрономії покладені в основу революційної фізичної теорії -

теорії відносності. 

Вивчення космосу дало можливість зробити багато відкриттів - були 

виявлені не відомі на Землі стани речовини, нові джерела енергії. 

Астрономія в усі часи була наукою практичною і в наш час також. Од-

ним з важливих завдань астрономії є визначення точного часу. Використо-

вуючи методи астрономії і виконуючи найскладніші комплекси астроно-
мо-геодезичних робіт, складають географічні карти, обчислюють висоту 

припливів і відпливів на узбережжях кожної години доби, визначають на-

прями і швидкості повітряних течій. 

На Землю і її атмосферу значною мірою впливає Сонце. Полярні сяйва, 

магнітні бурі і багато інших явищ залежать від сонячного випромінювання, 
тому дуже важливо вивчати процеси, які відбуваються на Сойці і в його 
атмосфері. 

Методи, які застосовують в астрономії, використовуються у галузях 

промисловості та сільського господарства, наприклад, спектральний 
аналіз у медицині для визначення кисню в крові, в хімії ~ для визна-

618 

чення складу полімерів і газів. Багато інших питань, що мають практич-
не значення, можуть бути розв'язані і розв'язуються за допомогою 

астрономії. 

ГЛАВА  2 7 

БУДОВА І РОЗВИТОК ВСЕСВІТУ 

§ 267. Наша зоряна система - Галактика 

Спостерігаючи зоряне небо навіть неозброєним оком, можна 

спостерігати групи зір, які назвали

 зоряними скупченнями.

 Зоряні скуп-

чення поділено на два типи:

 розсіяні і кульові. 

Розсіяні зоряні скупчення

 - розподілені в просторі без певної законо-

мірності і складаються з десятків і сотень зір;

 кульові ~

 характеризуються 

кульовою формою розподілу в просторі і налічують десятки тисяч зір. 

Типовим представником розсіяног о зоряного скупчення є

 Плеяди

, які в 

народі називають

 Волосожаром.

 Розсіяні зоряні скупчення мають розміри 

в межах від одного до 10-15 пк (і пк = 3,08 • 10

і6

 м). Відстань до найближчих 

розсіяних зоряних скупчень становить кілька тисяч світлових років, їх можна 

спостерігати в площині Молочного Шляху. 

Молочний Шлях -

 світла срібляста смужка, яку видно на безхмарному 

зоряному небі. Яскравіші і більш близькі зорі розміщені густіше з набли-
женням до середньої лінії Молочного Шляху, яку називають

 галактич-

ним екватором.. 

Площина галактичного екватора - площина симетрії нашої зоря-

ної системи. 

Дослідження показали, що вся сукупність зір Молочного Шляху утво-

рює єдину зоряну систему, яку називають Галактикою. Розміри Галакти-
ки величезні. Галактика має складну структуру; значна частина її зір 
утворює дуже сплюснуту систему; зорі й зоряні 
скупчення зустрічаються також на великій від-

далі від головної площини Галактики і утворю-

ють сферичну систему. У середині Галактики 
міститься

 ядро

 - гігантське кульове скупчення 

зір. Ядро Галактики видно із Землі в напрямі 
сузір'я Стрільця у вигляді яскравої ділянки Мо-
лочного Шляху. Від нас до ядра Галактики 
30 тис. світлових років, а від одного до другого 
краю Галактики - майже 100 тис. світлових ро-
ків. Усі зорі обертаються навколо центра Галак-

Рис. 27.1 

20* 

619