მზის ევოლუცია

Original web-page: http://faculty.wcas.northwestern.edu/~infocom/The%20Website/evolution.html

ჰერცოგი-რასელის დიაგრამა (აგრეთვე ცნობილი, როგორც
მთავარი თანმიმდევრობა)

ყველაზე ვარსკვლავს საკმაოდ მარტივი რამ. ისინი სხვადასხვა ზომის და ტემპერატურა, მაგრამ დიდი უმრავლესობა ხასიათდება მხოლოდ ორი პარამეტრი: მასობრივი და მათი ასაკი. (ქიმიური შემადგენლობა  ასევე აქვს გარკვეული ეფექტი, მაგრამ არ არის საკმარისი, რომ შეიცვალოს საერთო სურათი, რაც ჩვენ განიხილავენ აქ. ყველა ვარსკვლავს დაახლოებით სამი მეოთხედი წყალბადის და ერთი მეოთხედი ჰელიუმი, როდესაც ისინი დაიბადნენ.) დამოკიდებულების მასობრივი მოდის იმიტომ, რომ მტკნარი წონა ვარსკვლავის მასა განსაზღვრავს მისი ცენტრალური ზეწოლა, რაც, თავის მხრივ, განსაზღვრავს მისი განაკვეთი ბირთვული წვა (მაღალი წნევის = მეტი შეჯახება = მეტი ენერგია), და შედეგად შერწყმა ენერგია არის ის, რაც მართავს ვარსკვლავის ტემპერატურა . ზოგადად, უფრო მასიური ვარსკვლავის, ნათელი და ცხელი ეს უნდა იყოს. ეს არის ასევე იმ შემთხვევაში, რომ გაზის წნევის ნებისმიერ სიღრმეზე შემოსული ვარსკვლავი (რომელიც ასევე დამოკიდებულია ტემპერატურის იმ სიღრმე) უნდა დაბალანსება წონა გაზის ზემოთ. და ბოლოს, რა თქმა უნდა, სულ ენერგიის ძირითადი უნდა შეადგენდეს საერთო ენერგეტიკული გამოსხივებული ზედაპირზე.ეს ბოლო ფაქტი ქმნის კიდევ ერთი შეზღუდვა, რადგან ენერგია რადიაციული სფეროს შეჩერდა ვაკუუმი ემორჩილება კანონს ცნობილია, როგორც შტეფან-ბოლცმანის განტოლება:

L = C R2 T4   (ცხელი სივრცის მთლიანი სიკაშკაშე)

L არის სიკაშკაშე ვარსკვლავი, C არის მუდმივი1, R არის ვარსკვლავის რადიუსი მეტრიდან და T არის ზედაპირული ტემპერატურა ვარსკვლავი K°.  გაითვალისწინეთ, რამდენად სწრაფად აღინიშნება ვარსკვლავის მიერ გამოსხივებული ენერგია T:  ტემპერატურის გაორმაგება იწვევს ენერგიის გამომუშავებას 16-ჯერ გაზრდის.

ვარსკვლავი რომელიც აკმაყოფილებს ყველა ამ შეზღუდვების განაცხადა, რომ იყოს  ჰიდროსტატიკური წონასწორობის. ჰიდროქტომი წონასწორობის აქვს ბედნიერი ეფექტი, რომ იგი ცდილობს ვარსკვლავების სტაბილური. თუ ვარსკვლავის ბირთვი შეკუმშული იქნება, შეკუმშვა იწვევს ბირთვული წვის გაზრდას, რაც უფრო სითბოს ქმნის, რაც ზეწოლას აიძულებს და ვარსკვლავის გაფართოებას ახდენს. ის უბრუნდება წონასწორობას. ანალოგიურად, თუ ვარსკვლავის ბირთვი უნდა იყოს დეკომპრესირებული, მაშინ ბირთვული იწვა მცირდება, რომელიც კბილებს ვარსკვლავს და მოაქვს ზეწოლა და ამით ვარსკვლავური კონტრაქტები და ისევ უბრუნდება წონასწორობას. მზის ენერგიის გამომუშავება არ შეცვლილა ადამიანის ისტორიის მანძილზე 0.1% -დან 0.2% -მდე – არ არის ცუდი ბირთვული რეაქტორისთვის, რომელსაც არ გააჩნია მარეგულირებელი კომისია, ინჟინრები, და არ აქვს უსაფრთხოების შემოწმება თითქმის ხუთი მილიარდი წლის განმავლობაში.

მჭიდრო ურთიერთკავშირის ტემპერატურის, წნევის, მასობრივი და კურსი ბირთვული წვა იმას ნიშნავს, რომ ვარსკვლავი მოცემულ მასა და ასაკი ამის მიღწევა მხოლოდ ჰიდროსტატიკური წონასწორობის ერთი კომპლექტი ღირებულებებს. რომ არის, ყველა ვარსკვლავი ჩვენს გალაქტიკაში იგივე მასა და ასაკი, როგორც მზე ასევე აქვს იგივე დიამეტრი, ტემპერატურის და ენერგიის გამომუშავება. არ არსებობს სხვა გზა, რომ ყველაფერი დაბალანსება. თუ რომელიმე ქმნის ძალიან მძიმე-core ასტროფიზიკა გრაფაში ცნობილია, როგორც  ჰერცოგი-რასელის დიაგრამა  (ჰრ სქემა მოკლე), შორის ურთიერთობა ვარსკვლავის მასა და სხვა თვისებები უფრო ნათელი. ადამიანური რესურსების მართვის სქემა ნაჩვენებია  ნახაზზე 1.

ადამიანური რესურსების მართვის სქემა იღებს კომპლექტი ვარსკვლავები და მიწის ნაკვეთები მათი სიკაშკაშე (შედარებით მზე) წინააღმდეგ მათ ზედაპირზე ტემპერატურა. გაითვალისწინეთ, რომ ტემპერატურა მასშტაბის ჰრ გრაფიკაზე  ნახაზი 1  გადის უკან, მარჯვნიდან მარცხნივ, და რომ სიკაშკაშის ღერძი მაღალი შეკუმშული. (ისტორიულად, ეს იყო, თუ როგორ პირველი ჰრ სქემა აშენდა, ასე რომ, ახლა ისინი ყველა არიან.), როდესაც კეთდება დიდი ნიმუში ვარსკვლავს, ჩვენ ვხედავთ, რომ აბსოლუტური უმრავლესობა ვარსკვლავები დაეცემა გასწვრივ ერთი, საოცრად ვიწრო ჯგუფის, რომელიც ეშვება ქვედა მარჯვენა ზედა მარცხენა: ეს არის, არ უნახავს ნათელი და წითელი, ნათელი და თეთრი ცხელი. ასტრონომები ამ ჯგუფის  მთავარი თანმიმდევრობა და, შესაბამისად, ნებისმიერი ვარსკვლავი გასწვრივ band ეწოდება მთავარი მიმდევრობის ვარსკვლავი.2

მთავარი თანმიმდევრობით არსებობს სწორედ იმიტომ, რომ მოუქნელი ბუნება ჰიდროსტატიკური წონასწორობა. ვარსკვლავები ძალიან დაბალი მასები (როგორც პატარა, როგორც 7.5%, რომ მზე) ტყუილი ქვედა მარჯვენა ადამიანური რესურსების მართვის სქემა. ისინი უნდა მოტყუება ქვედა მარჯვენა. ეს ნაწილი ჰრ სქემა შეესაბამება ძალიან დაბალი სიკაშკაშის – როგორც პატარა, როგორც ათი ათასიანი რომ მზე – და დაბალი ზედაპირზე ტემპერატურა, ექვივალენტურია მშრალი ნარინჯისფერი, ყვითელი ბრწყინვალება ლითონის. ეს ვარსკვლავები არ აქვს საკმარისი მასა შექმნათ ზეწოლის აუცილებელია, რათა ბირთვული წვა მათი ბირთვით რაიმე უფრო სწრაფად. დიდი მასის ვარსკვლავი (ზემოთ 40 მზის მასა) ცხოვრობს ზედა მარცხენა, რადგან ისინი უნდა. პირიქით, დაბალი მასის ვარსკვლავები, მათი დიდი მასები და მაღალი ცენტრალური ზეწოლის მოჰყვეს გიგანტი, რომელიც შეიძლება იყოს 160,000 ჯერ უფრო კაშკაშაა ვიდრე მზე, და ისე ცხელა, რომ მათ მისცეს მეტი ენერგია ულტრაიისფერი ვიდრე ისინი, როგორც ხილული სინათლე. მზე დევს თითქმის ზუსტად შუა ნაწილამდე იყვნენ შორის უკიდურესი, და ამით იგი არც ძალიან არ უნახავს ნათელი და არც ძალიან ნათელი, როგორც ვარსკვლავები. იგი ანათებს ერთად ნათელი მოყვითალო-თეთრი  ფერის.

ერთსა და იმავე ბუნებას შორის მასა და ჰიდროსტატიკური წონასწორობა ნიშნავს იმას, რომ როგორც ვარსკვლავის მასა განსხვავდება, ყველა თქვენ შეგიძლიათ გააკეთოთ ერთ-ერთი წინასწარ განსაზღვრული ტრასათან ერთად მისი სხვა ფიზიკური თვისებების მიმართ. ეს სიმღერა სწორედ ძირითადი თანმიმდევრობაა. მაგრამ ახლა, როდესაც მე ვთქვი, რომ ჰ-რ-ის დიაგრამაზე მეორე შენიშვნა ცხადყოფს, რომ ვარსკვლავების შებრუნება კარგად არის მთავარი თანმიმდევრობა: ისინი კონცენტრირებულია “კუნძულებზე” ზედა მარჯვენა და ქვედა მარცხენა. მას შემდეგ, რაც ვარსკვლავები ზედა მარჯვენა ძალიან სავსე სინათლე ჯერჯერობით არ აქვს მაგარი, მოწითალო ზედაპირები, ასტრონომები მოვუწოდებთ მათ წითელი გიგანტი. ანალოგიურად, ვინაიდან ვარსკვლავები ქვედა მარცხენა მხარეს ძალიან თეთრია, მათ თეთრი თეთრი ჯუჯები ეწოდება. თეთრი ჯუჯა უკვე შევხვდით თეორიულ გზას. ახლა მოდი ვნახოთ, სადაც რეალური პირობა მოდის.

წითელი გიგანტები და თეთრი ჯუჯები
წითელი გიგანტები და თეთრი ჯუჯები მოდის, რადგან ვარსკვლავები, ადამიანების მსგავსად, ასაკის შეცვლა და საბოლოოდ იღუპებიან. ადამიანებისთვის, დაბერების მიზეზი ბიოლოგიური ფუნქციების გაუარესებაა. ვარსკვლავისთვის მიზეზი გარდაუვალი ენერგეტიკული კრიზისია, რადგან ის იწყებს ბირთვული საწვავის ამოწურვას.

მას შემდეგ, რაც მისი 4,5 მილიარდი წლის წინ, მზის სინათლე ძალიან ნაზად გაიზარდა დაახლოებით 30% .3 ეს არის გარდაუვალი ევოლუცია, რომელიც მოდის, რადგან, როგორც მილიარდობით წლის გააფართოვოს, მზე იწვის ზევით წყალბადის მისი ძირითადი. ჰელიუმის “ნაცრისფერი” დატოვებაა, ვიდრე წყალბადის, მაგრამ მზის ძირითადი ნაწილია წყალბადის ჰელიუმი, რომელიც ნელ-ნელა ხდება მჭიდროდ შეკუმშული ნივთიერება ს, რითაც გაზრდის ზეწოლას. ეს იწვევს ბირთვულ რეაქციებს ცოტა ხნის წინ. მზე ნათელია.

ეს გამაღიზიანებელი პროცესი ძალიან ნელა პირველ რიგში მოძრაობს, როდესაც ჯერ კიდევ საკმაო წყებაა, რომელიც ვარსკვლავის ცენტრში დაიწვალა. მაგრამ საბოლოოდ, ბირთვი იმდენად სასტიკად არის გაჟღენთილი, რომ მისი ენერგიის წარმოება იწყება მზარდი სიმკვრივის მიუხედავად. როდესაც ეს ხდება, სიმკვრივის ძირითადი იწყება კიდევ უფრო გაიზრდება, რადგან სითბოს წყაროს გარეშე, რათა დაეხმაროს მას წინააღმდეგობის გაწევა, ერთადერთი შესაძლო გზა ძირითადი შეუძლია რეაგირება არის კონტრაქტით, სანამ მისი შიდა ზეწოლის მაღალი საკმარისი ჩატარება წონის მთელი ვარსკვლავი. უცნაურია, რომ ცენტრალური საწვავის ავზი ცრემლსადენი ხდის ვარსკვლავს ნათელს და არ იშლება, რადგან ბირთვის ზედაპირზე ინტენსიური წნევა იწვევს წყალბადს უფრო სწრაფად დამწვრობის. ეს უფრო მეტია ვიდრე საწვავის ამოწურვის ცენტრიდან სუსტი. ვარსკვლავი ნათელია არა მარტო აგრძელებს, ეს აჩქარებს.

მზე დაახლოებით ნახევარი გზაა გადატანილი რეჟიმიდან, სადაც წყალბადის იწვება კერნელი თავის ცენტრში, იმ რეჟიმში, სადაც წყალბადის დაიწვაფენოვანი ჭურვი გახვეული გარშემო ინტენსიურად ცხელი, ძალიან მკვრივი, მაგრამ საკმაოდ ინერტული, ჰელიუმის ბირთვი. მას შემდეგ, რაც იგი გარდაქმნის ძირითადი იწვის ჭურვი იწვის, იგი შესვლის მისი ბინდი წლის. როგორც ჰელიუმის ბირთვი იზრდება, ისევე როგორც წყალბადის იწვის ჭურვი ზემოთ, რითაც მზე ოდესმე გაცილებით მაშინაც კი, როდესაც ატმოსფეროს გაზრდის კურსი, რომლის დროსაც ჰელიუმი არის გადატანილი ძირითადი. მზარდი ბირთვი მზის წყალბადის უფრო ადვილად აღწევს, რაც, თავის მხრივ, მხოლოდ უფრო სწრაფად ვითარდება ბირთვს. . .

მოკლედ, საბოლოო ჯამში, ბირთვული ღუმელი ყოველ ვარსკვლავის ცენტრში იწყება. ამის შემდეგ, როდესაც მზე ჩამოყალიბდა 4.5 მილიარდი წლის წინ, ეს დაახლოებით 30% იყო, ვიდრე დღევანდელი. მომავალი 4.8 მილიარდი წლის ბოლოს, მზე იქნება 67% ნათელი, ვიდრე ახლა. 1.6 მილიარდი წლის შემდეგ, მზის სინათლე იწვევს ლეტალს 2.2 Lo.  (Lo = წარმოადგინეთ მზე.)  დედამიწა მაშინ შემწვარია როკის, მისი ოკეანეებისა და მთელი ცხოვრების მანძილზე მოხარშული მზისგან, რომელიც 60% -ით უფრო დიდია, ვიდრე ამჟამად .4 დედამიწის ზედაპირზე ტემპერატურა 600 ფარენჰეიტი. მაგრამ მზის ეს ვერსია ჯერ კიდევ სტაბილურია და ოქროს შედარებით, ვიდრე მოდის.

მთელი წლის განმავლობაში 7.1 მლრდ ჩვენი ეპოქის წელი, მზე დაიწყება ვითარდება ასე სწრაფად, რომ აღარ იქნება მთავარი მიმდევრობის ვარსკვლავი. თავისი პოზიცია ჰრ სქემა დაიწყებს გადაიტანოს, სადაც ის არის, ცენტრთან ახლოს, მიმართ ზედა მარჯვენა სადაც წითელი გიგანტი ცხოვრობენ. ეს იმიტომ, რომ მზის ჰელიუმის ბირთვი საბოლოოდ კრიტიკულ ზღვარს მიაღწევს, სადაც წნევა ნორმალური მოქმედება ვერ გამართავს მდე გამანადგურებელი წონა მიმდინარეობს დაგროვილი მასზე (არ კი მოქმედება მწვავე ათობით მილიონი გრადუსი). პატარა თესლი ელექტრონული დეგენერატი საკითხზე დაიწყება იზრდება ცენტრში მზის დეტალები ამ გარდამავალ ექვემდებარება დებატები, მაგრამ თეორიული გათვლებით მიუთითებს იმაზე, რომ იგი დაიწყებს, როდესაც მზის ინერტული ჰელიუმის ბირთვი აღწევს დაახლოებით 13% მზის მასა, ან დაახლოებით 140 იუპიტერი.

ამ ეტაპზე მისი ცხოვრება მზე გახდება ურჩი. მექანიზმი, რომელიც ნელ-ნელა ააფეთქა ბოლო 11 მილიარდი წლის მანძილზე – უფრო მწვავე ზეწოლისა და ცხელი ბირთვული წვის დაძლევა, რაც უფრო ჰელიუმს გაზრდის ბირთვზე, არის დაჩქარებული დესტრუქციული დონის ზრდა. 500 მილიონი წლის შემდეგ, მას მიაღწევს კრიტიკულ წერტილს, მზის სინათლის ბუშტი იქნება 34 Lo, ცეცხლოვანი ნიადაგის შექმნა დედამიწის ზედაპირზე მოქნილი ალუმინის და სპილენძის ტენიანი ტბების შესაქმნელად. მხოლოდ 45 მილიონი წლის განმავლობაში ის მიაღწევს 105 Lo, და 40 მილიონი წლის შემდეგ ეს იქნება ნახტომი წარმოუდგენელი 2,300 Lo.

ამ დროისათვის უზარმაზარი ენერგიის გამომუშავება მზე გამოიწვია მისი გარე ფენების იბერება შევიდა დიდი, მაგრამ ძალიან მყიფეა ატმოსფეროს მინიმუმ ზომა ორბიტაზე მერკური და, შესაძლოა, როგორც დიდი, როგორც ორბიტაზე ვენერა. (წარმოიდგინეთ, თუ როგორ ძალადობრივად წყალი იქცევა ქოთანში სწრაფად მდუღარე წყალი შედარებით, რომ ნაზად მდუღარე წერტილის ქვემოთ დარჩება ბანკში. ეს არის ანალოგიური რატომ მზის ატმოსფეროს “მოვხარშოთ” გარე, როგორც მისი ძირითადი ხდება ცხელი.)5  დიდი ზომის მზის ატმოსფეროში და უზარმაზარი სითბოს გამომუშავება მზის ნიშნავს, რომ: # 1) დედამიწის დაიწვა, რომ არაფერი, მაგრამ გაუხეშებული რკინის ბირთვი ამ ეტაპზე, თუ არა აორთქლებული საერთოდ – გათვლები აჩვენებს, რომ ეს შეიძლება წავიდეს არც გზა – და # 2) მზის ატმოსფეროში იქნება შედარებით მაგარი მიუხედავად მზის უზარმაზარი ენერგიის გამომუშავება. ამგვარად, მზე იქნება როგორც წითელი ფერის და ძალიან სავსე სინათლე. იგი შეუერთდა წითელი გიგანტი. (იხილეთ  სურათი 2).

ჰ-რ დიაგრამის წითელი გიგანტური ნაწილში ვარსკვლავების რაოდენობა არის მხოლოდ ერთი ძირითადი ნაწილი, რომელიც მთავარ თანმიმდევრობაშია, რადგან ვარსკვლავს დიდხანს ვერ დარჩება. როდესაც მზე აღწევს მაქსიმალურ სიკაშკაშეს, როგორც წითელი გიგანტური, ის ექვს მილიონ წელიწადში უფრო ბირთვულ საწვავს იწვება, ვიდრე ეს მთელი თერთმეტი მილიარდი წლის განმავლობაში ძირითად თანმიმდევრობაში მოხდა. ეს არ არის მდგრადი. ასევე, როგორც მინიმუმ, მნიშვნელოვანია, წითელი გიგანტური ვარსკვლავები არასდროს ნამდვილად სტაბილურია იმავე მნიშვნელობით, როგორც მზე. ისინი ყოველთვის იზრდებიან და წვის საწვავს უფრო სწრაფად, ვიდრე რაღაც გაჩერდება. წითელი გიგანტი არ არის გრძელვადიანი წონასწორობა.

 

 

 

 

 

 

1 – ძალიან კარგად, თუ უნდა იცოდეს, მუდმივი უდრის 5.67 x 10-8 W m-2 K-4.

ეს განტოლება მნიშვნელოვანია, რადგან ის აჩვენებს, თუ რამდენად მცირე ცვლილებებია ზედაპირზე ტემპერატურის ტემპერატურა შეიძლება გამოიწვიოს დიდი ცვლილებები ენერგიის გამომუშავებაში. თუ მზის ტემპერატურა მხოლოდ 5780 კილომეტრიდან 5900 კმ-მდე იყო, მისი სიკაშკაშე დაახლოებით 9% -ით გაიზარდა.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 – ასტრონომები ტრადიციულად ადგენენ ძირითად თანმიმდევრულ ვარსკვლავებს ასოებით:
O – 30,000–40,000 K°
B – 10,800–30,000 K°
A – 7240–10,800 K°
F – 6000–7240 K°
G – 5150–6000 K°
K – 3920–5150 K°
M – 2700–3920 K°

თითოეულ კლასში, 0-დან 9-მდე რიცხვი სუბკლასიზაციას უზრუნველყოფს, ნულოვანია უმაღლესი ქვეკლასი (უმაღლესი ტემპერატურა). მზე კლასიფიცირებულია როგორც G2 ვარსკვლავი.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 – ერთ-ერთი გამორჩეული კითხვებს გეოლოგიის არის, თუ როგორ მზე შეეძლო სტაბილურად გახდეს ნათელი, თუნდაც საერთო ტემპერატურა დედამიწის დარჩა მეტ-ნაკლებად მუდმივი. ჩვენ არ ვიცით ზუსტად, მაგრამ ორი სიტყვა ან ნაკლები, პასუხი არის:   სათბურის ეფექტი. დედამიწის ატმოსფეროს აშკარად ჰქონდა ბევრად უფრო სათბურის გაზის ოთხი მილიარდი წლის წინ, რომელიც ინახება ეს თბილი. (სინამდვილეში, ძალიან თბილი. საშუალო გლობალური ტემპერატურა შეიძლება ყოფილიყო როგორც მაღალი, როგორც 140 ფარენჰეიტი.) სხვადასხვა რთული ბიოლოგიური გეოლოგიური კავშირი მარყუჟების სტაბილურად შემცირდა სათბურის ეფექტი  ზუსტად  იმიტომ , რომ მზე ხდება ნათელი.

 

4 – ვაი, კავშირი მარყუჟების აღნიშნული სქოლიო 3 ვერ დაიცვას დედამიწა სამუდამოდ. მას შემდეგ, რაც მისი სათბურის ეფექტი დაეცა ნულოვანი, დედამიწის არაფრის გაკეთება არ შეუძლია უფრო გაგრილებას თავად.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 – მაგრამ ეს არ არის ძალიან კარგი ანალოგია. დააწკაპუნეთ  აქ, რათა სრული ამბავი, ან დააჭირეთ ხატი.

David Taylor/დევიდ ტეილორი