Рождение и эволюция звезд
Звезды рождаются из космического вещества в результате его конденсации под действием гравитационных, магнитных и других сил. Под влиянием сил всемирного тяготения из газового облака образуется плотный шар – протозвезда, эволюция которой проходит три этапа.
Первый этап эволюции связан с обособлением и уплотнением космического вещества. Второй представляет собой стремительное сжатие протозвезды. В какой-то момент давление газа внутри протозвезды возрастает, что замедляет процесс ее сжатия, однако температура во внутренних областях пока остается недостаточной для начала термоядерной реакции. На третьем этапе протозвезда продолжает сжиматься, а ее температура – повышаться, что приводит к началу термоядерной реакции. Давление газа, вытекающего из звезды, уравновешивается силой притяжения, и газовый шар перестает сжиматься. Образуется равновесный объект – звезда. Такая звезда является саморегулирующейся системой. Если температура внутри не повышается, то звезда раздувается. В свою очередь, остывание звезды приводит к ее последующему сжатию и разогреванию, ядерные реакции в ней ускоряются. Таким образом, температурный баланс оказывается восстановлен. Процесс преобразования протозвезды в звезду растягивается на миллионы лет, что сравнительно немного по космическим масштабам.
Рождение звезд в галактиках происходит непрерывно. Этот процесс компенсирует также непрерывно происходящую смерть звезд. Поэтому галактики состоят из старых и молодых звезд.
Самые старые звезды сосредоточены в шаровых скоплениях, их возраст сравним с возрастом галактики. Эти звезды формировались, когда протогалактическое облако распадалось на все более мелкие сгустки. Молодые звезды (возраст около 100 тыс. лет) существуют за счет энергии гравитационного сжатия, которая разогревает центральную область звезды до температуры 10–15 млн К и «запускает» термоядерную реакцию преобразования водорода в гелий. Именно термоядерная реакция является источником собственного свечения звезд.
С момента начала термоядерной реакции, превращающей водород в гелий, звезда типа нашего Солнца переходит на так называемую главную последовательность, в соответствии с которой будут изменяться с течением времени характеристики звезды: ее светимость, температура, радиус, химический состав и масса. После выгорания водорода в центральной зоне у звезды образуется гелиевое ядро. Водородные термоядерные реакции продолжают протекать, но только в тонком слое вблизи поверхности этого ядра. Ядерные реакции перемещаются на периферию звезды. Выгоревшее ядро начинает сжиматься, а внешняя оболочка – расширяться. Оболочка разбухает до колоссальных размеров, внешняя температура становится низкой, и звезда переходит в стадию красного гиганта. С этого момента звезда выходит на завершающий этап своей жизни. Наше Солнце это ждет примерно через 8 млрд. лет. При этом его размеры увеличатся до орбиты Меркурия, а может быть, и до орбиты Земли, так что от планет земной группы ничего не останется (или останутся оплавленные камни).
Для красного гиганта характерна низкая внешняя, но очень высокая внутренняя температура. При этом в термоядерные процессы включаются все более тяжелые ядра, что приводит к синтезу химических элементов и непрерывной потере красным гигантом вещества, которое выбрасывается в межзвездное пространство. Так, только за один год Солнце, находясь в стадии красного гиганта, может потерять одну миллионную часть своего веса. Всего за десять – сто тысяч лет от красного гиганта остается лишь центральное гелиевое ядро, и звезда становится белым карликом. Таким образом, белый карлик как бы вызревает внутри красного гиганта, а затем сбрасывает остатки оболочки поверхностных слоев, которые образуют планетарную туманность, окружающую звезду.
Белые карлики невелики по своим размерам – их диаметр даже меньше диаметра Земли, хотя их масса сравнима с солнечной. Плотность такой звезды в миллиарды раз больше плотности воды. Кубический сантиметр его вещества весит больше тонны. Тем не менее, это вещество является газом, хотя и чудовищной плотности. Вещество, из которого состоит белый карлик, – очень плотный ионизированный газ из ядер атомов и отдельных электронов.
В белых карликах термоядерные реакции практически не идут, они возможны лишь в атмосфере этих звезд, куда попадает водород из межзвездной среды. В основном эти звезды светят за счет огромных запасов тепловой энергии. Время их охлаждения – сотни миллионов лет. Постепенно белый карлик остывает, цвет его меняется от белого к желтому, а затем – к красному. Наконец, он превращается в черный карлик – мертвую холодную маленькую звезду размером с земной шар, который невозможно увидеть из другой планетной системы.
Несколько иначе развиваются более массивные звезды. Они живут всего несколько десятков миллионов лет. В них очень быстро выгорает водород, и они превращаются в красные гиганты всего за 2,5 млн лет. При этом в их гелиевом ядре температура повышается до нескольких сотен миллионов градусов. Такая температура дает возможность для протекания реакций углеродного цикла (слияние ядер гелия, приводящее к образованию углерода). Ядро углерода, в свою очередь, может присоединить еще одно ядро гелия и образовать ядро кислорода, неона и т.д. – вплоть до кремния. Выгорающее ядро звезды сжимается, и температура в нем поднимается до 3–10 млрд градусов. В таких условиях реакции объединения продолжаются вплоть до образования ядер железа – самого устойчивого во всей последовательности химического элемента. Более тяжелые химические элементы – от железа до висмута – также образуются в недрах красных гигантов в процессе медленного захвата нейтронов. При этом энергия не выделяется, как при термоядерных реакциях, а, наоборот, поглощается. В результате сжатие звезды все убыстряется.
Образование же наиболее тяжелых ядер, замыкающих таблицу Менделеева, предположительно происходит в оболочках взрывающихся звезд, при их превращении в новые или сверхновые звезды, которыми становятся некоторые красные гиганты. В зашлакованной звезде нарушается равновесие, электронный газ более не способен противостоять давлению ядерного газа. Наступает коллапс – катастрофическое сжатие звезды, она «взрывается внутрь». Но если отталкивание частиц или какие-либо другие причины все же останавливают этот коллапс, происходит мощный взрыв – вспышка сверхновой звезды. Одновременно при этом в окружающее пространство сбрасывается не только оболочка звезды, но и до 90% ее массы, что приводит к образованию газовых туманностей. При этом светимость звезды увеличивается в миллиарды раз. Так, был зафиксирован взрыв сверхновой звезды в 1054 г. В китайских летописях было записано, что она видна днем, как Венера, в течение 23 дней. В наше время астрономы выяснили, что эта сверхновая звезда оставила после себя Крабовидную туманность, являющуюся мощным источником радиоизлучения.
Взрыв сверхновой звезды сопровождается выделением чудовищного количества энергии. При этом рождаются космические лучи, намного повышающие естественный радиационный фон и нормальные дозы космического излучения. Так, астрофизики подсчитали, что примерно раз в 10 млн лет сверхновые звезды вспыхивают в непосредственной близости от Солнца, повышая естественный фон в 7 тыс. раз. Это чревато серьезнейшими мутациями живых организмов на Земле. Кроме того, при взрыве сверхновых звезд идет сброс всей внешней оболочки звезды вместе с накопившимися в ней «шлаками» – химическими элементами, результатами деятельности нуклеосинтеза. Поэтому межзвездная среда сравнительно быстро обретает все известные на сегодняшний день химические элементы тяжелее гелия. Звезды следующих поколений, в том числе и Солнце, с самого начала содержат в своем составе и в составе окружающего их газопылевого облака примесь тяжелых элементов.
- Содержание
- Предисловие
- Раздел I. Введение Глава 1 предмет, содержание и задачи учебного курса «концепции современного естествознания»
- Наука в системе мировоззрения и современного миропонимания
- Наука в системе культуры
- Концепции естествознания как фактор создания и изменения содержания научной картины мира
- Темы для докладов и рефератов
- Глава 2 естествознание в культуре современной цивилизации Понятие цивилизации, основные типы цивилизаций и их особенности
- Наука, культура, цивилизация
- Ценности цивилизации и ценности научной рациональности
- Естествознание как социокультурный феномен
- Естественнонаучное познание и философия
- Социальные функции естествознания
- Темы докладов и рефератов
- Глава 3 математика и естествознание. Основные концепции математики
- Темы докладов и рефератов
- Глава 4 химия и естествознание «Химический взгляд» на природу: истоки и современное состояние
- Основные структурные уровни химии и ее разделы
- Основные принципы и законы химии
- Химическая связь и химическая кинетика
- Темы докладов и рефератов
- Раздел II. Структура, методы и методология естествознания
- Глава 5
- Структура естественнонаучного познания, его уровни и методы
- Возможные классификации научного знания
- Исходный пункт структурирования научного знания
- Содержание понятия «чувственные данные»
- Особенности языка науки
- Особенности эмпирического и теоретического языка науки
- Способы конструирования идеального объекта. Отличие идеализированного объекта теории от абстрактного эмпирического объекта
- Предметность и объективность научного знания
- «Инструментализм» и «эссенциализм»
- Методы эмпирического познания
- Измерение как метод эмпирического познания
- Особенности процедуры измерения в социально-гуманитарном познании
- Научный эксперимент
- Специфика научных фактов
- Проблема теоретической «нагруженности» фактов. Крайности теоретизма и фактуализма
- Структура научного факта
- Методы обработки и систематизации фактуального эмпирического знания
- Познавательные функции мысленного эксперимента
- Содержание процедуры формализации
- Гипотетико-дедуктивный метод: достоинства и недостатки
- Методы теоретического воспроизведения исторически развивающегося объекта
- Проблемы логики и методологии науки
- Общенаучные методологические принципы
- Здравый смысл как социокультурное основание науки
- Научная картина мира
- «Научная картина мира» и основные исторические этапы развития науки
- Темы докладов и рефератов:
- Глава 6 научное объяснение, понимание и интерпретация явлений природы Объяснение как универсальная познавательная процедура
- Сильное и слабое объяснение
- Объяснение и понимание: различие и взаимосвязь
- Логическая структура понимания
- Понимание явлений природы
- Содержание понятия «герменевтический круг» и естествознание
- Процедура интерпретации
- Темы докладов и рефератов
- Глава 7 научная рациональность: особенности, способы существования и выражения Научная рациональность: специфика и типы
- Соотношение понятий «рациональное», «иррациональное», «внерациональное»
- Соотношение рационального и иррационального
- Рациональное, иррациональное: гносеологические истоки
- Соотношение рационального и иррационального (внерационального) в человеческой жизнедеятельности
- Темы докладов и рефератов
- Глава 8 рефлексия – форма развития самосознания науки Понятие и структура рефлексии
- Взаимосвязь философской и научной рефлексии
- Рефлексия и развитие форм самосознания науки
- Рефлексия и научная картина мира
- Функции рефлексии как формы развития самосознания науки
- Темы докладов и рефератов
- Раздел III. История и логика развития естествознания Глава 9 динамика развития естествознания. Зависимость изменчивости оснований науки от исторической практики
- Развитие естествознания как социального института и специфического вида человеческой деятельности
- Внутренняя логика развития естествознания
- Новое в науке и критерии научной новизны
- Темы докладов и рефератов:
- Глава 10 механистическая картина природы Понятие «научная картина мира». Становление и основные особенности первой научной картины мира
- Картины мира в истории человечества: мифологическая, религиозная, натурфилософская
- Исторические формы научной картины мира
- Механистическая картина мира
- Темы докладов и рефератов
- Глава 11 предпосылки неклассического естествознания; революция в естествознании конца XIX – начала хх вв. Предпосылки неклассического естествознания
- Революция в естествознании конца XIX – начала хх вв.
- Темы докладов и рефератов
- Глава 12 переход к постнеклассической картине мира
- Темы докладов и рефератов
- Глава 13 естествознание и научно-технический прогресс
- Техника как опредмеченное знание и наука
- Научно-технический прогресс
- Технологические перевороты в истории общества и их современная форма
- Технологические перевороты и логика развития общества
- Темы докладов и рефератов
- Раздел IV современные научные представления о материальных основах природы
- Глава 14
- Структурные уровни материи и типы материальных систем
- Представления о микро-, макро- и мегамирах
- Многообразие материальных систем
- Темы докладов и рефератов
- Глава 15 космологическая и космогоническая концепции Космология и космогония: понятие и общая характеристика
- Космологические модели Вселенной
- Формирование классической космологической модели
- Космологические парадоксы
- Релятивистская модель Вселенной
- Модель расширяющейся Вселенной
- Происхождение Вселенной – концепция Большого взрыва
- «Начало» Вселенной
- Ранний этап эволюции Вселенной
- Структурная самоорганизация Вселенной
- Рождение и эволюция галактик
- Рождение и эволюция звезд
- Дальнейшее усложнение вещества во Вселенной
- Состав Солнечной системы
- Образование Солнечной системы
- Темы рефератов и докладов
- Глава 16 космические исследования и научное познание Человек и космос: познание, освоение, гуманизация
- Геокосмический характер взаимодействия общества и природы
- Космизация современной науки
- Жизнь и разум во Вселенной. Проблема seti
- Темы докладов и рефератов:
- Роль принципа энтропии
- Симметрия и асимметрия
- Темы докладов и рефератов
- Глава 18 всеобщие законы природы и принципы естествознания Природа как сущность и уровни ее организации
- Частные и всеобщие законы Природы
- Физические «всеобщие» законы
- Изменчивость самой Природы
- О познаваемости окружающего мира
- Истина: феномен или ноумен?
- Принципы естествознания
- Принцип аналогии
- Принцип динамического равновесия
- Принципы симметрии
- Темы докладов и рефератов
- Раздел V. Жизнь и человек
- Глава 19
- Учение о жизни
- Современная биология и становление ее рациональности
- Становление рациональной биологии
- Сущность жизни и свойства живых организмов
- Основные концепции происхождения жизни
- Эволюционное учение. Дарвинизм
- Генетика и синтетическая теория эволюции. Коэволюция
- Темы докладов и рефератов
- Глава 20 место человека в природе к вопросу об эволюции и истоках человека
- Гениальное животное
- Периодичность в становлении человека как вида
- Культурные эпохи в истории становления человека, тыс. Лет
- Где прародина человечества?
- Периодичность истории развития человека. Ускорение эволюции культуры
- Генетические аспекты человека
- Ускоренная эволюция человека. Миф или реальность?
- Закономерно ли появление жизни и разума в развитии материи?
- Зигзаги развития
- Темы докладов и рефератов
- Глава 21 эволюция homo sapiens Происхождение человека
- Причины и движущие силы антропосоциогенеза
- Предшественники человека
- Древнейшие люди (архантропы)
- Древние люди (палеоантропы)
- Современные люди (неоантропы)
- Проблема эволюции человека на современном этапе
- Биологическое и социальное в сущности и существовании человека
- Темы докладов и рефератов
- Раздел VI. Наука в современном мире
- Глава 22
- Особенности современного развития естествознания
- Неклассический этап в развитии естествознания
- Постнеклассический этап в развитии естествознания
- Постмодернизм
- Концепция развития научного знания к. Поппера
- Концепция развития науки т. Куна
- Концепция развития науки и. Лакатоса
- Концепция развития науки п. Фейерабенда
- Темы докладов и рефератов
- Глава 23 личность ученого
- Темы докладов и рефератов
- Раздел VII. Приложение учебно-методический комплекс «концепции современного естествознания» программа курса «концепции современного естествознания»
- Предмет, социальные функции и задачи курса «Концепции современного естествознания»
- Тема 2 Структура, методы и методология естествознания. Особенности развития естествознания и его место в культуре, тенденции развития
- Тема 3 История и логика развития естествознания. Созерцательно-натуралистическая модель природы. Предпосылки становления науки и научной модели природы
- Тема 4. Современные естественнонаучные представления о материальных основах природы
- Тема 5. Учение о жизни
- Тема 6. Учение о человеке
- Тема 7. Современное развитие науки; проблемы развития современной российской науки
- Учебно-тематический план курса «Концепции современного естествознания»
- Учебники и учебные пособия
- Планы семинарских занятий Семинар 1. Особенности развития естествознания и его место в культуре
- Семинар 2. Структура естественнонаучного познания, его уровни и научный метод
- Семинар 3. Динамика науки как процесс порождения нового знания
- Семинар 4. Созерцательно-материалистическая модель природы; предпосылки становления науки и научной модели природы
- Семинар 5. Механистическая картина природы
- Семинар 6. Предпосылки неклассического естествознания. Революция в естествознании конца XIX – начала XX вв.
- Семинар 7. Неклассическая картина природы
- Семинар 8. Научные традиции и научные революции. Типы научной рациональности
- Тема 7. Структурные уровни, способы и формы бытия материального мира
- Тема 10. Космологические и космогонические концепции описания материального мира
- Тема 11. Порядок и беспорядок в природе, хаос, симметрия и асимметрия, эволюция материального мира
- Тема 12. Всеобщие законы природы и принципы естествознания
- Тема 13. Учение о жизни
- Тема 14. Учение о человеке (собеседование)
- Тема 15. Роль науки в реализации социально-экономического прогресса современного общества
- Тема 16. Современное развитие науки; проблемы развития современной российской науки
- Вопросы к экзаменам
- Тесты (для самостоятельной проработки) по курсу «Концепции современного естествознания»
- Словарь основных терминов
- Крупнейшие исследователи естествознания
- Сведения об авторах
- Авторский коллектив
- Концепции современного естествознания Учебное пособие
- 344002 Ростов н/д., ул. Пушкинская, 70
- 344000 Ростов н/д., ул. Красноармейская, 157. Тел. /факс: (863) 264-38-77