Как вы докажете что солнце рядовая звезда

Солнце

Что же представляет собой Солнце, какова его природа? Над решением этого вопроса целые столетия работала человеческая мысль.

Джордано Бруно в конце XVI ст. утверждал, что Солнце – рядовая звезда вселенной. Но как доказать эту мысль? Во времена Джордано Бруно возможности науки были еще очень ограничены. Потребовались почти три века развития научных знаний, прежде чем замечательные мысли великого мученика за истину смогли быть окончательно доказаны.

Для этого, прежде всего, необходимо было определить расстояние до звезд. Эта задача оказалась исключительно трудной. Еще Аристарх Самосский догадывался, что звезды от нас неизмеримо далеки. Этот мыслитель высказывал гениальную догадку, предвосхитившую коперниковскую систему мира. Он учил, что Солнце неподвижно, а Земля обращается вокруг него. Если это так, возражали ему противники, то звезды для наблюдателя на Земле во время ее движения вокруг Солнца должны смещаться, а этого не происходит. Аристарх в свою очередь отвечал, что мы не можем заметить такое смещение, потому что диаметр орбиты, которую описывает Земля вокруг Солнца, исчезающе мал по сравнению с расстоянием до звезд. Эти замечательные мысли ученого были осмеяны, так как уровень современной ему науки не позволял их доказать. Почему же это было так трудно?

Видимое смещение звезд вследствие движения Земли вокруг Солнца – так называемое параллактическое смещение – должно быть тем меньше, чем дальше звезды. Чтобы определить это смещение, необходимо было измерить чрезвычайно малые углы, что оказалось не под силу наблюдательной технике того времени. Многие астрономы, начиная с Коперника, безрезультатно трудились над определением этих смещений, и величина расстояния до звезд долго оставалась неизвестной.

Первое правильное определение звездного расстояния в результате точнейших наблюдений и кропотливой их обработки произвел академик В. Я. Струве – русский астроном, основатель всемирно известной Пулковской обсерватории. Оказалось, что расстояние даже до ближайших звезд в сотни тысяч раз превышает расстояние от Земли до Солнца. Если вспомнить, что в астрономии за единицу измерения принимается расстояние от Земли до Солнца, то, например, расстояние ближайшей к Солнцу звезды ? (альфа) в созвездии Центавра равно 270 тыс. астрономических единиц, альфа Центавра – очень яркая звезда Южного неба. Однако Солнце кажется нам в 640 млрд. раз ярче. Принято считать, что различие блеска в одну звездную величину соответствует изменению блеска в 2,5 раза. Таким образом, если видимая звездная величина α Центавра равна нулю, для Солнца она составит –27.

А как же будет выглядеть Солнце, какова будет его светимость, если поместить его на такое же расстояние от нас, как и α Центавра?

Известно, что сила света меняется обратно пропорционально квадрату расстояния. Следовательно, Солнце, которое, как мы уже сказали, представляется нам в 640 млрд. раз ярче α Центавра, при удалении его до расстояния этой звезды будет по отношению к ней в 640 · 10 9 : 270000 2 , это отношение равно 9 /₁₀ , то есть светимость Солнца оказывается почти такой же и даже чуть меньше, чем светимость α Центавра. Были сделаны аналогичные сравнения с другими звездами и найдены звезды и ярче и слабее Солнца. По светимости Солнце оказалось средней звездой. Сильный видимый блеск Солнца объясняется его сравнительной близостью к нам.

Чтобы сравнить действительную светимость звезд, астрономы ввели понятие абсолютной звездной величины, которая соответствует блеску звезд в том случае, если их расположить от нас на одинаковом расстоянии в 2 062 650 астрономических единиц. При этом абсолютная звездная величина Солнца оказалась равной +4,8, а у звезд были найдены весьма различные абсолютные величины; от –7 (наиболее блестящие) до +19 (самые слабые). Проведя эти исследования, ученые смогли утверждать, что Солнце при удалении его на звездное расстояние будет выглядеть как средняя, не особенно яркая звезда. Оно было бы тогда лишь в три раза ярче, чем самые слабые звезды, видимые невооруженным глазом.

2 062 650 – это число выбрано потому, что на таком расстоянии годичный параллакс звезды (т.е. угол, под которым со звезды можно было бы увидеть расстояние от Земли до Солнца) равен точно 0”,1 (одной десятой секунды дуги).

Чтобы иметь право утверждать, что Солнце – звезда, надо было еще установить общность физической природы светил. Решение этой задачи, казалось, упиралось в непреодолимое препятствие – грандиозность расстояния, отделяющего нас от Солнца и звезд. Но нет преград для человеческой мысли – лучи рассказали человеку о природе – светил, от которых они исходили.

Как же луч света помог изучить природу небесных светил? Это удалось сделать путем применения спектрального анализа.

Еще в 1814 г. Фраунгофер, наблюдая солнечный спектр, установил, что его светлый фон пересекают темные линии. В 1859 г. Кирхгоф открыл причину появления этих линий. Он установил, что а) непрерывный спектр дают твердые и жидкие тела, а также газы при высоком давлении; б) спектр газа при низком давлении является прерывистым, состоящим из ярких линий, характерных для данного газа; в) газовая среда поглощает те лучи, которые она сама может испускать.

Таким образом, темные линии в солнечном спектре получили объяснение. Было установлено, что яркая светящаяся оболочка Солнца, называемая фотосферой, окружена более холодной газовой оболочкой – хромосферой. Сличение спектра Солнца со спектрами элементов, известных на Земле, позволило определить химический состав фотосферы и хромосферы Солнца.

По распределению яркости в спектре Солнца астрономы определили температуру его поверхности в 6000°С. Измерения температур поверхности звезд дали числа от 3000° до 30 000°С (температура отдельных звезд доходит до 100 000°С). Так как звездные лучи дали спектры, аналогичные солнечному, тождественность физической природы Солнца и звезд была установлена, и больше уже не могло быть сомнения в том, что Солнце – это одна из звезд.

Сравнение размеров Солнца и звезд также доказывает, что Солнце является звездой средней величины.

На основании ряда остроумных исследований астрономы установили, что в нашей звездной системе насчитывается около 100–150 млрд. звезд. Солнце, таким образом, – это рядовой член гигантского звездного «острова» – Галактики, размеры которого исчисляются 80 тыс. световых лет. Со «своей» солнечной системой светило мчится вокруг центра Галактики в результате ее вращения со скоростью около 250 км/сек. В этом «галактическом» движении Солнце сопровождают не только 9 больших планет с их спутниками, но и астероиды (число их оценивается в 100 000), кометы (числом, может быть, более тысячи миллиардов) и бесконечное множество космических камней и пылинок. Границы солнечной системы, определяемой областью, где притяжение Солнца преобладает над притяжением звезд, простираются от Солнца на расстояние до двух световых лет (около 130 000 астрономических единиц).

Источник

Рядовая звезда — Солнце

«…Солнце является единственной звездой, у которой все явления могут быть детально изучены», — писал американский астроном Джордж Эллери Хейл, получивший золотую медаль Королевского астрономического общества за метод фотографирования поверхности Солнца и другие работы. В истинности сказанного нет оснований сомневаться и сегодня. И хотя, описывая Солнце и звезды, мы вторгаемся в сферу астрономии и даже астрофизики, другого выхода у нас нет. Солнце действительно является типичной рядовой звездой и вполне может служить меркой — критерием для остальных светил.

Некогда древние мудрецы провозгласили: «Ex nihilo nihil fit» — «из ничего ничто не родится». Прекрасный лозунг материалистического взгляда на мир. Не от него ли произошла великая идея сохранения вещества и энергии, ставшая краеугольным принципом науки? Еще Михаил Васильевич Ломоносов говаривал, взвешивая свои реторты с химическим зельем: «Ежели от одного сколько убавится, то к другому столь прибавится…»

Наблюдая Солнце, Вильям Гершель не раз задумывался над тем, сколько огненной энергии отдает наше светило в окружающее пространство. Отдавать-то отдает, а откуда берет? В. Гершель красиво назвал этот вопрос «великой тайной». Он не нашел на него ответа и оставил, перейдя к другим наблюдениям.

Скромный гейльброннский доктор Юлиус Роберт Майер и думать не думал оказаться причиной ожесточеннейшей полемики таких известных в науке XIX века людей, как Р. Клаузиус, Р. Тэт, В. Гиндаль, Дж. Джоуль и Е. Дюринг. Да еще удостоиться почетного сравнения, сделанного Е. Дюрингом в заголовке статьи «Роберт Майер — Галилей XIX столетия». Чем же столь знаменит оказался бывший судовой врач, скромно и в безвестности проживавший в провинции и пописывающий время от времени сложные научные статьи?

В статьях доктора Р. Майера содержался новый взгляд на силы.

В статьях доктора Р. Майера впервые сформулирован первый закон термодинамики.

В статьях доктора Р. Майера было дано определение механического эквивалента тепла.

Это обстоятельство и явилось предметом ожесточенного спора почтенных метров. Спора не по существу открытого закона, а, увы… по поводу приоритета; спора, кто первый: Р. Майер или Дж. Джоуль!

Вот кто такой был скромный врач из Гейльбронна. В 1847 году Р. Майер задался целью ни более ни менее, как открыть «великую тайну» В. Гершеля, выяснить источники энергии Солнца. А почему бы и нет? Ведь если закон сохранения энергии в самом деле закон для всей вселенной, то и Солнце должно подчиняться общим правилам. Год спустя он за собственный счет издает мемуар «К динамике неба в популярном представлении», начинавшийся словами: «Свет как звук состоит из колебаний, которые из светящегося или звучащего тела распространяются в определенной среде… Для того чтобы звучал колокол или струна, нужно, чтобы внешняя причина привела их в колебание и сила эта есть причина звука… Часто и удачно сравнивали Солнце с непрерывно звучащим колоколом. Но чем поддерживается в его неослабной силе и вечной юности это светило, наполняющее столь чудесным образом небесные пространства своими лучами? Что препятствует его истощению, наступлению равновесия, которое повело бы за собою мрак и смертный холод нашей планетной системы?

Всеобщий закон природы, не допускающий исключений, гласит, что для произведения тепла необходима известная затрата силы. Но последнюю, как бы разнообразна она ни была, всегда можно свести на две главные категории, на „затрату химического материала или на затрату механической работы“. Стало быть, источник солнечной теплоты следует искать в соответствующих двух агентах и выбирать между ними».

Дальше Р. Майер приводит некоторые популярные примеры. Он предполагает Солнце состоящим из одного угля и показывает, что при этом оно полностью сгорело бы за 4600 лет. Он переводит энергию вращения Солнца в тепло и показывает, что в этом случае ее хватило бы всего на 158 лет. Но «…совсем в ином виде представляется дело, если рассматривать Солнце как звено вселенной. По нашей солнечной системе пробегают, кроме известных доселе планет с их 18 спутниками, множество комет, которых, по знаменитому изречению И. Кеплера, в небесном пространстве больше, чем рыб в океане; и сюда же относятся астероиды, которым, судя по видимым нами падающим звездам и огненным метеорам, и числа нет. Поэтому со всех сторон медленно, но непрерывно к Солнцу должен притекать бесконечный поток весомого вещества и, сталкиваясь с ним, превращать механическую силу своего движения в теплоту».

Так выглядела первая формулировка метеоритной, или «динамической» теории Солнца.

При жизни Р. Майера его идеи не были широко известны просвещенному миру. И причина этого вовсе не в том, что сам доктор, по деликатному замечанию биографов, подвергался «продолжительному и, говорят, не совсем произвольному лечению холодной водой». (Такой метод был распространен в те годы в психиатрических лечебницах.) Просто его работ не знали. Но «идеи рождает время, и они носятся в воздухе». И потому скоро в Англии автором метеоритной гипотезы прослыл некий Дж. Ватерстон. Потом эта гипотеза подвергалась тщательной разработке В. Томсоном, который пришел в восторг от новой идеи связать излучение Солнца с потерей массы. Правда, было одно сомнение: «…если бы метеориты или подобные им тела стремились в подобающем количестве к Солнцу, то даже здесь у нас, за 150 миллионов километров от Солнца, ими кишел бы воздух; от их ударов Земля была бы раскалена докрасна; геологические пласты состояли бы в значительной степени из метеоритов; влияние их сказалось бы на движении Земли». Ведь метеоритного топлива требовалось нашему светилу порядочно. По расчетам того же Р. Майера, энергии падения Луны хватило бы Солнцу в лучшем случае на год для поддержания существующей интенсивности излучения. Нет, в таком откровенном виде эта гипотеза, пожалуй, не годилась.

В одной из своих популярных лекций немецкий медик и физик Г. Гельмгольц высказал любопытную мысль: если принять предположения П. Лапласа о том, что Солнце и его система произошли из туманности, причем процесс сжатия небесных тел не прекратился, а продолжается и поныне, то не может ли этот самый механизм сжатия восполнять потери на излучение? То есть не может ли механическая энергия сжатия переходить в тепловую?

Г. Гельмгольц произвел расчеты и получил интересные цифры. Сокращение диаметра Солнца всего на одну десятитысячную обеспечило бы покрытие тепловых потерь в течение более чем двух тысячелетий.

Против теории Г. Гельмгольца выступил инженер Карл В. Сименс, член гигантской фирмы «Сименс и Гальске», основанной его братом Эрнстом.

К. Сименс жил в Англии, где принял имя Вильяма, и был известен как сторонник и пропагандист всевозможных регенераторов к паровым машинам, регенеративных печей, регенеративных конденсаторов и прочее.

Экономный, как все немцы, В. Сименс не мог потерпеть того факта, что львиная доля солнечной энергии теряется в мировом пространстве и лишь ничтожная часть употребляется с пользой, нагревая планеты. Чтобы исправить положение, он предложил гипотезу, якобы объясняющую возвращение Солнцу истраченного тепла. Для этого он заполнил все мировое пространство газами, конечно, находящимися в разреженном состоянии. Каждое светило силой притяжения создает себе из этих газов атмосферу. Нижние слои ее состоят из тяжелых газов, верхние из легких, например из горючего водорода.

Теперь представим себе огромный солнечный шар, бешено крутящийся в пространстве. С экватора его под действием центробежной силы должны срываться огромные массы тяжелых газов и улетать прочь. Одновременно через полюсы к нему будут притекать потоки нового легкого и горючего газа, который, сгорая, возмещает потери Солнца на излучение. В. Сименс предлагает модель Солнца в виде некой регенеративной печи, в которой происходит восстановление жидкого вещества из продуктов сгорания… Странная с современных позиций гипотеза пользовалась успехом. Ф. Розенбергер, автор капитального труда «История физики», в 1892 году пишет: «Приведенные теории сохранения солнечной энергии (имеются в виду гипотезы Р. Майера, Г. Гельмгольца и В. Сименса. — А. Т.) не противоречат друг другу, не заключают в себе ничего невероятного и могут существовать рядом. В настоящую минуту самая живая из них теория Сименса, но наиболее грандиозная, без сомнения, майеровская, так как она соединяет нашу систему с прочими телами вселенной и обещает сохранение солнечной системы вплоть до всеобщего конца, т. е. до выравнивания энергии во всей вселенной».

Интересная цитата, если вдуматься. Некогда, занимаясь исследованием работы паровых машин, С. Карно пришел к выводу, что даже при отсутствии всякого трения ни одна машина, превращающая тепло в работу, не может иметь стопроцентного коэффициента полезного действия, КПД. Дело в том, что часть тепла, а значит и тепловой энергии, непременно от котла переходит к конденсатору, нагревая последний. Следовательно, часть энергии будет всегда теряться, повышая температуру конденсатора. Так будет происходить до тех пор, пока температура котла и конденсатора не сравняется. После чего машина перестанет работать. Отсюда С. Карно пришел ко второму принципу термодинамики, обобщенному в дальнейшем Р. Клаузиусом и В. Томсоном. Сегодня этот закон читается так: «В замкнутой системе любые процессы приводят к нарастанию энтропии». Энтропия — это мера обесценивания энергии.

Солнечная система тоже может служить иллюстрацией к этому закону. В соответствии со сформулированным принципом эволюция идет только в одну сторону. Следовательно, в конце всегда смерть. Но раз в промежутке существование, то должно было быть и начало, то есть рождение. Пусть рождение солнечной системы обязано проявлению космических сил. А если распространить второй принцип термодинамики на весь мир? Кто его создал? Похоже, что как ни верти, а без бога не обойдешься. Вот к какому выводу приводит нас безобидная цитата.

Против «тепловой смерти вселенной» выступали многие выдающиеся ученые XIX века. И сейчас страхи по этому поводу имеют чисто исторический интерес. XX век вообще положил конец умозрительным заключениям, выступавшим нередко в прошлом в качестве научных гипотез. Новое время предложило и новые методы. Чтобы двигаться дальше, нужно было прежде обобщить накопленную информацию. Непрерывное же выдвижение гипотез напоминало бег на месте.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Как вы докажете что солнце рядовая звезда

Солнце

Рядовая звезда — Солнце

Читайте также

Солнце на Земле

Нейтрино и Солнце

Глава 6 Звезда — газовый шар, находящийся в состоянии равновесия

Наше Солнце

1. Солнце — мерило звезд

Солнце

35. Имеет ли Солнце поверхность?

36. Почему Солнце горячее?

38. Пятна на Солнце, что это такое?

55. Действительно ли Юпитер — неудавшееся солнце?

70. Все звезды одиночки, как Солнце?

Глава 14. Как сгорает Солнце

4.6. Кометы, «царапающие Солнце»

Нейтронная звезда на орбите вокруг черной дыры