Файл: Шама Д.В. Современная космология.pdf

10Г Л Л В Л 1

температурой поверхности. Астрономы изображают эту зависимость при помощи так называемой диаграммы

Герцшпрунга — Рессела (рис. 1). К счастью, наше Солнце т а к ж е принадлежит главной последовательности. Ко­ нечно, его можно изучить намного подробнее, чем любую другую звезду, и в таком случае физика Солнца есть, по существу, физика подавляющего большинства звезд Га­

Расстояние до Солнца наиболее точно определено пу­ тем радиолокационных измерений, т. е. по времени, ко­ торое необходимо радиоволнам, чтобы достичь Солнца и, отразившись, вернуться на Землю .

Солнечная постоянная — это количество солнечной лучистой энергии, которое падает на единичную пло­ щадку земной поверхности в единицу времени; ее можно измерить непосредственно. Напротив, температуру по­ верхности Солнца можно определить только косвенно, например по ее цвету (чем горячее нагретое тело, тем голубее его излучение). Наконец, нижнее предельное зна-

!2 Г Л А В А !

называемое «вещество белого карлика» (см. стр. 20). От сжатия Солнце удерживает тепловое движение частиц солнечного вещества, или, точнее, градиент теплового давления между центром и поверхностью Солнца.

Мы можем оценить среднюю по объему температуру Солнца, потребовав, чтобы его тепловая и гравитацион­ ная потенциальная энергии были равны. Последнюю

скорость теплового движения атомов на Солнце, то сред­

ности около 1 г/см3 и температуре 5 - Ю 6 К будет почти полностью ионизован, т. е. электроны оторвутся от про­ тонов в результате энергичных столкновений, происходя­ щих со скоростями 300 км/с. Это означает, что д а ж е при плотности 1,4 г/см3 солнечное вещество ведет себя как идеальный газ (расстояние между соседними частицами

упрощается. Будь вещество Солнца твердым или жид­ ким, Солнце обладало бы гораздо более сложной струк­ турой.

Итак, Солнце — это газовый шар с температурой в центре выше 5 - Ю 6 К и температурой поверхности 5000 К, а соответствующий средний температурный градиент со­ ставляет около Ю - 4 К/см. Излучение центральных горя­ чих частей нельзя наблюдать непосредственно, так как, прежде чем достичь нас, оно рассеивается и поглощается.

нечных? На основе наших простых оценок имеем

Т ос MIR,

X ос 1/д ос ММ.

Отсюда поток энергии через единицу поверхности при­ близительно пропорционален величине

{WIM) (MVR5)

Ms/R2.

Таким образом, светимость L всей поверхности звезды удовлетворяет соотношению

L ос М3.

Это простой пример известной эддингтоновской зави­ симости масса — светимость. В нашем выводе радиус со­ кратился, но более тщательное рассмотрение показывает, что светимость зависит и от радиуса, правда слабо. Эти расчеты довольно хорошо согласуются с полученными из наблюдений значениями масс и светимостей звезд глав­ ной последовательности (массы определяются из пара­ метров орбит двойных звезд) . Наиболее важное след­ ствие соотношения масса — светимость состоит в том, что звезды массивнее Солнца обладают гораздо большей све­ тимостью и, следовательно, намного быстрее истощают свои источники энергии.

Тут мы подошли к вопросу об источниках энергии типичной звезды. Вероятно, читатель весьма озадачен нашей способностью узнать столь много о звезде, не уста­ новив ни механизма, ни' скорости выделения энергии. Причина этого заключается в том, что наше предполо­ жение о стабильности Солнца на протяжении по край­ ней мере последних 109 лет накладывает на механизм генерации энергии ограничения, которым должен удов­ летворять реальный механизм. Эти ограничения опреде­ ляются следующими причинами. Тепловая энергия Солн­

содержит достаточно тепла, чтобы излучать в течение 2,5-10м с, или 107 лет. Но Солнце более или менее неиз­ менно в течение по крайней мере 109 лет. Следовательно, должна непрерывно происходить генерация энергии с та­ кой ж е скоростью L , с какой она излучается.

Каков бы ни был механизм генерации энергии, ее ско­

диуса R, но, по-видимому, связана с ними другим соот­ ношением. Предположим, что скорость генерации энергии стала слишком низкой. Тогда звезда охладилась бы и

что звезда стремится к устойчивому состоянию и дости­ гает его, если скорость генерации энергии сильно зависит от температуры. Поэтому в этом случае звезда сжима ­ лась бы и нагревалась до тех пор, пока энергия, гене­

зультате излучения поверхности. Итак, радиус звезды в

существовать другие механизмы генерации энергии. Это не может быть химическая энергия, типичный выход ко­ торой составляет всего 101 3 эрг/г. Естественным является предположение о ядерной энергии. Как следует из