Реферат: Белые карлики

<span Comic Sans MS"">    

<span Comic Sans MS"">Белыекарлики<span Comic Sans MS";mso-bidi-font-weight:bold">- одна из увлекательнейших тем в истории астрономии: впервые были открытынебесные тела, обладающие свойствами, весьма далёкими от тех, с которыми мыимеем дело в земных условиях. И, по всей вероятности, разрешение загадки белыхкарликов положило начало исследованиям таинственной природы вещества,запрятанного где-то в разных уголках Вселенной.

<span Comic Sans MS"">                   ВоВселенной много белых карликов. Одно время они считались редкостью, новнимательное изучение фотопластинок, полученных в обсерватории Маунт-Паломар (США), показало, что их количество превышает1500. Удалось оценить пространственную плотность белых карликов: оказывается, всфере с радиусом в 30 световых лет должно находиться около 100 таких звёзд.История открытия белых карликов восходит к началу 19в, когда Фридрих ВильгельмБессель, прослеживая движение наиболее яркой звезды Сириус, открыл, что её путьявляется не прямой линией, а имеет волнообразный характер. Собственное движениезвезды происходило не по прямой линии; казалось, что она едва заметно смещаласьиз стороны в сторону. К 1844г., спустя примерно десять лет после первыхнаблюдений Сириуса, Бессель пришёл к выводу, что рядом с Сириусом находитсявторая звезда, которая, будучи невидимой, оказывает на Сириус гравитационноевоздействие; оно обнаруживается по колебаниям в движении Сириуса. Ещё болееинтересным оказалось то обстоятельство, что если тёмный компонент действительносуществует, то период обращения обеих звёзд относительно их общего центратяжести равен приблизительно 50 годам.

<span Comic Sans MS"">                   Перенесёмсяв 1862г. и из Германии в Кембридж, штат Массачусетс (США). АлвануКларку, крупнейшему строителю телескопов в США, Университетам штата Миссисипибыло поручено сконструировать телескоп с объективом диаметром <st1:metricconverter ProductID=«18,5 дюйма» w:st=«on»>18,5 дюйма</st1:metricconverter> (<st1:metricconverter ProductID=«46 см» w:st=«on»>46 см</st1:metricconverter>), который должен был статьсамым большим телескопом в мире. После того как Кларк закончил обработку линзытелескопа, нужно было проверить, обеспечена ли необходимая точность формы еёповерхности. С этой целью линзу установили в подвижной трубе и направили наСириус — самую яркую звезду, являющуюся лучшим объектом для проверки линз ивыявления их дефектов. Зафиксировав положение трубы телескопа, Алван Кларк увидел слабый «призрак», который появился навосточном краю поля зрения телескопа в отблеске Сириуса. Затем, по мере движениянебосвода, в поле зрения попал и сам Сириус. Его изображение было искажено — казалось, что «призрак» представляет собой дефект линзы, который следовало быустранить, прежде чем сдать линзу в эксплуатацию. Однако эта возникшая в полезрения телескопа слабая звёздочка оказалась компонентом Сириуса, предсказаннымБесселем. В заключение следует добавить, что из-за начавшейся первой мировойвойны телескоп Кларка так никогда и не был отправлен в Миссисипи — егоустановили в Дирбоновской обсерватории, вблизи Чикаго,а линзу используют, по сей день, но на другой установке.

<span Comic Sans MS"">                   Такимобразом, Сириус стал предметом всеобщего интереса и многих исследований, ибофизические характеристики двойной системы заинтриговали астрономов. С учётомособенностей движения Сириуса, его расстояние до Земли и амплитуды отклоненийот прямолинейного движения астрономам удалось определить характеристики обеихзвёзд системы, названых Сириус А и Сириус В. Суммарная масса обеих звёздоказалась в 3,4 раза больше массы Солнца. Было найдено, что расстояние междузвёздами почти в 20 раз превышает расстояние между Солнцем и Землёй, то естьпримерно равно расстоянию между Солнцем и Ураном; полученная на основанииизмерения параметров орбиты масса Сириуса А оказалась в 2,5 раза больше массыСолнца, а масса Сириуса В составила 95% массы Солнца. После того как былиопределены светимости обеих звёзд, обнаружилось, что Сириус А почти в 10 000раз ярче, чем Сириус В. По абсолютной величине Сириуса А мы знаем, что онпримерно в 35,5 раза светит сильнее Солнца. Отсюда следует, что светимостьСолнца в 300 раз превышает светимость Сириуса В.

<span Comic Sans MS"">                   Светимостьлюбой звезды зависит от температуры поверхности звезды и её размеров, то естьдиаметра. Близость второго компонента к более яркому Сириусу А чрезвычайноосложняет определение его спектра, что необходимо для установки температурызвезды. В 1915г. с использованием всех технических средств, которымирасполагала крупнейшая обсерватория того времени Маунт-Вилсон(США), были получены удачные фотографии спектра Сириуса. Это привело кнеожиданному открытию: температура спутника составляла 8000 К, тогда как Солнцеимеет температуру 5700 К. Таким образом, спутник в действительности оказалсягорячее Солнца, а это означало, что светимость единицы его поверхности такжебольше.

<span Comic Sans MS";mso-bidi-font-weight:bold">                   В самом деле, простой расчётпоказывает, что каждый сантиметр этой звезды излучает в четыре раза большеэнергии, чем квадратный сантиметр поверхности Солнца. Отсюда следует, чтоповерхность спутника должна быть в 300´4 раз меньше, чем поверхность Солнца,и Сириус В должен иметь диаметр около <st1:metricconverter ProductID=«40 000 км» w:st=«on»>40 000 км</st1:metricconverter>. Однако масса этой звезды составляет95% от массы Солнца. Этот значит, что огромное количество вещества должно бытьупаковано в чрезвычайно малом объёме, иначе говоря, звезда должна быть плотной.В результате несложных арифметических действий получаем, что плотность спутникапочти в 100 000 раз превышает плотность воды. Кубический сантиметр этоговещества на Земле весил бы <st1:metricconverter ProductID=«100 кг» w:st=«on»>100 кг</st1:metricconverter>, а <st1:metricconverter ProductID=«0,5 л» w:st=«on»>0,5 л</st1:metricconverter> такого вещества — около 50 т.

<span Comic Sans MS"">                   Таковаистория открытия первого белого карлика. А теперь зададимся вопросом, какимобразом вещество можно сжать так, чтобы один кубический сантиметр его весил <st1:metricconverter ProductID=«100 кг» w:st=«on»>100 кг</st1:metricconverter>?             

<span Comic Sans MS"">                   Когдав результате высокого давления вещество сжато до больших плотностей, как вбелых карликах, то вступает в действие другой тип давления, так называемое«вырожденное давление». Оно появляется при сильнейшем сжатии вещества в недрахзвезды. Именно сжатие, а не высокие температуры является причиной вырожденногодавления. Вследствие сильного сжатия атомы оказываются настолько плотноупакованными, что электронные оболочки начинают проникать одна в другую.

<span Comic Sans MS"">                   Гравитационноесжатие белого карлика происходит в течение длительного времени, и электронныеоболочки продолжают проникать друг в друга до тех пор, пока расстояние междуядрами не станет порядка радиуса наименьшей электронной оболочки. Внутренниеэлектронные оболочки представляют собой непроницаемый барьер, препятствующийдальнейшему сжатию. При максимальном сжатии электроны уже не

<span Comic Sans MS";mso-bidi-font-weight:bold">связаны сотдельными ядрами, а свободно движутся относительно них. Процесс отделенияэлектронов от ядер происходит в результате ионизации давлением. Когда ионизациястановится полной, облако электронов движется относительно решётки из болеетяжёлых ядер, так что вещество белого карлика приобретает определённыефизические свойства, характерные для металлов. В таком веществе энергияпереносится к поверхности электронами, подобно тому, как тепло распространяетсяпо железному пруту, нагреваемому с одного конца.

<span Comic Sans MS"">                   Ноэлектронный газ проявляет и необычные свойства. По мере сжатия электронов ихскорость всё больше возрастает, потому что, как мы знаем, согласнофундаментальному физическому принципу, два электрона, находящиеся в одномэлементе фазового объёма, не могут иметь одинаковые энергии. Следовательно,чтобы не занимать один и тот же элемент объёма, они должны двигаться согромными скоростями. Наименьший размер допустимого объёма зависит от диапазонаскоростей электронов. Однако в среднем, чем ниже скорость электронов, тембольше тот минимальный объём, который они могут занимать. Иными словами, самыебыстрые электроны занимают наименьший объём. Хотя отдельные электроны носятсясо скоростями, соответствующими внутренней температуре порядка миллионовградусов, температура полного ансамбля электронов в целом остаётся низкой.

<span Comic Sans MS"">                   Установлено,что атомы газа обычного белого карлика образуют решётку плотно упакованныхтяжёлых ядер, сквозь которую движется вырожденный электронный газ. Ближе кповерхности звезды вырождение ослабевает, и на поверхности атомы ионизированыне полностью, так что часть вещества находится в обычном газообразномсостоянии.         

<span Comic Sans MS"">                   Знаяфизические характеристики белых карликов, мы можем сконструировать их нагляднуюмодель. Начнём с того, что белые карлики имеют атмосферу. Анализ спектровкарликов приводит к выводу, что толщина их атмосферы составляет всего несколькосотен метров. В этой атмосфере астрономы обнаруживают различные знакомыехимические элементы. Известны белые карлики двух типов — холодные и горячие. Ватмосферах более горячих белых карликов содержится некоторый запас водорода,хотя, вероятно, он не превышает 0,05%. Тем не менее, по линиям в спектрах этихзвёзд были обнаружены водород, гелий, кальций, железо, углерод и даже окисьтитана. Атмосферы холодных белых карликов состоят почти целиком из гелия; наводород, возможно, приходится меньше, чем один атом из миллиона. Температурыповерхности белых карликов меняются от 5000 К у «холодных» звёзд до 50 000 К у  «горячих». Податмосферой белого карлика лежит область невырожденного вещества, в которомсодержится небольшое число свободных электронов. Толщина этого слоя <st1:metricconverter ProductID=«160 км» w:st=«on»>160 км</st1:metricconverter>, что составляетпримерно 1% радиуса звезды. Слой этот может меняться со временем, но диаметрбелого карлика остаётся постоянным и равным примерно <st1:metricconverter ProductID=«40 000 км» w:st=«on»>40 000 км</st1:metricconverter>. Как правило,белые карлики не уменьшаются в размерах после того, как достигли этогосостояния. Они ведут себя подобно пушечному ядру, нагретому до большойтемпературы; ядро может менять температуру, излучая энергию, но его размерыостаются неизменными. Чем же определяется окончательный диаметр белого карлика? Оказывается его массой. Чем больше масса белого карлика, тем меньше егорадиус; минимально возможный радиус составляет <st1:metricconverter ProductID=«10 000 км» w:st=«on»>10 000 км</st1:metricconverter>. Теоретически,если масса белого карлика превышает массу Солнца в 1,2 раза, его радиус можетбыть неограниченно малым. Именно давление вырожденного электронного газапредохраняет звезду от всяческого дальнейшего сжатия, и, хотя температура можетменяться от миллионов градусов в ядре звезды до нуля на поверхности, диаметр еёне меняется. Со временем звезда становится тёмным телом с тем же диаметром,который она имела, вступив в стадию белого карлика.

<span Comic Sans MS"">                   Подверхним слоем звезды вырожденный газ практически изотермичен,то есть температура почти постоянна вплоть до самого центра звезды; онасоставляет несколько миллионов градусов — наиболее реальная цифра 6 млн. К.

<span Comic Sans MS"">                 Теперь,когда мы имеем некоторые представления о строении белого карлика, возникаетвопрос: почему он светится? Очевидно

<span Comic Sans MS";mso-bidi-font-weight:bold">одно:термоядерные реакции исключаются. Внутри белого карлика отсутствует водород,который поддерживал бы этот механизм генерации энергии.

<span Comic Sans MS"">                        Единственныйвид энергии, которым располагает белый карлик, — это тепловая энергия. Ядраатомов находятся в беспорядочном движении, так как они рассеиваются вырожденнымэлектронным газом. Со временем движение ядер замедляется, что эквивалентнопроцессу охлаждения. Электронный газ, который не похож не на один из известныхна Земле газов, отличается исключительной теплопроводностью, и электроныпроводят тепловую энергию к поверхности, где через атмосферу эта энергияизлучается в космическое пространство.

<span Comic Sans MS"">                   Астрономысравнивают процесс остывания горячего белого карлика с остыванием железногопрута, вынутого из огня. Сначала белый карлик охлаждается быстро, но по мерепадения температуры внутри него охлаждение замедляется. Согласно оценкам, запервые сотни миллионов лет светимость белого карлика падает на 1% от светимостиСолнца. В конце концов, белый карлик должен исчезнуть и стать чёрным карликом,однако на это могут понадобиться триллионы лет, и, по мнению многих учёных,представляется весьма сомнительным, чтобы возраст Вселенной был достаточновелик для появления в ней чёрных карликов.

<span Comic Sans MS"">                   Другиеастрономы считают, что и в начальной фазе, когда белый карлик ещё довольногоряч, скорость охлаждения невелика. А когда температура его поверхности  падает до величины порядка температурыСолнца, скорость охлаждения увеличивается и угасание происходит очень быстро.Когда недра белого карлика достаточно остынут, они затвердеют.

<span Comic Sans MS"">                   Такили иначе, если принять, что возраст Вселенной превышает 10 млрд. лет, красныхкарликов в ней должно быть намного больше, чем белых. Зная это, астрономыпредпринимают поиски красных карликов. Пока они безуспешны. Массы белыхкарликов определены недостаточно точно. Надёжно их можно установить длякомпонентов двойных систем, как в случае Сириуса. Но лишь немногие белыекарлики входят в состав двойных звёзд. В трёх наиболее хорошо изученных случаяхмассы белых карликов, измеренные, с точностью свыше 10% оказались меньше массыСолнца и составляли примерно половину её. Теоретически предельная масса дляполностью вырожденной не вращающейся звезды должна быть в 1,2 раза больше массыСолнца. Однако если звёзды вращаются, а по всей вероятности, так оно и есть, товполне возможны массы, в несколько раз превышающие солнечную.    

<span Comic Sans MS"">                   Силатяжести на поверхности белых карликов примерно в 60-70 раз больше, чем наСолнце. Если человек весит на Земле <st1:metricconverter ProductID=«75 кг» w:st=«on»>75 кг</st1:metricconverter>, то на Солнце он весил бы 2тонны, а наповерхности белого карлика его вес составлял бы 120-140 тонн. С учётом того,что радиусы белых карликов мало отличаются и их массы почти совпадают, можнозаключить, что сила тяжести на поверхности любого белого карлика приблизительноодна и та же.  Во Вселенной много белыхкарликов. Одно время они считались редкостью, но внимательное изучениефотопластинок, полученных в обсерватории Маунт-Паломар,показало, что их количество превышает 1500. Астрономы полагают, что частота возникновениябелых карликов постоянна, по крайней мере, в течение последних 5 млрд. лет.Возможно, белые карлики составляют наиболее многочисленный класс объектов нанебе. Удалось оценить пространственную плотность белых карликов: оказывается, всфере с радиусом в 30 световых лет должно находиться около 100 таких звёзд.Возникает вопрос: все ли звёзды становятся белыми карликами в конце своегоэволюционного пути? Если нет, то какая часть звёзд переходит в стадию белогокарлика?

<span Comic Sans MS"">                   Важнейшийшаг в решении проблемы был сделан, когда астрономы нанесли положениецентральных звёзд планетарных туманностей на диаграмму температура — светимость. Чтобы разобраться в свойствах звёзд, расположенных в центрепланетарных туманностей, рассмотрим эти небесные тела.

<span Comic Sans MS"">                   Нафотографиях планетарная туманность выглядит как протяжённая масса газовэллипсоидной формы со слабой, но горячей звездой в центре. В действительностиэта масса представляет собой сложную турбулентную, концентрическую оболочку,которая расширяется со скоростями 15-50 км/с. Хотя эти образования выглядят каккольца, на деле они являются оболочками, и скорость турбулентного движения газав них достигает примерно 120 км/с. Оказалось, что диаметры несколькихпланетарных туманностей, до которых удалось измерить расстояние, составляютпорядка 1 светового года, или около 10 триллионов километров. Расширяясь суказанными выше скоростями, газ в оболочках становится очень разряженным и неможет возбуждаться, а следовательно, его нельзя увидеть спустя 100 000 лет.

<span Comic Sans MS"">                   Многиепланетарные туманности, наблюдаемые нами сегодня, родились в последние 50000лет, а типичный их возраст близок к 20 000 лет. Центральные звёзды такихтуманностей — наиболее горячие объекты среди известных в природе. Температураих поверхности меняется от 50 000 до 1млн. К. Из-за необычайно высокихтемператур большая часть излучения звезды приходится на далёкуюультрафиолетовую область электромагнит иного спектра. Это ультрафиолетовоеизлучение поглощается, преобразуется и переизлучаетсягазом оболочки в видимой области спектра, что и позволяет нам наблюдатьоболочку. Это означает, что оболочки значительно ярче, нежели центральныезвёзды, — которые на самом деле являются источником энергии, — так как огромноеколичество излучения звезды приходится на невидимую часть спектра.

<span Comic Sans MS"">                   Изанализа характеристик центральных звёзд планетарных туманностей следует, чтотипичное значение их массы заключено в интервале 0,6-1 масса Солнца. А длясинтеза тяжёлых элементов в недрах звезды необходимы большие массы. Количествоводорода в этих звёздах незначительно. Однако газовые оболочки богаты водородоми гелием.

<span Comic Sans MS"">                   Некоторыеастрономы считают, что 50-95 % всех белых карликов возникли не из планетарныхтуманностей. Таким образом, хотя часть белых карликов целиком связана спланетарными туманностями, по крайней мере, половина или более из них произошлиот нормальных звёзд главной последовательности, не проходящих через стадиюпланетарной туманности.   

<span Comic Sans MS"">                   Полнаякартина образования белых карликов туманна и неопределенна. Отсутствует так многодеталей, что в лучшем случае описание эволюционного процесса можно строить лишьпутём логических умозаключений. И, тем не менее, общий вывод таков: многиезвёзды теряют часть вещества на пути к своему финалу, подобному стадии белогокарлика, и затем скрываются на небесных «кладбищах» в виде чёрных, невидимыхкарликов.  

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">МУНИЦИПАЛЬНОЕОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №3»

<span Comic Sans MS";color:black">

<span Comic Sans MS";color:black">

<span Comic Sans MS";color:black">

<span Comic Sans MS";color:black">

<span Comic Sans MS";color:black">

<span Comic Sans MS";color:black">

<span Comic Sans MS";color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black; text-effect:outline">СООБЩЕНИЕ НА ТЕМУ

<span Arial",«sans-serif»;color:black; text-effect:outline"><img src="/cache/referats/23248/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black;text-shadow:auto"> 

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black;text-shadow:auto"> 

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black;text-shadow:auto"> 

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black;text-shadow:auto"> 

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black;text-shadow:auto"> 

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black;text-shadow:auto"> 

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black;text-shadow:auto"> 

<span Comic Sans MS";mso-bidi-font-family:Arial; color:black;text-shadow:auto">ВЫПОЛНИЛА БЛИНОВАА.

<span Comic Sans MS";mso-bidi-font-family:Arial; color:black;text-shadow:auto">ПРОВЕРИЛА ГОРШКОВАА.И.

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black">

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black">

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black">

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black">

<span Comic Sans MS"; mso-bidi-font-family:Arial;color:black">

<span Arial",«sans-serif»;color:black">БУЗУЛУК 2006

еще рефераты
Еще работы по астрономии