რა გაზები ქმნის მზეს?

ჩვენი მზე, ისევე როგორც ყველა სხვა ვარსკვლავი, არის მოციმციმე პლაზმის გიგანტური ბურთი. ეს არის თვითგამძლე თერმობირთვული რეაქტორი, რომელიც უზრუნველყოფს ჩვენს პლანეტას სინათლესა და სითბოს შევინარჩუნოთ სიცოცხლე, ხოლო მისი სიმძიმე გვაკავებს (და მზის დანარჩენი ნაწილი) სიღრმისკენ სივრცე

მზე შეიცავს რამდენიმე გაზს და სხვა ელემენტებს, რომლებიც გამოყოფენ ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას, რაც მეცნიერებს საშუალებას აძლევს, შეისწავლონ მზე, მიუხედავად იმისა, რომ ფიზიკურ ნიმუშებზე წვდომა არ აქვთ.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

მზეზე ყველაზე გავრცელებული გაზები, მასის მიხედვით, არის: წყალბადის (დაახლოებით 70 პროცენტი, ჰელიუმი (დაახლოებით 28 პროცენტი), ნახშირბადი, აზოტი და ჟანგბადი (ერთად დაახლოებით 1,5 პროცენტი). მზის მასის დარჩენილი ნაწილი (0,5 პროცენტი) შედგება სხვა ელემენტების კვალი რაოდენობით, მათ შორის ნეონის, რკინის, სილიციუმის, მაგნიუმის და გოგირდის ნარევისგან.

ორი ელემენტი შეადგენს მზის ნივთიერებების აბსოლუტურ უმრავლესობას, მასით: წყალბადის (დაახლოებით 70 პროცენტი) და ჰელიუმის (დაახლოებით 28 პროცენტი). გაითვალისწინეთ, თუ ხედავთ სხვადასხვა რიცხვს, ნუ იდარდებთ; ალბათ ხედავთ შეფასებებს ინდივიდუალური ატომების საერთო რაოდენობის შესაბამისად. ჩვენ მასობრივად მივდივართ, რადგან იმაზე ადვილია ფიქრი.

მასის შემდეგი 1.5 პროცენტი ნახშირბადის, აზოტისა და ჟანგბადის ნაზავია. საბოლოო 0.5 პროცენტი უფრო მძიმე ელემენტების რქოვანაა, მათ შორისაა: ნეონი, რკინა, სილიციუმი, მაგნიუმი და გოგირდი.

ალბათ გაინტერესებთ როგორ, ზუსტად ვიცით რა ქმნის მზეს. ბოლოს და ბოლოს, არცერთი ადამიანი არასდროს ყოფილა იქ და არც ერთ კოსმოსურ ხომალდს არ მოუტანია მზის ნივთიერების ნიმუშები. მზე მუდმივად აბანოვს დედამიწასელექტრომაგნიტური რადიაციადა ნაწილაკები, რომლებიც გამოიყოფა მისი შერწყმით მომუშავე ბირთვით.

ყველა ელემენტი შთანთქავს ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გარკვეულ ტალღის სიგრძეს (ე.ი. სინათლეს) და ასევე გამოყოფს გარკვეულ ტალღის სიგრძეს გათბობის დროს. 1802 წელს მეცნიერმა უილიამ ჰაიდ ვოლასტონმა შეამჩნია, რომ პრიზმაში მზის სხივმა წარმოქმნა მოსალოდნელი ცისარტყელის სპექტრი, მაგრამ აქა-იქ მიმოფანტული იყო მუქი ხაზები.

ამ ფენომენებზე უკეთ გასაცნობად ოპტიკოსმა ჯოზეფ ფონ ფრაუნჰოფერმა გამოიგონა პირველი სპექტრომეტრი - ძირითადად გაუმჯობესებული პრიზმა - რაც მზის სხვადასხვა ტალღის სიგრძეს კიდევ უფრო ავრცელებს და ამარტივებს მათ ნახვა. ამან უფრო გაუადვილა იმის დანახვა, რომ ვოლასტონის მუქი ხაზები არ იყო ხრიკი ან ილუზია - ისინი, როგორც ჩანს, მზის შუქის თვისება იყო.

მეცნიერებმა გაარკვიეს, რომ ეს მუქი ხაზები (ახლა ფრაუნჰოფერის ხაზებს უწოდებენ) შეესაბამება სინათლის სპეციალურ ტალღის სიგრძეს, რომელიც შეიწოვება გარკვეული ელემენტებისგან, როგორიცაა წყალბადის, კალციუმის და ნატრიუმის. ამიტომ, ეს ელემენტები უნდა იყოს მზის გარეთა შრეებში, შთანთქავს ბირთვის მიერ გამოყოფილ სინათლეს.

დროთა განმავლობაში, სულ უფრო დახვეწილმა გამოვლენის მეთოდებმა საშუალება მოგვცა, შევაფასოთ მზის გამოსხივება რაოდენობრივად: ელექტრომაგნიტური რადიაცია მისი ყველა ფორმით (რენტგენი, რადიოტალღები, ულტრაიისფერი, ინფრაწითელი და ა.შ.) და სუბატომიური ნაწილაკების ნაკადი ნეიტრინოები. იმის გაზომვით, თუ რა გამოყოფს მზეს და რას შთანთქავს იგი, ჩვენ შორიდან შევქმენით მზის შემადგენლობის საფუძვლიანი გაგება.

ხომ არ შეამჩნიეთ რაიმე ნიმუში მასალებში, რომლებიც მზეს ქმნიან? წყალბადის და ჰელიუმის არის პერიოდული სისტემის პირველი ორი ელემენტი: უმარტივესი და მსუბუქი. რაც უფრო მძიმე და რთული ელემენტია, მით უფრო ნაკლებ მას ვხვდებით მზეზე.

თანხების შემცირების ეს ტენდენცია მსუბუქი / მარტივიდან უფრო მძიმეზე / უფრო რთულ ელემენტებზე გადასვლისას ასახავს თუ როგორ იბადებიან ვარსკვლავები და მათი უნიკალური როლი ჩვენს სამყაროში.

დიდი აფეთქების უშუალო შემდგომ სამყაროში სხვა არაფერი იყო თუ არა სუბატომიური ნაწილაკების ცხელი, მკვრივი ღრუბელი. ამ ნაწილაკების გაერთიანებას თითქმის 400,000 წლის განმავლობაში სჭირდებოდა გაგრილება და გაფართოება, ჩვენ ვიცნობდით პირველ ატომს, წყალბადს.

დიდი ხნის განმავლობაში სამყაროში დომინირებდა წყალბადის და ჰელიუმის ატომები, რომლებსაც შეეძლოთ სპონტანურად ჩამოყალიბებულიყო პირველყოფილი სუბატომიური წვნიანის შიგნით. ნელა, ეს ატომები იწყებენ ფხვიერი აგრეგატების წარმოქმნას.

ამ აგრეგაციებმა უფრო მეტი სიმძიმე განიცადეს, ამიტომ ისინი იზრდება და ახლომახლოდან უფრო მეტ მასალას იღებენ. დაახლოებით 1.6 მილიონი წლის შემდეგ, ამ აგრეგატების ნაწილი იმდენად გაიზარდა, რომ ცენტრში წნევა და სითბო საკმარისი იყო თერმობირთვული შერწყმის დასაწყებად და პირველი ვარსკვლავები დაიბადნენ.

აქ არის მთავარი რამ ბირთვული შერწყმის შესახებ: მიუხედავად იმისა, რომ ეს მოითხოვს უზარმაზარ ენერგიას, ამ პროცესის დასაწყებადგამოაქვეყნებსენერგია

განვიხილოთ ჰელიუმის შექმნა წყალბადის შერწყმით: წყალბადის ორი ბირთვი და ორი ნეიტრონი აერთიანებს და ქმნის ა ცალკეული ჰელიუმის ატომი, მაგრამ შედეგად წარმოქმნილ ჰელიუმს 0,7 პროცენტით ნაკლები მასა აქვს, ვიდრე საწყისი მასალებს. როგორც მოგეხსენებათ, მატერიის არც შექმნა და არც განადგურებაა შესაძლებელი, ამიტომ ეს მასა სადმე უნდა წასულიყო. სინამდვილეში, იგი ენერგიად გადაკეთდა, აინშტაინის ყველაზე ცნობილი განტოლების თანახმად:

Რომელშიც ეარის ენერგია ჯოულებში (J),მარის მასობრივი კილოგრამები (კგ) დაგარის სინათლის სიჩქარე მეტრ / წამში (მ / წმ) - მუდმივი. თქვენ შეგიძლიათ განათავსოთ განტოლება უბრალო ინგლისურად, შემდეგნაირად:

​​ენერგია (ჯოული) = მასა (კილოგრამი) × სინათლის სიჩქარე (მეტრი / წამში)²​

სინათლის სიჩქარე დაახლოებით 300,000,000 მეტრი / წამში, რაც ნიშნავსგ²აქვს ღირებულება დაახლოებით 90,000,000,000,000,000 - ეს არის ოთხმოცდაათიკვადრილიონი- მეტრი²/second². ჩვეულებრივ, ამ დიდ ციფრებთან ურთიერთობისას, თქვენ განათავსებთ მათ სამეცნიერო ნოტაციაში, რომ დაზოგოთ ადგილი, მაგრამ აქ სასარგებლოა იმის დანახვა, თუ რამდენ ნულთან გაქვთ საქმე.

როგორც თქვენ წარმოიდგინეთ, პატარა რიცხვიც კი გამრავლებულიოთხმოცდაათი კვადრილიონიაპირებს დასრულდება ძალიან დიდი. ახლა, მოდით ვნახოთ წყალბადის ერთი გრამი. იმისათვის, რომ დარწმუნდეთ, რომ განტოლება გვაძლევს პასუხს ჯოულებით, ჩვენ გამოვხატავთ ამ მასას 0.001 კილოგრამად - მნიშვნელოვანია ერთეულები. ასე რომ, თუ ამ მნიშვნელობებს ჩართავთ მასის და სინათლის სიჩქარისთვის:

ეს ახლოსაა ნაგასაკის ბირთვული ბომბის მიერ გამოყოფილი ენერგიის ოდენობას, რომელიც შეიცავს ერთ გრამს ყველაზე პატარა, მსუბუქ ელემენტს. დედააზრი: ენერგიის წარმოქმნის პოტენციალი მასის ენერგიაზე შერწყმის გზით გარდაქმნისთვის დამაფიქრებელია.

სწორედ ამიტომ ცდილობდნენ მეცნიერები და ინჟინრები დედამიწაზე ბირთვული შერწყმის რეაქტორის შექმნის გზას. დღეს ჩვენი ყველა ბირთვული რეაქტორი მუშაობს ბირთვული დაშლა, რომელიც ყოფს ატომებს უფრო პატარა ელემენტებად, მაგრამ ბევრად ნაკლებად ეფექტური პროცესია მასის ენერგიად გადაქცევისთვის.

მზეს არ აქვს მყარი ზედაპირი, როგორც დედამიწის ქერქი - თუნდაც უკიდურესი ტემპერატურის გათვალისწინებით, მზეზე ვერ დადგებოდი. ამის ნაცვლად, მზე შედგება შვიდი განსხვავებული შრისგანპლაზმა​.

პლაზმა არის მეოთხე, ყველაზე ენერგიული, მატერიის მდგომარეობა. გაათბეთ ყინული (მყარი) და ის დნება წყალში (თხევადი). გააგრძელეთ მისი გახურება და ის კვლავ იცვლება წყლის ორთქლად (გაზად).

თუ ამ გაზს გააცხელებთ, ეს გახდება პლაზმური. პლაზმა ატომების ღრუბელია, როგორც გაზი, მაგრამ მას იმდენი ენერგია აქვს გაჟღენთილი, რაც მოხდაიონიზირებული. ეს არის ის, რომ მისი ატომები ელექტრონულად დამუხტულიყვნენ იმით, რომ ელექტრონებმა ჩვეულებრივი ორბიტებიდან ჩამოაგდეს.

გაზიდან პლაზმაში გარდაქმნა ცვლის ნივთიერების თვისებებს და დამუხტული ნაწილაკები ხშირად ენერგიას გამოყოფენ როგორც სინათლე. ნეონის ნეიტრალური ნიშნები, სინამდვილეში, ნეონის გაზით სავსე მილებია - ელექტროენერგიის მილის გავლისას ეს იწვევს გაზების მოციმციმე პლაზმად გადაქცევას.

მზის სფერული სტრუქტურა ორი მუდმივად კონკურენტი ძალის შედეგია:სიმძიმისმზის ცენტრში არსებული მკვრივი მასიდან ცდილობს მთელი პლაზმა შინაგანად გადაიტანოს ბირთვში არსებული ბირთვული შერწყმის ენერგიისგან, რის შედეგადაც ხდება პლაზმის გაფართოება.

მზე შედგება შვიდი შრისგან: სამი შიდა და ოთხი გარე. ისინი ცენტრიდან გარედან:

1. ძირითადი
2. რადიაციული ზონა
3. კონვექციური ზონა
4. ფოტოსფერო
5. ქრომოსფერო
6. გარდამავალი რეგიონი
7. კორონა

ჩვენ ვისაუბრეთ ძირითადიუკვე ბევრი; ეს არის ადგილი, სადაც ხდება შერწყმა. როგორც მოელოდით, სწორედ აქ ნახავთ ყველაზე მაღალ ტემპერატურას მზეზე: დაახლოებით 27,000,000,000 (27 მილიონი) გრადუსი ფარენგეიტი.

რადიაციული ზონა, რომელსაც ზოგჯერ "გამოსხივების" ზონას უწოდებენ, სადაც ენერგია ბირთვიდან ძირითადად გარედან გადადის, როგორც ელექტრომაგნიტური გამოსხივება.

კონვექციური ზონა, ანუ "კონვექციური" ზონაა, სადაც ენერგიას ატარებენ ძირითადად ფენების პლაზმის შიგნით მიმდინარე დინებები. წარმოიდგინეთ, როგორ ახდენს მდუღარე ქვაბის ორთქლი სითბოს გაზქურის მაღლა ჰაერში და თქვენ იდეა გექნებათ.

მზის "ზედაპირი" ისეთი, როგორიც არის ფოტოსფერო. ეს არის ის, რასაც ჩვენ ვხედავთ, როდესაც მზეს ვუყურებთ. ამ ფენის მიერ გამოყოფილი ელექტრომაგნიტური გამოსხივება შეუიარაღებელი თვალით ჩანს სინათლის სახით და ის იმდენად კაშკაშაა, რომ ნაკლებად მკვრივ გარე შრეებს მალავს ხედიდან.

ქრომოსფეროუფრო ცხელია, ვიდრე ფოტოსფერო, მაგრამ ისეთი ცხელი არ არის, როგორც კორონა. მისი ტემპერატურა იწვევს წყალბადის მოწითალო სინათლის გამოსხივებას. ეს, როგორც წესი, უხილავია, მაგრამ შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც მზის გარშემო მოწითალო ნათება, როდესაც მთლიანი დაბნელება მალავს ფოტოსფეროს.

გარდამავალი ზონაარის თხელი ფენა, სადაც ტემპერატურა მკვეთრად გადადის ქრომოსფეროდან კორონაში. ეს თვალსაჩინოა ტელესკოპებისთვის, რომლებსაც შეუძლიათ ულტრაიისფერი (UV) სინათლის დადგენა.

დაბოლოს, გვირგვინიარის მზის უკიდურესი შრე და ძალიან ცხელა - ასობითჯერ უფრო ცხელი, ვიდრე ფოტოსფერო - მაგრამ შეუიარაღებელი თვალით უხილავი, გარდა სრული დაბნელებასა, როდესაც ის მზის გარშემო თხელ თეთრი აურად გამოიყურება. ზუსტად რატომსიცხე ძალიან საიდუმლოა, მაგრამ ერთი ფაქტორი მაინც არის "სითბოს ბომბები": პაკეტები უკიდურესად ცხელი მასალა, რომელიც მზის სიღრმიდან იფრქვევა აფეთქებამდე და ენერგიაში გამოყოფამდე გვირგვინი.

როგორც გეტყვით ყველას, ვისაც ოდესმე მზის დამწვრობა დაემართა, მზის ზემოქმედება კორონას მიღმაა. სინამდვილეში, გვირგვინი იმდენად ცხელია და დაშორებულია ბირთვიდან, რომ მზის გრავიტაციას არ შეუძლია შეინარჩუნოს ზემთბობ პლაზმაში - დამუხტული ნაწილაკები კოსმოსში გადადისმზის ქარი​.

მზის წარმოუდგენელი ზომის მიუხედავად, ის საბოლოოდ ამოიწურება წყალბადისგან, რომელიც სჭირდება შერწყმის ბირთვის შენარჩუნებას. მზის სიცოცხლის სავარაუდო ხანგრძლივობა დაახლოებით 10 მილიარდი წელია. იგი დაახლოებით 4.6 მილიარდი წლის წინ დაიბადა, ასე რომ, ის საკმაოდ ცოტა ხნით ადრე დაიწვება, მაგრამ ის ასეც მოხდება.

მზე ასხივებს სავარაუდოდ 3.846 × 10-ს²⁶ J ენერგია ყოველდღე. ამ ცოდნის საშუალებით, ჩვენ შეგვიძლია შევაფასოთ, თუ რამდენი მასა უნდა გადაიყვანოს წამში. ახლა უფრო მეტ მათემატიკას დაზოგავთ. გამოდის დაახლოებით 4.27 × 10⁹ კგწამში. მხოლოდ სამ წამში, მზე მოიხმარს დაახლოებით იმდენ მასას, რამდენადაც გიზას დიდი პირამიდა, ორჯერ მეტი.

წყალბადის ამოწურვისას იგი დაიწყებს მისი უფრო მძიმე ელემენტების შერწყმას - არასტაბილურ გამოყენებას პროცესი, რომელიც მას გაფართოვდება ამჟამინდელ ზომაზე 100 – ჯერ, ხოლო მასის დიდ ნაწილში გადაფურცვლა სივრცე როდესაც იგი საბოლოოდ ამოწურავს თავის საწვავს, ის დატოვებს პატარა, უკიდურესად მკვრივ ობიექტს, რომელსაც ათეთრი ჯუჯა, დაახლოებით ჩვენი დედამიწის ზომა, მაგრამ მრავალი, მრავალჯერ უფრო მკვრივი.