Откуда известно, сколько лет Солнцу?

Ptashka2608
Kroogozor
24 февраля 2018
4 минуты на чтение
Просмотров: 1349
Комментариев: 0

Мы сейчас редко смотрим в небо. У нас есть занятия "поинтереснее": гаджеты, телевидение, интернет. Но, тем не менее, главное качество человечества - любопытство. Представителям древней человеческой расы было интересно наблюдать за движениями небесных тел. Затем человечество "повзрослело" и начало изучать звезды. Сейчас мы уже с достаточно большой долей вероятности можем ответить на вопрос, сколько лет нашему Солнцу. Как мы пришли к таким выводам? Насколько тернист был путь ученых?

Солнце

Человечество с самого начала своей истории наблюдало с надеждой, верой и страхом за неизменными, но и непредсказуемыми для него движениями микроскопических огней на небе, которые и по сей день, даже в эпоху широкомасштабного загрязнения светом нашего небосклона, завораживают многих. Почему мы так охотно наблюдали за тем, чего не понимали? Почему хотели понять?

В то время, когда не было интернета, радио и телевидения, небо над нами было своеобразным окном в мир. Каждый в древние времена после наступления темноты мог наслаждаться видом, который сейчас является редкостью. В движениях небесных тел древние любопытные находили закономерности, которые имели и практическое применение. Даты посева, сбора урожая и наводнение святого Нила – это лишь беглый пример. Астрономия не случайно самая древняя наука. Современная методология понимания научных дисциплин со смирением должна относиться к трудным, отнимающим много времени и веками проводимым наблюдениям. Именно астрономия была, своего рода, движущей силой для развития королевы наук – математики. Шумерская позиционная система чисел, основывающаяся на 60, которую позаимствовали вавилоняне, до сих пор занимает ключевое место в нашей культуре. Час состоит из 60 минут, минута – из 60 секунд, а полный угол составляет 360 градусов.

История науки, в частности астрономии, представляет собой очень интересный предмет, но здесь необходимо сделать перспективное сокращение. Очень много времени человечеству потребовалось, чтобы обнаружить, что это именно Земля вращается вокруг Солнца, а причины такого продолжительного времени для этого открытия были разными. Но все же мы поняли, какие размеры имеет Солнце, какой у него массовый и химический состав и, что еще более важно, мы сумели его измерить. Мы осознали, что слабые огни на небе – это, в основном, объекты, похожие на Солнце. Отсюда лежит кратчайший путь к вопросу о возрасте Солнца и звезд. Вероятно, его задавали и раньше, но следует отдать должное лорду Кельвину и фон Гельмгольцу. Неудивительно, что лорд Кельвин, как заядлый креационист, предположил, что Солнце «просто охлаждается». Мысль была бы не только интересной и выдающейся, но и определенно обремененной результатами, если б не одно «но». Какой возраст могло бы иметь Солнце при таком предположении? Не сложно было простым счетом доказать, что и сделал фон Гельмгольц, что Солнцу не более нескольких десятков миллионов лет. Согласно утверждениям геологов, относительно возраста Земли, оцененного в миллиарды лет, это казалось очевидным противоречием. Наши герои плавно пытались выйти из ситуации, утверждая, что геология ошибается. Однако геологи не ошибались. Более ранние теории о генерации энергии в Солнце с помощью химических процессов не стоит упоминать, поскольку такой механизм позволил бы жить нашему светилу всего несколько тысяч лет.

Однако идея Кельвина и Гельмгольца не вошла в историю науки лишь, как любопытная теория. Сегодня мы прекрасно знаем, что, эволюционируя, звезды проходят в своей жизни короткие и более длительные периоды, в которые они сияют благодаря механизму Кельвина-Гельмгольца. В частности, этот механизм отвечает за избыточное излучение планет, например, хорошо измеренный избыток энергии, излучаемой Юпитером в сочетании с энергией, полученной от Солнца. Юпитер сжимается со скоростью 2 см в год. Но Кельвин и Гельмгольц допустили ошибку в контексте возраста Солнца, что же произошло дальше?

Трудно критиковать Кельвина, поскольку физика, необходимая для понимания проблемы, на тот момент не существовала. Эйнштейн, Эддингтон, Бете и Критчфилд все еще быль песней будущего, хотя, возможно, не такого уж далекого, потому что потребовалось несколько десятилетий, чтобы понять насколько сильной энергией является материя сама по себе. В то время мы уже не создавали тривиальной модели внутренней структуры Солнца, а делали вполне приличные оценки и конструировали, возможно, простые – с сегодняшней точки зрения – прообразы. Мы прекрасно знали, какие физические условия можно ожидать внутри Солнца и, что еще более важно, мы поняли ядерную физику в той мере, в какой можно было говорить о возрасте нашей звезды. Начался золотой век для тех, кто любил считать, хотя без компьютеров конца 40 годов было бы, вероятно, тяжело. Расчеты удивляли самих считающих. Оказалось, что в течение миллиардов лет звезды меняются очень медленно, чтобы внезапно, в мгновение ока в этом масштабе радикально измениться. Простые схемы фиксированного временного шага следовало значительно модифицировать. Чем же тогда считалась эволюция?

Предположим, что звезда создается в химически однородном облаке. Затем постепенно разрушается, а Кельвин и Гельмгольц улыбаются с того света. Внутри она становится все теплее и теплее, пока, наконец, мы не получим условия, в которых ядерные реакции начинают возникать спонтанно в больших масштабах. Звезда получает отсчет своего возраста — «ноль». Но все это еще не очень интересно, потому что во внутреннем пространстве водород превращается в гелий, а энергия транспортируется наружу. Это длится, по крайней мере, для звезд с малой массой неприлично долго. Изменяются немного во время этой эволюции наши звезды путем изменения диаметра и эффективной температуры. Как мы это высчитываем? С помощью длинных компьютерных программ, которые учитывают пару уравнений/физических предположений. Звезда стабильна, мы знаем (предполагаем), из какой материи состоит (уравнения состояния), мы знаем, как генерируется энергия и как она транспортируется вше, чтобы окончательно высвободиться.

В конце концов, остается ответить на вопрос из заголовка: сколько лет нашему Солнцу? Как показывают наши самые лучшие модели, 4,5 миллиарда лет. Могут ли они ошибаться? Наверное, да, как и все в физике. Физические основы этих моделей, как и их прогнозы, прошли через тысячи проб конфронтации с реальностью, то есть наблюдениями, но это, вероятно, тема для отдельной и гораздо более крупной статьи.

Оцените материал
  1. 5
  2. 4
  3. 3
  4. 2
  5. 1
(7)
Комментарии 0