Внутренние слои разогреваются за счет энергии гравитации падающего к центру вещества, объект как бы закипает, что отражается бурными вспышками на поверхности. Пример такой звезды — T Тельца. Это продолжается до тех пор, пока не будут достигнуты температуры, достаточные для начала термоядерных реакций. В соответствии со своей массой звезда занимает место на Главной последовательности. Солнце проделало такой путь почти за 2 млн лет. Звезда такой массы «сядет» в среднюю часть последовательности и останется там на срок до 106 лет. Так протозвезда станет звездой.
По мере выгорания водорода давление в оболочке повышается, внешние слои расширяются и звезда начинает покидать Главную последовательность (двинется сначала чуть вправо и вниз), так как на расширение тратится некоторая энергия, и светимость звезды уменьшается . Равновесие достигается за счет формирования протяженной зоны конвекции, и звезда перейдет в группу красных гигантов. Огромная атмосфера красного гиганта не обеспечивает перенос энергии от внутренних слоев, и внутри звезды процессы пойдут адиабатически. Вблизи ядра температура может достичь необходимого значения для протекания термоядерных реакций, возможно, и с большим выходом энергии, чем у протон-протонных. Тогда холодная огромная атмосфера будет отброшена растущим давлением и превратится в расширяющуюся газовую туманность, которая может рассеяться в пространстве за сотни тысяч лет. Вероятно, наблюдаемая туманность в созвездии Лиры имеет такое же происхождение. Соединения ядер гелия возможны, но они дают меньше энергии (до 9 %), чем соединения ядер водорода. Звезда может продлить свое существование, если из углерода, получающегося при соединении трех атомов гелия, начнут возникать более сложные ядра. Конец наступает при синтезировании железа, которое имеет самые устойчивые ядра и уже не выделяет энергии
Масса звезды приобрела значимость, когда были открыты источники энергии звезд. Масса Солнца МC = 2 • 1030 кг, а массы почти всех звезд лежат в пределах 0,1 — 50 массы Солнца. Практически наиболее верным способом определения массы звезды являются исследования движений двойных звезд. Оказалось, что положение звезды на Главной последовательности определяется ее массой. Соотношения светимостей звезд и их радиусов L/LC = (R/RC)5,2 светимостей и масс L/LC = (М/МC)0,75 сравнили со значением количества энергии, излучаемой поверхностью звезды за единицу времени L/4πR2, и получили соотношение между температурой поверхности и ее массой Т/ТC = (МЗВ/МC)0,6. Итак, чем меньше масса звезды, тем меньше ее поверхностная температура и более поздним будет ее спектральный класс. Отсюда можно оценить массу звезды и по ее светимости: МЗВ/МC = (L/LC)0·256 = = 3,04·• 10-0,102М. Звезды отличаются цветом; считается, что имеют место законы равновесного излучения — закон Стефана — Больцмана и закон Вина. Антарес имеет красный цвет, Капелла — желтый, Сириус — белый, Вега — голубовато-белый
Какова перспектива эволюции Солнца?
Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. Вместо этого, через 4—5 миллиардов лет оно превратится в звезду типа красный гигант. По мере того, как водородное топливо в ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться. Примерно через 7,8 миллиарда лет, когда температура в ядре достигнет приблизительно 100 миллионов градусов, в нём начнётся термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. На этой фазе развития температурные неустойчивости внутри Солнца приведут к тому, что оно начнёт терять массу и сбрасывать оболочку. По-видимому, расширяющиеся внешние слои Солнца в это время достигнут современной орбиты Земли. При этом исследования показывают, что ещё до этого момента потеря Солнцем массы приведёт к тому, что Земля перейдёт на более далёкую от Солнца орбиту и, таким образом, избежит поглощения внешними слоями солнечной плазмы.
Несмотря на это, вся вода на Земле перейдёт в газообразное состояние, а большая часть её атмосферы рассеется в космическое пространство. Увеличение температуры Солнца в этот период таково, что в течение следующих 500—700 миллионов лет поверхность Земли будет слишком горяча для того, чтобы на ней могла существовать жизнь в её современном понимании.
После того, как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, термические пульсации приведут к тому, что его внешняя оболочка будет сорвана и из неё образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется сформированная из очень горячего ядра Солнца звезда типа белый карлик, которая в течение многих миллиардов лет будет постепенно остывать и угасать.
Считая светимость Солнца постоянной, определите, какую долю массы Солнце потеряет за свою жизнь из-за излучения.
Светимость солнца равна 3,8*1026 Вт, из уравнения Энштейна
E=mc2
Выразим массу:
m=E/ c2
где С-скорость света в вакууме, Е- энергия.
Подставив соответствующее значения получим:
m=3.9*1026/300*106 =4,33*109 кг/с
такова потеря массы в секунду.Есть мнение, что Солнце проживет 9 млрд лет, что значит
9*109*365*24*3600=2,81*1017 сек., отсюда потери массы за всю жизнь Солнца будет равен
2,81*1017*4,33*109=1,22*1027 кг, что соответствует 1,22*1027/1,9891*1030=6,1*10-4
Ответ: потеря составит 6,1*10-4 от доли Солнца
8.7
Дайте представление о процессах дыхания и фотосинтеза, сопоставьте продукты на входе и выходе, сделайте вывод об отличии этих процессов.
ФОТОСИНТЕЗ, образование живыми растительными клетками органических веществ, таких, как сахара и крахмал, из неорганических – из СО2 и воды – с помощью энергии света, поглощаемого пигментами растений. Это процесс производства пищи, от которого зависят все живые существа – растения, животные и человек. У всех наземных растений и у большей части водных в ходе фотосинтеза выделяется кислород. Некоторым организмам, однако, свойственны другие виды фотосинтеза, проходящие без выделения кислорода.
Главную реакцию фотосинтеза, идущего с выделением кислорода, можно записать в следующем виде:
Вода + Неорганические вещества + Свет→ Органические вещества + Кислород.
К органическим веществам относятся все соединения углерода за исключением его оксидов и нитридов. В наибольшем количестве образуются при фотосинтезе такие органические вещества, как углеводы (в первую очередь сахара и крахмал), аминокислоты (из которых строятся белки) и, наконец, жирные кислоты (которые в сочетании с глицерофосфатом служат материалом для синтеза жиров). Из неорганических веществ для синтеза всех этих соединений требуются вода (Н2О) и диоксид углерода (СО2).Для аминокислот требуются, кроме того, азот и сера. Растения могут поглощать эти элементы в форме их оксидов, нитрата (NO3–) и сульфата (SO42–) или в других, более восстановленных формах, таких, как аммиак (NH3) или сероводород (сульфид водорода H2S
Дыхание.
Дыхание — основная форма диссимиляции у человека, животных, растений и многих микроорганизмов. При дыхании богатые химической энергией вещества, принадлежащие организму, окисляются до бедных энергией конечных продуктов (диоксида углерода и воды), используя для этого молекулярный кислород.
Под дыханием так же понимают газообмен между организмом и окружающей средой, включающий поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также транспорт этих газов внутри организма
Главным отличием этих процессов является то, что фотосинтез это процесс образование сложных органических веществ из более простых неорганических веществ, воды и под воздействием света; дыхание же процесс расщепления (диссимиляции) сложных органических веществ до более простых с высвобождением энергии и выделением простых неорганических веществ.
В процессе дыхания при окислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. В физиологических условиях в АТФ запасается энергия 12 ккал/моль. Известно, что при полном окислении глюкозы C6H12O6 + 6O2®6CO2 + 6H2O выделяется энергия 686 ккал/моль. Найдите КПД дыхания.
Энергия запасённая при окислении одной молекулы глюкозы в АТФ равна:
38*12=456 ккал/моль, так как только при полном окислении глюкозы выделяется максимум энергии, то КПД дыхания можно выразить как отношение запасённой энергии в АТФ к энергии выделевшейся при окислении молекулы глюкозы напрямую:
456/686=0,6647 или 66,47%.
9.7.
Поясните «парадокс близнецов» специальной теории относительности
Парадокс близнецов — мысленный эксперимент, при помощи которого пытаются «доказать» противоречивость специальной теории относительности. Согласно СТО, с точки зрения «неподвижных» наблюдателей все процессы у двигающихся объектов замедляются. С другой стороны, принцип относительности декларирует равноправие инерциальных систем отсчёта. На основании этого строится рассуждение, приводящее к кажущемуся противоречию. Для наглядности рассматривается история двух братьев-близнецов. Один из них (далее путешественник) отправляется в космический полёт, второй (далее домосед) — остаётся на Земле. Чаще всего «парадокс» формулируется следующим образом:
Формулировка. С точки зрения домоседа часы движущегося путешественника имеют замедленный ход времени, поэтому при возвращении они должны отстать от часов домоседа. С другой стороны, относительно путешественника двигалась Земля, поэтому отстать должны часы домоседа. На самом деле братья равноправны, следовательно, после возвращения их часы должны показывать одно время.
Космический корабль движется со скоростью, составляющей 0,8 скорости света, по направлению к Земле. Определить расстояние, пройденное им в системе отсчета, связанной с Землей, за 0,5 секунды по часам в космическом корабле.