Мошковська середня загальноосвітня школа № 1
Реферат з Біології
Ядерний синтез. Освіта планетних систем
Виконала: Старостіна Ірина 10 «Б» клас
Перевірила: Паршина Людмила Іванівна
Мошкова 2008р.
План
Введення
Спектральний аналіз
Ядерний синтез
Походження сонячної системи
Розвиток зірочок
Колір і світність зірок
Сонце
Словничок
Висновок
Список використаних джерел
1. Введення
Без ядерного синтезу було б неможливе утворення нових хімічних елементів, не відбувалася б їх еволюція; і всесвіт складалася б тільки з водню і більш простих частинок. В освіті зірочок водень є основним елементом. Зірки, як гігантські перетворювальні машини, виділяють після вибухів наднових всі інші речовини, які ми зараз знаємо. Зірки народжуються і вмирають, проходять стадії свого розвитку: від протозірки до білого карлика. Сама найбільш вивчена зірка для нас - це Сонце. Воно є основним джерелом енергії на нашій планеті.
Спектральний аналіз - метод, за допомогою якого можна встановити з аналізу світла якісний і кількісний хімічний склад зірки, його температуру, наявність і напруженість магнітного поля і т.д.
Намагаючись пояснити виникнення Сонячної системи, вчені висували багато гіпотез. Одне відомо точно - планета Земля утворилася з холодного газопилової хмари.
Зірки бувають різні за кольором. Чим червоно зірка, тим вона холодніше, і чим блакитніше, тим гаряче. Вони бувають різні за розміром: надгіганти, гіганти, карлики, субгіганти. Але чим більша зірка, тим менше вона живе. Найдовше живуть зірки середнього розміру. І наше Сонце одне з них, хоча його відносять до жовтих карликів.
2. Спектральний аналіз
Табл.1 Зміст у всесвіті деяких з найбільш поширених елементів. [1]
Методом, що дає цінні і найрізноманітніші відомості про небесні світила, є спектральний аналіз. Він дозволяє встановити з аналізу світла якісний і кількісний хімічний склад світила, його температуру, наявність і напруженість магнітного поля і т. д.
Спектральний аналіз грунтується на тому, що складне світло при переході з одного середовища в іншу, наприклад з повітря в скло, розкладається на складові частини. Якщо пучок цього світла пустити на бічну грань тригранної призми, то, заломлюючись у склі по-різному, складові білий світ промені дадуть на екрані райдужну смужку, що називається спектром. У спектрі всі кольори розташовані завжди в певному порядку.
Як відомо, світло поширюється у вигляді електромагнітних хвиль. Кожному кольору відповідає певна довжина електромагнітної хвилі. Довжина хвилі в спектрі зменшується від червоних променів до фіолетових. За фіолетовими променями спектра лежать ультрафіолетові промені, не видимі оком, але діють на фотопластинку.
Ще більш коротку довжину хвилі мають рентгенівські промені, що застосовуються в медицині. Рентгенівське випромінювання небесних світил, важливе для розуміння їх природи, атмосфера Землі затримує. Тільки недавно воно стало доступним для вивчення за допомогою запусків висотних ракет, що піднімаються вище основного шару атмосфери. Спостереження в рентгенівських променях виробляють також автоматичні прилади, встановлені на космічних станціях.
За червоними променями спектра лежать інфрачервоні промені. Вони невидимі, але і вони діють на спеціальні фотопластинки. Під спектральними спостереженнями розуміють звичайно спостереження в інтервалі від інфрачервоних до ультрафіолетових променів.
Для вивчення спектрів застосовують прилади, які називаються спектроскопом і спектрографом. У спектроскоп спектр розглядають, в спектрографі його фотографують. Фотографія спектра називається спектрограммой.
Існують наступні види спектрів:
Суцільний, або безперервний, спектр у вигляді райдужної смужки дають тверді розпечені тіла (розпечене вугілля, нитка електролампи) і перебувають під великим тиском величезні маси газу. Лінійчатий спектр випромінювання дають розріджені гази і пари при сильному нагріванні або під дією електричного розряду. Кожний газ випромінює набір яскравих ліній певних кольорів. Їх колір відповідає певним довжинам хвиль. Вони знаходяться завжди в одних і тих же місцях спектру. Зміни стану газу або умов його світіння, наприклад нагрівання чи іонізація, спричиняють певні зміни в спектрі цього газу.
Складено таблиці з переліком ліній кожного газу і з зазначенням яскравості кожної лінії. Наприклад, у спектрі натрію особливо яскраві дві жовті лінії. Встановлено, що спектр атома або молекули пов'язаний з їх будовою і відображає певні зміни, що відбуваються в них у процесі світіння.
Лінійчатий спектр поглинання дають гази і пари, коли за ними знаходиться яскравий і більш гарячий джерело, що дає неперервний спектр. Спектр поглинання складається з безперервного спектру, перерізаного темними лініями, які перебувають у тих самих місцях, де повинні бути розташовані яскраві лінії, властиві даному газу. Наприклад, дві темні лінії поглинання натрію розташовані в жовтій частині спектра.
Сказане вище дозволяє проводити аналіз хімічного складу парів, що випромінюють світло або поглинаючих його, чи знаходяться вони в лабораторії або на небесному світилі. Кількість атомів або молекул, що лежать на нашому промені зору, випромінюючих чи поглинаючих, визначається за інтенсивністю ліній. Чим більше атомів, тим яскравіше лінія або тим вона темніше в спектрі поглинання. Сонце і зірки оточені газовими атмосферами. Безперервний спектр їхньої видимої поверхні перерізаний темними лініями поглинання, які виникають при проходженні світла через атмосферу зірок. Тому спектри Сонця і зірок - це спектри поглинання.
Треба пам'ятати, що спектральний аналіз дозволяє визначати хімічний склад тільки самосвітних або поглинаючих випромінювання газів. Хімічний склад твердого або рідкого тіла за допомогою спектрального аналізу визначити не можна.
Коли тіло розпечене до червоного, у його суцільному спектрі найяскравіше червона частина. При подальшому нагріванні найбільша яскравість в спектрі переходить в жовту, потім у зелену частину і т. д. Теорія випромінювання світла, перевірена на досвіді, показує, що розподіл яскравості "вздовж суцільного спектра залежить від температури тіла. Знаючи цю залежність, можна встановити температуру Сонця і зірок. Температуру планет і температуру зірок визначають ще за допомогою термоелемента, вміщеного у фокусі телескопа. При нагріванні термоелемента в ньому виникає електричний струм, що характеризує кількість теплоти, що приходить від світила.
3. Ядерний синтез
Реакція злиття легких атомних ядер у важчі ядра, що відбувається при надвисокій температурі і супроводжується виділенням величезних кількостей енергії. Ядерний синтез - це реакція, зворотна поділу атомів: в останній енергія виділяється за рахунок розщеплення важких ядер на більш легкі.
Згідно сучасним уявленням астрофізичним, основним джерелом енергії Сонця та інших зірок є що відбувається в їхніх надрах термоядерний синтез. У земних умовах він здійснюється при вибуху водневої бомби. Термоядерний синтез супроводжується колосальним енерговиділенням на одиницю маси реагуючих речовин (приблизно в 10 мільйонів разів більшим, ніж в хімічних реакціях). Тому представляє великий інтерес опанувати цим процесом і на його основі створити дешевий і екологічно чисте джерело енергії. Однак незважаючи на те, що дослідженнями керованого термоядерного синтезу (КТС) зайняті великі науково-технічні колективи в багатьох розвинених країнах, треба буде розв'язати ще чимало складних проблем, перш ніж промислове виробництво термоядерної енергії стане реальністю.
Сучасні атомні станції, що використовують процес розподілу, лише частково задовольняють світові потреби в електроенергії. Паливом для них служать природні радіоактивні елементи уран і торій, поширеність та запаси яких у природі досить обмежені, тому для багатьох країн виникає проблема їх імпорту. Головним компонентом термоядерного палива є ізотоп водню дейтерій, який міститься в морській воді. Запаси його загальнодоступні й дуже великі (світовий океан покриває 71% площі поверхні Землі, а на частку дейтерію припадає бл. 0,016% загального числа атомів водню, що входять до складу води). Крім доступності палива, термоядерні джерела енергії мають наступні важливі переваги перед атомними станціями: 1) реактор УТС містить набагато менше радіоактивних матеріалів, ніж атомний реактор поділу, і тому наслідки випадкового викиду радіоактивних продуктів менш небезпечні, 2) при термоядерних реакціях утворюється менше довгоіснуючих радіоактивних відходів ; 3) УТС допускає пряме отримання електроенергії.
Успішне здійснення реакції синтезу залежить від властивостей використовуваних атомних ядер та можливості отримання щільної високотемпературної плазми, яка необхідна для ініціювання реакції.
Енерговиділення при ядерному синтезі обумовлено діють усередині ядра надзвичайно інтенсивними силами тяжіння; ці сили утримують разом входять до складу ядра протони і нейтрони. Вони дуже інтенсивні на відстанях 10 -13 см і надзвичайно швидко слабшають із збільшенням відстані. Крім цих сил, позитивно заряджені протони створюють електростатичні сили відштовхування. Радіус дії електростатичних сил набагато більше, ніж у ядерних, тому вони починають переважати, коли ядра віддалені один від одного.
У нормальних умовах кінетична енергія ядер легких атомів занадто мала для того, щоб, подолавши електростатичне відштовхування, вони могли зблизитися і вступити в ядерну реакцію. Однак відштовхування можна подолати «грубої» силою, наприклад зіштовхуючи ядра, володіють високою відносною швидкістю.
4. Походження сонячної системи
Вирішення питання про походження сонячної системи зустрічає основні труднощі в тому, що інші подібні системи в інших стадіях розвитку ми не спостерігаємо. Нашу Сонячну систему немає з чим порівнювати.
Щоправда, біля деяких найближчих зірок, мабуть, існують планети, бо ці зірки виявляють ледве помітні періодичні обігу близько деякого центру мас. Їх невидимий супутник має дуже малу масу і є, очевидно, планетою або групою планет. Але більше цього поки нічого сказати не можна. Однак це явище важливо в тому відношенні, що говорить проти винятковості сонячної системи і Землі в просторі. Системи, подібні до нашої сонячній системі, повинні бути досить поширені, і їх виникнення повинно бути не справою випадку, а закономірним явищем.
Історично для розвитку матеріалістичного світогляду величезну роль грали перші наукові припущення про походження сонячної системи. Першою була гіпотеза німецького філософа Канта. У середині XVIII ст. він виклав ідею про виникнення сонячної системи з хмари холодних пилинок, що знаходяться в хаотичному русі. У 1796 р. французький вчений Лаплас докладно описав гіпотезу утворення Сонця і планет з вже обертається газової туманності.
Лаплас врахував основні характерні риси сонячної системи, які має пояснити будь-яка гіпотеза про її походження: основна маса системи зосереджена в Сонці; орбіти планет і супутників майже колові й лежать майже в одній площині; відстані між ними правильно зростають, майже всі планети не тільки обертаються навколо Сонця, а й обертаються навколо своїх осей в одному напрямі.
Пізніша розвиток науки додало необхідність пояснити розподіл моменту кількості руху в сонячній системі.
Момент кількості руху Сонця занадто малий у порівнянні з сумарним моментом кількості руху планет. Це було найбільш серйозне серед заперечень проти гіпотези Лапласа. В даний час всі вчені прийшли до висновку про те, що Земля ніколи не була ні газовою, ні вогняно-рідкою, а виникла з холодної газопилової маси.
За цією гіпотезою, величезне холодне газопилову хмара, що обертається навколо Сонця, повинно було сплющуватися. Це викликалося зіткненням частинок і обміном їх енергією і кількістю руху, що вело до розподілу часток за швидкостями і за напрямами так, щоб зіткнення були можливо рідше. Так, пил розподілилася у вигляді диска, що має товщину, в тисячу разів меншу його діаметра. Орбіти частинок стали круговими з рухами в одному напрямку. Великі частинки приєднували до себе дрібні. Швидше за все зростала маса найбільших часток. Так виникло кілька великих тіл - планет. Земля виросла до її сучасної маси за розрахунками за кілька сот мільйонів років. Земля, холодна на поверхні, стала розігріватися за рахунок радіоактивних елементів. Це призвело до розплавлення земних надр. Важкі елементи опустилися, утворивши ядро, а легкі утворили кору. У оточував зародки планет рої частинок повторювався процес злипання частинок і виникли супутники планет. Удари падають на планети тел призвели планети в обертання. У частинах газо-пилового диска, віддалених від Сонця, панувала низька температура і водень при формуванні великих планет не випарувався. Сильний нагрів хмари поблизу Сонця прискорював розсіювання водню, і в планетах земної групи його майже не збереглося. Найбільшу трудність представляє пояснення того, як початкове газопилову хмара могло оточити Сонце і отримати момент обертання, наявний зараз у планет.
5. Розвиток зірочок
На користь виникнення зірок шляхом гравітаційної конденсації (тобто взаємного тяжіння частинок) з щільної газової або газопилової середовища говорять два наступних факту. На тлі світлих туманностей були відкриті дуже маленькі, але вкрай щільні пилові туманності, названі глобулами. Можливо, що вони є зародками зірок.
Поряд з цим Аро (Мексика) і Хербиг (США) в пилових туманностях сузір'я Оріона виявили крихітні, вкрай слабкі згустки. В одному з них пізніше з'явилася туманна зірочка, якої раніше тут не бачили. Може бути, це зародилася зірка. Зароджуються зірки називаються протозірка. Далі, яку перевіряє багатьма розрахунками на основі теорії внутрішньої будови зірок і порівнювана з діаграмою колір - світність, побудованої за спостереженнями, гіпотеза малює таку картину.
Протозірки на цій діаграмі знаходяться правіше головної послідовності, так як їх температура ще нижче, ніж у виникли зірочок даної маси і відповідної їй світності. Стискаючись, зірка «рухається» горизонтально вліво по діаграмі, поки в надрах зірки температура не підніметься до кількох мільйонів градусів. Тоді почнуться ядерні реакції з участю легких елементів і виділенням тепла. Змінність блиску зірок - знак того, що вони ще не стали стійкими. Нагрівання вводить в дію реакцію перетворення водню в гелій і зменшення стиснення. Тиск газу зсередини врівноважує тяжіння до центра. Зірка стає стійкою і потрапляє на головну послідовність. Зірка з масою, такий, як у Сонця, стиснулася і з'явилася на головній послідовності за 108 млн. років.
Місце приходу зірки на головну послідовність праворуч тим вище, ніж її маса більше. Чим масивніше зірка, тим температура в її надрах вище і швидше «вигоряє» водень, перетворюючись у гелій. Блакитні зірки «спалюють» водень, перебуваючи на головній послідовності, за 106-107 млн. років, а Сонце лише за 1,01 млрд. років. Внутрішньої енергії Сонця вистачить ще на десятки мільярдів років.
З вигорянням водню в ядрі зірки починається третя стадія еволюції у формі руху по діаграмі Колір-Cветімость вправо і вгору вже в якості червоного гіганта. У кінці цієї стадії в червоних гігантах йде реакція перетворення гелію в вуглець.
У третій стадії вона вичерпується. Зірка, ущільнити, приходить у стан білого, вкрай щільного карлика. При малій поверхні і скупому тому витраті енергії білий карлик знову може світити за рахунок стиснення дуже довгий час.
Рис.1 Діаграма Герцшпрунга-Рассела.
6. Колір і світність зірок
Зірки мають різний блиск і колір: білий, жовтий, червоний. Чим червоно зірка, тим вона холодніше.
Наше Сонце відноситься до жовтих зірок. Яскравим зіркам древні араби дали власні імена. Білі зірки: Вега в сузір'ї Ліри, Альтаїр в сузір'ї Орла (їх видно влітку і восени), Сіріус - найяскравіша зірка неба; червоні зірки: Бетельгейзе в сузір'ї Оріона і Альдебаран в сузір'ї Тельця (видно взимку), Антарес у сузір'ї Скорпіона (видно влітку ). Зірки здаються розташованими на небесній сфері скрізь від нас однаково далеко.
Днем небо здається блакитним куполом від того, що флуктуації щільності повітря (через рух молекул) найсильніше розсіюють блакитні промені сонячного світла. Це і забарвлює небо в блакитний колір. З кабіни космічного корабля, поза межами земної атмосфери, небо здається чорним, і на ньому видні зірки. Найяскравіші з них можна бачити вдень і з високих гір, де повітря розріджені і небо темніше, ніж внизу. Яскраві зірки вдень можна бачити і в телескоп.
Найяскравіші зірки ще в давнину назвали зірками 1-ї величини, а найслабші, видимі на межі зору для неозброєного ока, зірками 6-ї величини. Ця старовинна термінологія збереглася. До істинних розмірами зірочок термін «зоряна величина» відношення не має, а характеризує світловий потік, що приходить на Землю від зірки. Зірки 1-ї величини яскравіше зірок 2-ї величини у 2,512 рази. Зірки 2-ї величини у 2,512 рази яскравіше зірок 3-ї величини і т. д.
Зірки 1-ї величини яскравіше зірочок 6-ї величини рівно у 100 разів. Найбільший телескоп реєструє зірки до 23-ї величини. Після точних вимірювань блиску зірок довелося ввести дробові і негативні зоряні величини, наприклад: Альдебаран 1,06, Вега 0,14, Сіріус -1,58 зоряної величини. Сонце при порівнянні з зірками має зоряну величину - 26,80.
7. Сонце
Сонце - центральна і єдина зірка нашої Сонячної системи, навколо якої звертаються інші об'єкти цієї системи: планети і їх супутники, карликові планети та їх супутники, астероїди, метеороіди, комети і космічний пил. Маса Сонця становить 99,8% від сумарної маси всієї Сонячної системи. Сонячне випромінювання підтримує життя на поверхні Землі, беручи участь у фотосинтезі, і впливає на земну погоду і клімат. Сонце складається з водню (~ 74% від маси і ~ 92% від об'єму), гелію (~ 25% від маси і ~ 7% від об'єму) і наступних, що входять до його складу в мікроскопічних концентраціях, елементів: заліза, нікелю, кисню , азоту, кремнію, сірки, магнію, вуглецю, неону, кальцію та хрому. За спектральної класифікації Сонце відноситься до типу G2V («жовтий карлик»). Температура поверхні Сонця досягає 5780 K, тому Сонце світить майже білим світлом, але через поглинання частини спектру атмосферою Землі біля поверхні нашої планети цей світ набуває жовтого відтінку.
Сонячний спектр містить лінії іонізованих і нейтральних металів, а також іонізованого водню. У нашій Галактиці Чумацький Шлях налічується понад 100 мільйонів зірок класу G2, тоді як 85% зірок нашої Галактики - це зірки, менш яскраві, ніж Сонце (в більшості своїй, це червоні карлики, що знаходяться в кінці свого циклу еволюції). Як і всі зірки головної послідовності, Сонце виробляє енергію шляхом термоядерного синтезу гелію з водню.
Сонце знаходиться на відстані приблизно 26 000 світлових років від центру Чумацького Шляху і обертається навколо нього, роблячи один оберт приблизно за 225-250 мільйонів років. Орбітальна швидкість Сонця дорівнює 217 км / с, таким чином воно проходить один світловий рік за 1400 років, а одну астрономічну одиницю за 8 діб .. В даний час Сонце знаходиться у внутрішньому краї Рукава Оріона нашої Галактики, між Рукавом Персея (англ.) і Рукавом Стрільця (англ.), в так званому «Місцеве міжзоряному хмарі» (англ.) - області підвищеної щільності, розташованої, у свою чергу , у що має меншу щільність «Місцеве міхурі» (англ.) - зоні розсіяного високотемпературного міжзоряного газу. Із зірок, які належать 50 найближчою зоряним системам у межах 17 світлових років, відомим в даний час, Сонце є четвертою за яскравістю зіркою (його абсолютна зоряна величина 4,83.
Рис.2 Цикл Життя Сонця
Сонце - магнітно активна зірка. Вона володіє сильним магнітним полем, напруженість якого змінюється з часом, і яке змінює напрям приблизно кожні 11 років, під час сонячного максимуму. Варіації магнітного поля Сонця викликає різноманітні ефекти, сукупність яких називається сонячною активністю і включає в себе такі явища як сонячні плями, сонячні спалахи, варіації сонячного вітру і т. д., а на Землі викликає полярні сяйва у високих і середніх широтах і геомагнітні бурі, які негативно позначаються на роботі засобів зв'язку, засобів передачі електроенергії, а також негативно впливає на живі організми, викликаючи у людей головний біль і погане самопочуття (у людей, чутливих до магнітних бурь). Передбачається, що сонячна активність відіграє велику роль у формуванні та розвитку Сонячної системи. Вона також впливає на структуру земної зовнішньої атмосфери.
8. Словничок
Пульсар - космічний джерело радіо-, оптичного, рентгенівського, гамма-випромінювань, що приходять на Землю у вигляді періодично повторюваних сплесків (імпульсів).
Квазар (англ. quasar - скорочення від QUAsi stellAR radio source - «квазі зоряний радіоджерело») - клас позагалактичних об'єктів, що відрізняються дуже високою світністю і настільки малим кутовим розміром, що протягом декількох років після відкриття їх не вдавалося відрізнити від «точкових джерел» - зірок.
Цефеїди - клас пульсуючих змінних зірок з досить точної залежністю період-світність, названий на честь зірки δ Цефея. Однією з найбільш відомих цефеїд є Полярна зірка.
Нейтронна зірка - астрономічне тіло, один з кінцевих продуктів еволюції зірок, складається з нейтронної серцевини і тонкої кори виродженого речовини з переважанням ядер заліза і нікелю.
Білі карлики - проеволюціонувати зірки з масами, порівнянними з масою Сонця, але з радіусами у ~ 100 разів і, відповідно, світностями у ~ 10 000 разів меншими від сонячної, позбавлені джерела термоядерної енергії.
9. Висновок
Всесвіт влаштована більш складно, ніж ми це собі уявляємо. І кожен рік відкривається що-небудь нове, те, чого людство ще не знало. Тут наведено лише деякі факти про Всесвіт. Про неї можна говорити нескінченно, а кількість твердих фактів відносно мало. Але все ж цієї кількості інформації вистачить, щоб написати сотні тисяч таких рефератів.
Отже, термоядерний синтез - отримання з більш легких атомів водню атомів гелію з виділенням величезної кількості енергії.
Спектральний аналіз - аналіз світла, що випускається речовинами, з метою отримання певних даних. Не можна визначити за допомогою спектрального аналізу хімічний склад твердих або рідких тіл.
Сонце буде жити ще кілька мільярдів років. Відноситься до класу G2V тобто до жовтих карликів.
Також я додала Словничок, щоб у разі зустрічі незрозумілого терміна - назви класу зірки можна було звернутися до цього словника.
10. Список використаних джерел
1.Захаров В. Б. Загальна біологія; навч. для 10 кл .- Дрофа, 2005. - 352с. Стор. 40.
2. http://ru.wikipedia.org
3. http://skywatching.net
4. http://ozhegov.ru
5. http://www.astrogalaxy.ru
Реферат з Біології
Ядерний синтез. Освіта планетних систем
Виконала: Старостіна Ірина 10 «Б» клас
Перевірила: Паршина Людмила Іванівна
Мошкова 2008р.
План
Введення
Спектральний аналіз
Ядерний синтез
Походження сонячної системи
Розвиток зірочок
Колір і світність зірок
Сонце
Словничок
Висновок
Список використаних джерел
1. Введення
Без ядерного синтезу було б неможливе утворення нових хімічних елементів, не відбувалася б їх еволюція; і всесвіт складалася б тільки з водню і більш простих частинок. В освіті зірочок водень є основним елементом. Зірки, як гігантські перетворювальні машини, виділяють після вибухів наднових всі інші речовини, які ми зараз знаємо. Зірки народжуються і вмирають, проходять стадії свого розвитку: від протозірки до білого карлика. Сама найбільш вивчена зірка для нас - це Сонце. Воно є основним джерелом енергії на нашій планеті.
Спектральний аналіз - метод, за допомогою якого можна встановити з аналізу світла якісний і кількісний хімічний склад зірки, його температуру, наявність і напруженість магнітного поля і т.д.
Намагаючись пояснити виникнення Сонячної системи, вчені висували багато гіпотез. Одне відомо точно - планета Земля утворилася з холодного газопилової хмари.
Зірки бувають різні за кольором. Чим червоно зірка, тим вона холодніше, і чим блакитніше, тим гаряче. Вони бувають різні за розміром: надгіганти, гіганти, карлики, субгіганти. Але чим більша зірка, тим менше вона живе. Найдовше живуть зірки середнього розміру. І наше Сонце одне з них, хоча його відносять до жовтих карликів.
2. Спектральний аналіз
Табл.1 Зміст у всесвіті деяких з найбільш поширених елементів. [1]
| Атоми | Відносний вміст (число атомів) | Атоми | Відносний вміст (число атомів) |
| Водень | 10 000 000 | Аргон | 42 |
| Гелій | 1 400 000 | Алюміній | 19 |
| Кисень | 6 800 | Кальцій | 17 |
| Вуглець | 3 000 | Натрій | 17 |
| Неон | 2 800 | Фосфор | 3 |
| Азот | 910 | Калій | 0,8 |
| Магній | 290 | Літій | 0,003 |
| Залізо | 80 |
Спектральний аналіз грунтується на тому, що складне світло при переході з одного середовища в іншу, наприклад з повітря в скло, розкладається на складові частини. Якщо пучок цього світла пустити на бічну грань тригранної призми, то, заломлюючись у склі по-різному, складові білий світ промені дадуть на екрані райдужну смужку, що називається спектром. У спектрі всі кольори розташовані завжди в певному порядку.
Як відомо, світло поширюється у вигляді електромагнітних хвиль. Кожному кольору відповідає певна довжина електромагнітної хвилі. Довжина хвилі в спектрі зменшується від червоних променів до фіолетових. За фіолетовими променями спектра лежать ультрафіолетові промені, не видимі оком, але діють на фотопластинку.
Ще більш коротку довжину хвилі мають рентгенівські промені, що застосовуються в медицині. Рентгенівське випромінювання небесних світил, важливе для розуміння їх природи, атмосфера Землі затримує. Тільки недавно воно стало доступним для вивчення за допомогою запусків висотних ракет, що піднімаються вище основного шару атмосфери. Спостереження в рентгенівських променях виробляють також автоматичні прилади, встановлені на космічних станціях.
За червоними променями спектра лежать інфрачервоні промені. Вони невидимі, але і вони діють на спеціальні фотопластинки. Під спектральними спостереженнями розуміють звичайно спостереження в інтервалі від інфрачервоних до ультрафіолетових променів.
Для вивчення спектрів застосовують прилади, які називаються спектроскопом і спектрографом. У спектроскоп спектр розглядають, в спектрографі його фотографують. Фотографія спектра називається спектрограммой.
Існують наступні види спектрів:
Суцільний, або безперервний, спектр у вигляді райдужної смужки дають тверді розпечені тіла (розпечене вугілля, нитка електролампи) і перебувають під великим тиском величезні маси газу. Лінійчатий спектр випромінювання дають розріджені гази і пари при сильному нагріванні або під дією електричного розряду. Кожний газ випромінює набір яскравих ліній певних кольорів. Їх колір відповідає певним довжинам хвиль. Вони знаходяться завжди в одних і тих же місцях спектру. Зміни стану газу або умов його світіння, наприклад нагрівання чи іонізація, спричиняють певні зміни в спектрі цього газу.
Складено таблиці з переліком ліній кожного газу і з зазначенням яскравості кожної лінії. Наприклад, у спектрі натрію особливо яскраві дві жовті лінії. Встановлено, що спектр атома або молекули пов'язаний з їх будовою і відображає певні зміни, що відбуваються в них у процесі світіння.
Лінійчатий спектр поглинання дають гази і пари, коли за ними знаходиться яскравий і більш гарячий джерело, що дає неперервний спектр. Спектр поглинання складається з безперервного спектру, перерізаного темними лініями, які перебувають у тих самих місцях, де повинні бути розташовані яскраві лінії, властиві даному газу. Наприклад, дві темні лінії поглинання натрію розташовані в жовтій частині спектра.
Сказане вище дозволяє проводити аналіз хімічного складу парів, що випромінюють світло або поглинаючих його, чи знаходяться вони в лабораторії або на небесному світилі. Кількість атомів або молекул, що лежать на нашому промені зору, випромінюючих чи поглинаючих, визначається за інтенсивністю ліній. Чим більше атомів, тим яскравіше лінія або тим вона темніше в спектрі поглинання. Сонце і зірки оточені газовими атмосферами. Безперервний спектр їхньої видимої поверхні перерізаний темними лініями поглинання, які виникають при проходженні світла через атмосферу зірок. Тому спектри Сонця і зірок - це спектри поглинання.
Треба пам'ятати, що спектральний аналіз дозволяє визначати хімічний склад тільки самосвітних або поглинаючих випромінювання газів. Хімічний склад твердого або рідкого тіла за допомогою спектрального аналізу визначити не можна.
Коли тіло розпечене до червоного, у його суцільному спектрі найяскравіше червона частина. При подальшому нагріванні найбільша яскравість в спектрі переходить в жовту, потім у зелену частину і т. д. Теорія випромінювання світла, перевірена на досвіді, показує, що розподіл яскравості "вздовж суцільного спектра залежить від температури тіла. Знаючи цю залежність, можна встановити температуру Сонця і зірок. Температуру планет і температуру зірок визначають ще за допомогою термоелемента, вміщеного у фокусі телескопа. При нагріванні термоелемента в ньому виникає електричний струм, що характеризує кількість теплоти, що приходить від світила.
3. Ядерний синтез
Реакція злиття легких атомних ядер у важчі ядра, що відбувається при надвисокій температурі і супроводжується виділенням величезних кількостей енергії. Ядерний синтез - це реакція, зворотна поділу атомів: в останній енергія виділяється за рахунок розщеплення важких ядер на більш легкі.
Згідно сучасним уявленням астрофізичним, основним джерелом енергії Сонця та інших зірок є що відбувається в їхніх надрах термоядерний синтез. У земних умовах він здійснюється при вибуху водневої бомби. Термоядерний синтез супроводжується колосальним енерговиділенням на одиницю маси реагуючих речовин (приблизно в 10 мільйонів разів більшим, ніж в хімічних реакціях). Тому представляє великий інтерес опанувати цим процесом і на його основі створити дешевий і екологічно чисте джерело енергії. Однак незважаючи на те, що дослідженнями керованого термоядерного синтезу (КТС) зайняті великі науково-технічні колективи в багатьох розвинених країнах, треба буде розв'язати ще чимало складних проблем, перш ніж промислове виробництво термоядерної енергії стане реальністю.
Сучасні атомні станції, що використовують процес розподілу, лише частково задовольняють світові потреби в електроенергії. Паливом для них служать природні радіоактивні елементи уран і торій, поширеність та запаси яких у природі досить обмежені, тому для багатьох країн виникає проблема їх імпорту. Головним компонентом термоядерного палива є ізотоп водню дейтерій, який міститься в морській воді. Запаси його загальнодоступні й дуже великі (світовий океан покриває 71% площі поверхні Землі, а на частку дейтерію припадає бл. 0,016% загального числа атомів водню, що входять до складу води). Крім доступності палива, термоядерні джерела енергії мають наступні важливі переваги перед атомними станціями: 1) реактор УТС містить набагато менше радіоактивних матеріалів, ніж атомний реактор поділу, і тому наслідки випадкового викиду радіоактивних продуктів менш небезпечні, 2) при термоядерних реакціях утворюється менше довгоіснуючих радіоактивних відходів ; 3) УТС допускає пряме отримання електроенергії.
Успішне здійснення реакції синтезу залежить від властивостей використовуваних атомних ядер та можливості отримання щільної високотемпературної плазми, яка необхідна для ініціювання реакції.
Енерговиділення при ядерному синтезі обумовлено діють усередині ядра надзвичайно інтенсивними силами тяжіння; ці сили утримують разом входять до складу ядра протони і нейтрони. Вони дуже інтенсивні на відстанях 10 -13 см і надзвичайно швидко слабшають із збільшенням відстані. Крім цих сил, позитивно заряджені протони створюють електростатичні сили відштовхування. Радіус дії електростатичних сил набагато більше, ніж у ядерних, тому вони починають переважати, коли ядра віддалені один від одного.
У нормальних умовах кінетична енергія ядер легких атомів занадто мала для того, щоб, подолавши електростатичне відштовхування, вони могли зблизитися і вступити в ядерну реакцію. Однак відштовхування можна подолати «грубої» силою, наприклад зіштовхуючи ядра, володіють високою відносною швидкістю.
4. Походження сонячної системи
Вирішення питання про походження сонячної системи зустрічає основні труднощі в тому, що інші подібні системи в інших стадіях розвитку ми не спостерігаємо. Нашу Сонячну систему немає з чим порівнювати.
Щоправда, біля деяких найближчих зірок, мабуть, існують планети, бо ці зірки виявляють ледве помітні періодичні обігу близько деякого центру мас. Їх невидимий супутник має дуже малу масу і є, очевидно, планетою або групою планет. Але більше цього поки нічого сказати не можна. Однак це явище важливо в тому відношенні, що говорить проти винятковості сонячної системи і Землі в просторі. Системи, подібні до нашої сонячній системі, повинні бути досить поширені, і їх виникнення повинно бути не справою випадку, а закономірним явищем.
Історично для розвитку матеріалістичного світогляду величезну роль грали перші наукові припущення про походження сонячної системи. Першою була гіпотеза німецького філософа Канта. У середині XVIII ст. він виклав ідею про виникнення сонячної системи з хмари холодних пилинок, що знаходяться в хаотичному русі. У 1796 р. французький вчений Лаплас докладно описав гіпотезу утворення Сонця і планет з вже обертається газової туманності.
Лаплас врахував основні характерні риси сонячної системи, які має пояснити будь-яка гіпотеза про її походження: основна маса системи зосереджена в Сонці; орбіти планет і супутників майже колові й лежать майже в одній площині; відстані між ними правильно зростають, майже всі планети не тільки обертаються навколо Сонця, а й обертаються навколо своїх осей в одному напрямі.
Пізніша розвиток науки додало необхідність пояснити розподіл моменту кількості руху в сонячній системі.
Момент кількості руху Сонця занадто малий у порівнянні з сумарним моментом кількості руху планет. Це було найбільш серйозне серед заперечень проти гіпотези Лапласа. В даний час всі вчені прийшли до висновку про те, що Земля ніколи не була ні газовою, ні вогняно-рідкою, а виникла з холодної газопилової маси.
За цією гіпотезою, величезне холодне газопилову хмара, що обертається навколо Сонця, повинно було сплющуватися. Це викликалося зіткненням частинок і обміном їх енергією і кількістю руху, що вело до розподілу часток за швидкостями і за напрямами так, щоб зіткнення були можливо рідше. Так, пил розподілилася у вигляді диска, що має товщину, в тисячу разів меншу його діаметра. Орбіти частинок стали круговими з рухами в одному напрямку. Великі частинки приєднували до себе дрібні. Швидше за все зростала маса найбільших часток. Так виникло кілька великих тіл - планет. Земля виросла до її сучасної маси за розрахунками за кілька сот мільйонів років. Земля, холодна на поверхні, стала розігріватися за рахунок радіоактивних елементів. Це призвело до розплавлення земних надр. Важкі елементи опустилися, утворивши ядро, а легкі утворили кору. У оточував зародки планет рої частинок повторювався процес злипання частинок і виникли супутники планет. Удари падають на планети тел призвели планети в обертання. У частинах газо-пилового диска, віддалених від Сонця, панувала низька температура і водень при формуванні великих планет не випарувався. Сильний нагрів хмари поблизу Сонця прискорював розсіювання водню, і в планетах земної групи його майже не збереглося. Найбільшу трудність представляє пояснення того, як початкове газопилову хмара могло оточити Сонце і отримати момент обертання, наявний зараз у планет.
5. Розвиток зірочок
На користь виникнення зірок шляхом гравітаційної конденсації (тобто взаємного тяжіння частинок) з щільної газової або газопилової середовища говорять два наступних факту. На тлі світлих туманностей були відкриті дуже маленькі, але вкрай щільні пилові туманності, названі глобулами. Можливо, що вони є зародками зірок.
Поряд з цим Аро (Мексика) і Хербиг (США) в пилових туманностях сузір'я Оріона виявили крихітні, вкрай слабкі згустки. В одному з них пізніше з'явилася туманна зірочка, якої раніше тут не бачили. Може бути, це зародилася зірка. Зароджуються зірки називаються протозірка. Далі, яку перевіряє багатьма розрахунками на основі теорії внутрішньої будови зірок і порівнювана з діаграмою колір - світність, побудованої за спостереженнями, гіпотеза малює таку картину.
Протозірки на цій діаграмі знаходяться правіше головної послідовності, так як їх температура ще нижче, ніж у виникли зірочок даної маси і відповідної їй світності. Стискаючись, зірка «рухається» горизонтально вліво по діаграмі, поки в надрах зірки температура не підніметься до кількох мільйонів градусів. Тоді почнуться ядерні реакції з участю легких елементів і виділенням тепла. Змінність блиску зірок - знак того, що вони ще не стали стійкими. Нагрівання вводить в дію реакцію перетворення водню в гелій і зменшення стиснення. Тиск газу зсередини врівноважує тяжіння до центра. Зірка стає стійкою і потрапляє на головну послідовність. Зірка з масою, такий, як у Сонця, стиснулася і з'явилася на головній послідовності за 108 млн. років.
Місце приходу зірки на головну послідовність праворуч тим вище, ніж її маса більше. Чим масивніше зірка, тим температура в її надрах вище і швидше «вигоряє» водень, перетворюючись у гелій. Блакитні зірки «спалюють» водень, перебуваючи на головній послідовності, за 106-107 млн. років, а Сонце лише за 1,01 млрд. років. Внутрішньої енергії Сонця вистачить ще на десятки мільярдів років.
З вигорянням водню в ядрі зірки починається третя стадія еволюції у формі руху по діаграмі Колір-Cветімость вправо і вгору вже в якості червоного гіганта. У кінці цієї стадії в червоних гігантах йде реакція перетворення гелію в вуглець.
У третій стадії вона вичерпується. Зірка, ущільнити, приходить у стан білого, вкрай щільного карлика. При малій поверхні і скупому тому витраті енергії білий карлик знову може світити за рахунок стиснення дуже довгий час.
Рис.1 Діаграма Герцшпрунга-Рассела.
6. Колір і світність зірок
Зірки мають різний блиск і колір: білий, жовтий, червоний. Чим червоно зірка, тим вона холодніше.
Наше Сонце відноситься до жовтих зірок. Яскравим зіркам древні араби дали власні імена. Білі зірки: Вега в сузір'ї Ліри, Альтаїр в сузір'ї Орла (їх видно влітку і восени), Сіріус - найяскравіша зірка неба; червоні зірки: Бетельгейзе в сузір'ї Оріона і Альдебаран в сузір'ї Тельця (видно взимку), Антарес у сузір'ї Скорпіона (видно влітку ). Зірки здаються розташованими на небесній сфері скрізь від нас однаково далеко.
Днем небо здається блакитним куполом від того, що флуктуації щільності повітря (через рух молекул) найсильніше розсіюють блакитні промені сонячного світла. Це і забарвлює небо в блакитний колір. З кабіни космічного корабля, поза межами земної атмосфери, небо здається чорним, і на ньому видні зірки. Найяскравіші з них можна бачити вдень і з високих гір, де повітря розріджені і небо темніше, ніж внизу. Яскраві зірки вдень можна бачити і в телескоп.
Найяскравіші зірки ще в давнину назвали зірками 1-ї величини, а найслабші, видимі на межі зору для неозброєного ока, зірками 6-ї величини. Ця старовинна термінологія збереглася. До істинних розмірами зірочок термін «зоряна величина» відношення не має, а характеризує світловий потік, що приходить на Землю від зірки. Зірки 1-ї величини яскравіше зірок 2-ї величини у 2,512 рази. Зірки 2-ї величини у 2,512 рази яскравіше зірок 3-ї величини і т. д.
Зірки 1-ї величини яскравіше зірочок 6-ї величини рівно у 100 разів. Найбільший телескоп реєструє зірки до 23-ї величини. Після точних вимірювань блиску зірок довелося ввести дробові і негативні зоряні величини, наприклад: Альдебаран 1,06, Вега 0,14, Сіріус -1,58 зоряної величини. Сонце при порівнянні з зірками має зоряну величину - 26,80.
7. Сонце
Сонце - центральна і єдина зірка нашої Сонячної системи, навколо якої звертаються інші об'єкти цієї системи: планети і їх супутники, карликові планети та їх супутники, астероїди, метеороіди, комети і космічний пил. Маса Сонця становить 99,8% від сумарної маси всієї Сонячної системи. Сонячне випромінювання підтримує життя на поверхні Землі, беручи участь у фотосинтезі, і впливає на земну погоду і клімат. Сонце складається з водню (~ 74% від маси і ~ 92% від об'єму), гелію (~ 25% від маси і ~ 7% від об'єму) і наступних, що входять до його складу в мікроскопічних концентраціях, елементів: заліза, нікелю, кисню , азоту, кремнію, сірки, магнію, вуглецю, неону, кальцію та хрому. За спектральної класифікації Сонце відноситься до типу G2V («жовтий карлик»). Температура поверхні Сонця досягає 5780 K, тому Сонце світить майже білим світлом, але через поглинання частини спектру атмосферою Землі біля поверхні нашої планети цей світ набуває жовтого відтінку.
Сонячний спектр містить лінії іонізованих і нейтральних металів, а також іонізованого водню. У нашій Галактиці Чумацький Шлях налічується понад 100 мільйонів зірок класу G2, тоді як 85% зірок нашої Галактики - це зірки, менш яскраві, ніж Сонце (в більшості своїй, це червоні карлики, що знаходяться в кінці свого циклу еволюції). Як і всі зірки головної послідовності, Сонце виробляє енергію шляхом термоядерного синтезу гелію з водню.
Сонце знаходиться на відстані приблизно 26 000 світлових років від центру Чумацького Шляху і обертається навколо нього, роблячи один оберт приблизно за 225-250 мільйонів років. Орбітальна швидкість Сонця дорівнює 217 км / с, таким чином воно проходить один світловий рік за 1400 років, а одну астрономічну одиницю за 8 діб .. В даний час Сонце знаходиться у внутрішньому краї Рукава Оріона нашої Галактики, між Рукавом Персея (англ.) і Рукавом Стрільця (англ.), в так званому «Місцеве міжзоряному хмарі» (англ.) - області підвищеної щільності, розташованої, у свою чергу , у що має меншу щільність «Місцеве міхурі» (англ.) - зоні розсіяного високотемпературного міжзоряного газу. Із зірок, які належать 50 найближчою зоряним системам у межах 17 світлових років, відомим в даний час, Сонце є четвертою за яскравістю зіркою (його абсолютна зоряна величина 4,83.
Рис.2 Цикл Життя Сонця
Сонце - магнітно активна зірка. Вона володіє сильним магнітним полем, напруженість якого змінюється з часом, і яке змінює напрям приблизно кожні 11 років, під час сонячного максимуму. Варіації магнітного поля Сонця викликає різноманітні ефекти, сукупність яких називається сонячною активністю і включає в себе такі явища як сонячні плями, сонячні спалахи, варіації сонячного вітру і т. д., а на Землі викликає полярні сяйва у високих і середніх широтах і геомагнітні бурі, які негативно позначаються на роботі засобів зв'язку, засобів передачі електроенергії, а також негативно впливає на живі організми, викликаючи у людей головний біль і погане самопочуття (у людей, чутливих до магнітних бурь). Передбачається, що сонячна активність відіграє велику роль у формуванні та розвитку Сонячної системи. Вона також впливає на структуру земної зовнішньої атмосфери.
8. Словничок
Пульсар - космічний джерело радіо-, оптичного, рентгенівського, гамма-випромінювань, що приходять на Землю у вигляді періодично повторюваних сплесків (імпульсів).
Квазар (англ. quasar - скорочення від QUAsi stellAR radio source - «квазі зоряний радіоджерело») - клас позагалактичних об'єктів, що відрізняються дуже високою світністю і настільки малим кутовим розміром, що протягом декількох років після відкриття їх не вдавалося відрізнити від «точкових джерел» - зірок.
Цефеїди - клас пульсуючих змінних зірок з досить точної залежністю період-світність, названий на честь зірки δ Цефея. Однією з найбільш відомих цефеїд є Полярна зірка.
Нейтронна зірка - астрономічне тіло, один з кінцевих продуктів еволюції зірок, складається з нейтронної серцевини і тонкої кори виродженого речовини з переважанням ядер заліза і нікелю.
Білі карлики - проеволюціонувати зірки з масами, порівнянними з масою Сонця, але з радіусами у ~ 100 разів і, відповідно, світностями у ~ 10 000 разів меншими від сонячної, позбавлені джерела термоядерної енергії.
9. Висновок
Всесвіт влаштована більш складно, ніж ми це собі уявляємо. І кожен рік відкривається що-небудь нове, те, чого людство ще не знало. Тут наведено лише деякі факти про Всесвіт. Про неї можна говорити нескінченно, а кількість твердих фактів відносно мало. Але все ж цієї кількості інформації вистачить, щоб написати сотні тисяч таких рефератів.
Отже, термоядерний синтез - отримання з більш легких атомів водню атомів гелію з виділенням величезної кількості енергії.
Спектральний аналіз - аналіз світла, що випускається речовинами, з метою отримання певних даних. Не можна визначити за допомогою спектрального аналізу хімічний склад твердих або рідких тіл.
Сонце буде жити ще кілька мільярдів років. Відноситься до класу G2V тобто до жовтих карликів.
Також я додала Словничок, щоб у разі зустрічі незрозумілого терміна - назви класу зірки можна було звернутися до цього словника.
10. Список використаних джерел
1.Захаров В. Б. Загальна біологія; навч. для 10 кл .- Дрофа, 2005. - 352с. Стор. 40.
2. http://ru.wikipedia.org
3. http://skywatching.net
4. http://ozhegov.ru
5. http://www.astrogalaxy.ru