Реферат: Изменение массы и размеров небесных тел

Паршаков Евгений Афанасьевич

Все небесные тела Солнечной системы от Солнца до метеорных тел постепенно увеличивают свою массу посредством вычерпывания диффузной материи, ее аккреции на поверхность небесных тел и падений на небесные тела Солнечной системы других, более мелких небесных тел, как принадлежавших ранее ей, так и не принадлежавших. Увеличение массы небесных тел происходит не только во время галактических зим, но, хотя и незначительно, и в периоды между галактическими зимами. Поскольку все тела Солнечной системы постепенно увеличиваются и приближаются к Солнцу, то правилом, хотя и не без исключений, является то, что масса более близких к Солнцу небесных тел является большей, чем более удаленных. Эта закономерность более или менее четко прослеживается, начиная с Юпитера, первой планеты-гиганта от Солнца и, соответственно, самой крупной. Но поскольку между планетами-гигантами образуются со временем свободные сферические пространства (оболочки), то в них постепенно размещаются небесные тела малой массы: вблизи Солнца - астероиды, вдали - кометы, которые в своей совокупности образуют астероидное и кометные пояса, состоящие из тысяч и миллионов астероидов и комет.

Мы уже говорили выше, что все планеты были раньше гораздо меньшими, чем сейчас, а в будущем будут более массивными. Много лет тому назад планеты-гиганты были расположены от Солнца дальше, чем сейчас находится Плутон, масса их была намного меньшей и они когда-то не являлись планетами-гигантами, а были типичными ледяными планетами, такими, как Плутон, Титан, Каллисто. Намного меньшими по размерам и массе были когда-то и планеты земной группы, в том числе и наша Земля. Было время, когда Земля была величиной с Венеру, а еще раньше, возможно, - с Марс.Было время в далеком прошлом, по-видимому, несколько миллиардов лет тому назад, когда Земля имела такие размеры, что все ее современные материки смыкались своими краями, так, что Землю покрывала одна сплошная материковая кора. Потом Земля увеличилась, ее литосфера лопнула на континентальные плиты, которые отошли при увеличении объема и поверхности Земли друг от друга, образовав океанические впадины.

Солнце и все звезды также со временем увеличиваются. Их масса и размеры, а также температура и светимость, растут с каждой галактической зимой, хотя и крайне неравномерно, так что во время одних галактических зим масса, быть может, увеличивается на десятые доли процента или проценты, а в другие, когда звезды проходят через спиральные рукава, - в несколько раз или на десятки процентов.

В будущем Солнце будет также периодически все более увеличиваться, а в прошлом Солнце было меньшим по массе и размерам, чем сейчас. Меньшими были его температура и светимость. В настоящее время Солнце является средней желтой звездой класса G2, а в далеком прошлом, свыше 4-5 млрд. лет назад Солнце было более тусклой оранжевой звездой класса К, а еще раньше - красной звездочкой класса М.

А что же было еще раньше? Ведь Солнце и до этого изменяло свою массу, размеры и светимость. Значит, оно раньше было еще меньше?

В самом деле, масса и размеры всех существующих небесных тел все более и более увеличиваются, неважно какими темпами. И если мы мысленно повернем время вспять, то неизбежно придем к такому периоду в развитии Солнца, когда оно было не только видимой красной звездой, но (еще раньше) и инфракрасным невидимым карликом, который хотя и был горячим, с температурой около l0000 на его поверхности, но не светил, так как излучал лучи в невидимом инфракрасном диапазоне. А его масса в то далекое время была намного меньше, чем сейчас, меньше, чем современная масса самых маленьких красных карликов. По массе Солнце тогда занимало среднее положение между красными карликами и Юпитером. И не только по массе, но и по размерам, светимости (мощности излучаемой энергии) и температуре поверхности и недр.Если мы проникнем мысленно в еще более ранний период развития Солнца, то неизбежно придем к выводу, что Солнце в то время находилось в стадии планет-гигантов Юпитера, Сатурна, а еще ранее - Нептуна и Урана. Но между ними имеется одна существенная разница. Современные планеты-гиганты обращаются вокруг звезды - Солнца по своим околосолн ечным орбитам, а планета-гигант Солнце вместе со своими малочисленными и маломассивными спутниками в далеком прошлом обращалась не вокруг звезды, а, как и сейчас, вокруг центра Галактики. Отсюда можно сделать тот вывод, что и в настоящее время вокруг центра Галактики (и других галактик) обращается, помимо звездно-планетных систем, огромное количество планетных систем, в которых центральным телом является либо инфракрасный карлик с массой, примерно, от 0, 05 до 0, 005 масс Солнца, либо планета-гигант с массой от 1500 до 10 масс Земли, либо ледяная планета с массой менее 10 масс Земли. А учитывая тот наблюдаемый астрономами факт, что, например, звезд с массой в 1 массу Солнца в Галактике в 220 раз больше, чем звезд с массой в 10 масс Солнца, и в 220 раз меньше, чем звезд с массой в 0, 1 массы Солнца, можно сделать вывод, что невидимых планетных систем в галактиках, таких, в которых центральным телом является либо инфракрасный карлик, либо планета-гигант, либо ледяная планета, таких планетных систем гораздо больше, чем планетных систем со светящейся звездой в центре системы, причем больше не только по количеству, но и по совокупной массе, причем, во много, по-видимому, раз в 10. Эти невидимые небесные тела Галактики, как и других галактик, расположенны е, главным образом, на периферии галактик, и являются тем веществом, которое образует так называемую скрытую массу нашей Галактики и всех других галактик. Она по расчетам астрономов раз в 10 превосходит массу всех видимых светящихся звезд.

Но вернемся к Солнцу. Как мы уже говорили, было время, когда Солнце было планетой-гигантом, которая вместе со всеми спутниками обращалась по орбите вокруг центра Галактики, причем эта орбита была расположена от центра Галактики гораздо дальше, чем сейчас. Если мысленно идти еще дальше в прошлое, то нетрудно догадаться, что Солнце на этом этапе прошло тот же путь, что и планеты-гиганты, то есть путь от маленькой ледяной планетки, меньшей, чем Плутон, до планеты-гиганта, а затем оно уже стало звездой, постоянно увеличиваясь в размерах и массе.

Эта ледяная планетка, вернее комета, сначала с недифференцированным веществом в ее недрах, постепенно увеличивалась, и в ней началась глубинная дифференциация вещества на различные по плотности и составу оболочки под действием радиоакти вного тепла, а также тепла, выделяемого сжатием и химическими реакциями. В конце концов ледяная планета, продолжая все увеличиваться и достигнув величины планеты с массой, равной, примерно, 10 массам Земли, превратилась в планету-гигант, масса которой стала увеличиваться гораздо быстрее, за счет приобретения, наряду с силикатной и ледяной компонентами, также и газовой компоненты. А планета-гигант Солнце, в свою очередь, увеличившись со временем, превратилась в инфракрасный карлик, затем в тусклую красную звездочку, которая, продолжая расти, со временем перешла из класса М в класс К, а затем и в класс G, где в настоящее время и находится. Таков эволюционный путь Солнца в прошлом. А что будет с Солнцем в будущем?

В будущем Солнце будет все более увеличиваться, переходя из одного класса в другой, пока не достигнет критической массы, после чего его рост прекратится. Дело в том, что звезды увеличивают свою массу периодически, с наступлением очередной галактическ ой зимы. Расходуют же они свое вещество посредством излучения постоянно и тем быстрее, чем звезды массивнее и, следовательно, горячее. И если маленькие звезды приобретают вещества за счет космических осадков больше, чем они его теряют за счет излучения, то большие звезды, с массой в несколько десятков масс Солнца, за достаточно длительный промежуток времени приобретают вещества столько же, сколько они его теряют. И между приходом и расходом вещества звезды возникает равновесие, вследствие чего дальнейший рост гигантских звезд прекратится.

Если в периоды галактических зим масса и размеры Солнца будут увеличиваться, то в период между галактическими зимами, наоборот, масса и размеры Солнца будут уменьшаться. И если Солнце в периоды галактических зим будет перемещаться по главной последовательност и диаграммы Герцшпрунга-Рессела вверх и влево, то в периоды между галактическ ими зимами Солнце, наоборот, будет скатываться вниз и вправо. Но при этом Солнце не будет возвращаться в прежнее место, в прежний класс или подкласс. С каждой галактической зимой Солнце будет подниматься по главной последовательности все выше и выше, пока не наступит равновесие между приходом и расходом вещества. Однако при этом постепенно будет изменяться состав Солнца, поскольку силикатная компонента, не участвуя в кругообороте вещества во Вселенной, будет постепенно накапливаться в недрах Солнца. И рано или поздно Солнце должно будет избавиться от нее, то ли посредств ом вспышки или взрыва, то ли посредств ом вступления в реакцию синтеза более тяжелых элементов, чем водород.

Но Солнце будет перемещаться в процессе своей эволюции не только вдоль главной последовательности диаграммы Г-Р. Иногда Солнце будет переходит ь с главной последовательно сти в последовательность субгигантов, гигантов и даже сверхгигантов с последующим возвращением на главную последовательность. Дело в том, что диффузная материя, которая конденсируется на поверхность Солнца, как и других небесных тел, во время галактических зим, имеет различный состав в различных газово-пылевых облаках и туманностях и различных частях спиральных рукавов в галактической плоскости. В одних местах пыли в составе диффузной материи больше, в других - меньше, иногда диффузная материя может состоять из одного водорода, иногда доля пыли может быть незначительной, в несколько десятых долей процента. Иногда же доля силикатной компоненты в составе диффузной материи, конденсирующейся на поверхность Солнца (а в настоящее время на поверхность некоторых других звезд), может быть, наоборот, очень значительной, в несколько десятков процентов.

При конденсации на поверхность Солнца во время галактических зим различная по составу диффузная материя будет оказывать на Солнце различный эффект. Если силикатной компоненты в составе конденсирующейся диффузной материи будет мало, Солнце будет перемещать ся по главной последовательности влево и вверх, не выходя за ее пределы. Если же силикатной компоненты в составе диффузной материи будет аномально много, произойдет покраснение Солнца вследствие поглощения пылью части его лучистой энергии. В результате для внешнего наблюдения Солнца в это время, во время аккреции диффузной материи с аномально-выс оким содержанием пыли, будет выглядеть как красный или оранжевый субгигант или гигант в зависимости от доли в составе диффузной материи пыли, протяженности и плотности газово-пылевого комплекса, в котором окажется Солнце, и в зависимости от массы Солнца.

Некоторые, особенно крупные, звезды, которые во время очередной галактической зимы приобретают много диффузной материи с аномально высоким содержанием пыли, удаляются с главной последовательности довольно далеко, в область сверхгигантов, причем не обязательно красных, но также оранжевых, желтых и т.д. После окончания очередной галактической зимы отошедшие с главной последовательности звезды-гиганты возвращаются на нее обратно, поскольку разогрев конденсирующейся на звезду пыли прекращается за отсутствием таковой и звезда принимает свой прежний вид.

Та пыль, которая конденсируется на поверхность звезд и находится вблизи ее, разогревается до красного видимого цвета и начинает излучать, принимается внешними наблюдателями за постоянную атмосферу звезды, за ее верхние слои, вследствие чего плотность звезд-гиганто в оказывается аномально низкой, а размеры - аномально большими.

Со звездами-гигантами происходит тот же, примерно, эффект, что и с планетами-гигантами. За размеры планет-гигантов принимается не только твердая (или жидкая) часть планеты, но и часть атмосферы, а именно та, в которой находятся облака. И чем выше облачный покров, тем большими оказываются для наблюдателя размеры планеты-ги ганта и меньше ее плотность. Аналогично, чем больше пыли конденсируется на поверхность звезды, оказавшейся в условиях галактиче ской зимы, тем звезда оказываетс я для внешнего наблюдателя большей по размерам и тем она имеет меньшую плотность. И происходит это потому, что в состав звезды, ее атмосферы включается конденсирующаяся на нее пыль. Когда же пыли в составе диффузной материи, конденсирующейся на поверхность звезды, нет или ее мало, звезда не выходит с главной последовательности во время галактической зимы, а перемещается вдоль нее вверх и влево, поскольку конденсирующаяся диффузная материя является прозрачной.

Одновременно с Солнцем при его увеличении будет увеличиваться и вся Солнечная система. В ней будет увеличиваться количество планет, в том числе планет-гигантов. Потом появятся спутники-звезды, сначала карликовые, образованные из планет-сверхги гантов, потом все крупнее. Количество их будет все увеличиваться, Солнечная система будет расти, количество звезд-спутников в ней будет исчисляться сначала единицами, затем десятками, потом сотнями и тысячами. Еще больше будет в Солнечной системе планет, астероидов, комет и метеорных тел.

Разумеется, не все звезды пройдут такой путь, а лишь небольшая часть из них. Большая же часть их исчезнет в недрах других, более массивных звезд. Звезды-спутники, вследствие их торможения в газово-пылевой среде и увеличения их массы, постепенно приближаются к более массивным центральным звездам и падают одна за другой на их поверхность. Звезды же, обращающиеся по галактическим орбитам, постепенно приближаются к ядру Галактики и падают на одну из центральных звезд. При каждом падении одной звезды на другую происходит мощная вспышка с выбросом большого количества вещества в мировое пространство (вспышки новых и сверхновых), это вещество пополняет постоянно расходующуюся диффузную материю, сохраняя равновесие между звездной, планетно-кометной и диффузной формами материи в процессе великого кругооборота материи во Вселенной.

Галактику можно представить как сверхгигантскую звездно-планетную систему, которая произошла в процессе своей эволюции из карликовой галактики, а та - из еще более мелкого звездно-планетного скопления (или ассоциации), которое произошло из кратной звездно-планетной системы. А последняя, в свою очередь, произошла из звездно-планетной системы типа Солнечной, и такая эволюция звездно-планетных систем от крохотной до гигантской (галактик) происходит посредством увеличения небесных тел за счет космических осадков, торможения небесных тел в диффузной среде и их приближения к центральным телам и кругооборота материи во Вселенной.