#Ядерные процессы в космосеЯдерные процессы в космосеИсследуйте Области знанийУ нас представлены тысячи статейТегЯдерные процессы в космосеЯдерные процессы в космосеНайденa 21 статьяЭлементы строения звёздЭлементы строения звёзд Ядро звездыЯдро́ звезды́, термин, используемый для обозначения центральной, наиболее плотной и горячей области звезды, в отличие от внешних слоёв – звёздной оболочки. Ядро звезды как отдельную область можно выделять по разным критериям: по протекающим в нём термоядерным реакциям, по механизму переноса энергии (конвекцией или излучением), по химическому составу (гелиевое ядро, углеродно-кислородное ядро и т. д.). У звёзд главной последовательности, включая Солнце, ядром обычно называют центральную область, внутри которой в ходе термоядерных реакций водород превращается в гелий. У звёзд с массой M, близкой к массе Солнца (M⊙), в ядре сосредоточено около 30 % всей массы, а у звёзд c M ~ 10 M⊙ – около 10 %. По мере выгорания водорода в звезде формируется гелиевое ядро – область, состоящая из атомных ядер гелия 4He (альфа-частиц) с небольшой примесью более тяжёлых химических элементов. У звёзд с M ≤ 0,5 M⊙ ядро в конечном итоге превращается в гелиевый белый карлик. У более массивных звёзд термоядерные реакции могут приводить к формированию ядер, состоящих из более тяжёлых химических элементов (углерода, кислорода, неона, кремния, железа). У звёзд с 0,5 M⊙ < M < 8 M⊙ ядро на конечном этапе их эволюции превращается в углеродно-кислородный белый карлик. У более массивных звёзд ядро может либо стать кислородно-неоновым белым карликом, либо коллапсировать и превратиться в нейтронную звезду или чёрную дыру, либо полностью разрушиться в результате термоядерного взрыва.Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве Углеродно-азотный циклУглеро́дно-азо́тный цикл, последовательность термоядерных реакций в звёздах, приводящая к превращению водорода в гелий с участием стабильных изотопов углерода , азота , кислорода и фтора в качестве катализаторов. Совокупность реакций углеродно-азотного цикла состоит из 4 переплетающихся элементарных циклов, итогом каждого из которых является образование из 4 протонов ядра атома 4He (α-частицы) с испусканием 2 нейтрино. При этом выделяется энергия 26,73 МэВ, из которой в среднем 1,7 МэВ уносят нейтрино. Углеродно-азотный цикл – основной источник энергии звёзд с массой больше 1,2 массы Солнца на начальных стадиях их существования. Температура ядер таких звёзд превышает 18 млн К, что обеспечивает преобладание углеродно-азотного цикла над водородным циклом.Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве Водородный циклВодоро́дный цикл, последовательность термоядерных реакций в звёздах, приводящая к превращению водорода в гелий без участия катализаторов. Начинается столкновением двух протонов 1H с образованием ядра дейтерия 2H. Далее дейтерий реагирует с ещё одним протоном, образуя изотоп гелия 3He. Затем два ядра 3He при столкновении образуют 4He с отщеплением двух протонов (либо участвуют в более длинной цепочке реакций с участием ядра 7Be). Итог каждой ветви водородного цикла – образование ядра 4He из четырёх протонов с испусканием двух нейтрино, а также фотонов. При этом выделяется энергия 26,73 МэВ, из которой в среднем около 0,6 МэВ уносят нейтрино. Водородный цикл – основной источник энергии звёзд с массой меньше 1,2 массы Солнца на начальных стадиях их существования.Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве Ядерные реакции в звёздахЯ́дерные реа́кции в звёздах, происходят в недрах звёзд и являются основным источником их энергии. Посредством ядерных реакций в недрах звёзд постепенно высвобождаются огромные запасы ядерной энергии, что обеспечивает длительное существование звёзд в виде стационарных гидростатически равновесных тел. Ядерные реакции играют определяющую роль и на нестационарных стадиях эволюции звёзд, в том числе при вспышках новых и сверхновых звёзд. На всех этих стадиях звёздной эволюции посредством ядерных реакций синтезируется большинство встречающихся в природе тяжёлых химических элементов. Наибольший интерес для астрофизики представляют термоядерные реакции синтеза. Важнейшие из них – реакции водородного цикла и углеродно-азотного цикла, обеспечивающие длительное «горение» водорода в недрах звёзд главной последовательности. Особое место занимают ядерные реакции, вызываемые слабым взаимодействием электронов и позитронов с атомными ядрами; в них участвуют также нейтрино. При взаимодействии высокоэнергичных частиц (ускоренных атомных ядер) с межзвёздной средой и веществом разреженных звёздных атмосфер и околозвёздных оболочек возможны реакции скалывания, сопровождающиеся отщеплением от ядер лёгких фрагментов (протонов, нейтронов, α-частиц и др.).Структурные элементы материи Космическая плазмаКосми́ческая пла́зма, плазма в космическом пространстве и населяющих его объектах. Возникла в первые микросекунды рождения Вселенной после Большого взрыва и ныне является наиболее распространённым состоянием вещества в природе, составляя 95 % от массы Вселенной (без учёта тёмной материи и тёмной энергии). По свойствам, зависящим от температуры и плотности вещества, и по направлениям исследования космическую плазму можно разделить на следующие виды: кварк-глюонная (ядерная), галактическая (плазма галактик и галактических ядер), звёздная (плазма звёзд и звёздных атмосфер), межпланетная и магнитосферная. Космическая плазма может находиться в равновесном и неравновесном состояниях, может быть идеальной и неидеальной. Космическая плазма удалённых объектов исследуется дистанционными спектральными методами с помощью оптических телескопов, радиотелескопов, внеатмосферных рентгеновских и гамма-телескопов. Прямые измерения параметров космической плазмы в пределах Солнечной системы проводятся с помощью приборов, установленных на ракетах и космических аппаратах.Галактические объекты Красные гиганты и сверхгигантыКра́сные гига́нты и сверхгига́нты, звёзды высокой светимости (до 105–106 светимостей Солнца) и низкой эффективной температуры (3000–5000 К). Они относятся соответственно к спектральным классам K и M и классам светимости III и I. Звёзды в ходе своей эволюции становятся красными гигантами и сверхгигантами в результате расширения их оболочек после выгорания водорода в ядрах и проводят на этой стадии около 10 % полного времени жизни. Если звёзды имеют исходный химический состав, близкий к солнечному, то красными гигантами становятся объекты с массами примерно от 1 массы Солнца (M☉) до (8–10) M☉, а красными сверхгигантами – примерно от (8–10) M☉ до 40 M☉. Радиусы красных гигантов достигают сотен, а красных сверхгигантов – тысяч радиусов Солнца. Они излучают преимущественно в красной и инфракрасной областях спектра. Характерная особенность их спектров – присутствие линий излучения металлов, линий H и K ионизованного кальция Ca II, линий нейтрального кальция Ca I, молекулярных полос поглощения.Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве Космические лучиКосми́ческие лучи́, потоки заряженных частиц высокой энергии, которые приходят к Земле со всех сторон из космического пространства и постоянно бомбардируют её атмосферу. В составе космических лучей (КЛ) преобладают ядра атомов водорода (протоны) и гелия (альфа-частицы) – около 85 и 10 % соответственно. В небольшом количестве присутствуют более тяжёлые ядра (вплоть до ядер с зарядовым числом ) – их доля не превышает примерно 5 %. Небольшую часть КЛ составляют электроны и позитроны (менее 1 %).Галактические объекты Новые звёздыНо́вые звёзды, переменные звёзды, характеризующиеся быстрым (за несколько часов или суток) повышением блеска на 6–19 звёздных величин (что соответствует увеличению светимости в сотни – десятки миллионов раз) и более медленным спадом примерно к прежнему уровню блеска, занимающим от нескольких месяцев до нескольких лет. По современным представлениям, новые звёзды являются тесными двойными звёздными системами с орбитальными периодами, как правило, менее суток. Одним из компонентов системы является белый карлик, на который перетекает вещество со второго компонента. Причиной вспышки новой звезды является термоядерный взрыв на поверхности белого карлика из-за превышения его массой предела Чандрасекара. Взрыв сопровождается сбрасыванием внешней оболочки белого карлика, которая постепенно расширяется и рассеивается в пространстве.Галактические объекты МагнитарыМагнита́ры, подкласс нейтронных звёзд, активность и наблюдаемые проявления которых в основном связаны с выделением энергии их мощного магнитного поля. Иногда к магнитарам также относят и нейтронные звёзды с сильными магнитными полями (более нескольких миллиардов тесла), не проявляющие типичных примеров магнитарной активности. Основные типы наблюдательных проявлений магнитаров – вспышки электромагнитного излучения в жёстком диапазоне спектра (т. е. с энергией фотонов порядка десятков и сотен килоэлектронвольт), а также регулярное тепловое рентгеновское излучение поверхности и нетепловое рентгеновское излучение, связанное с магнитосферными процессами. При вспышках выделение энергии связано с магнитным пересоединением. Избыточное тепловое излучение поверхности связано с диссипацией энергии электрических токов, создающих магнитные поля, в коре нейтронной звезды.Галактические объекты Коричневые карликиКори́чневые ка́рлики, космические тела с массами приблизительно от 0,01 до 0,08 массы Солнца, занимающие промежуточное положение между планетами и звёздами. От обычных звёзд коричневые карлики отличаются тем, что температура в их недрах никогда не достигает значений, необходимых для протекания термоядерной реакции превращения лёгкого изотопа водорода (1H) в гелий (4He), которая обеспечивает длительное свечение обычных звёзд. Именно этим и определяется верхняя граница их массы – около 0,08 массы Солнца. Однако, в отличие от планет, коричневые карлики на раннем этапе жизни разогреваются вследствие гравитационного сжатия настолько (температура в центре около 3 млн К), что в их недрах может протекать термоядерное горение некоторых химических элементов, например тяжёлого изотопа водорода – дейтерия (2H), а также лития (7Li). Это делает их на короткое время похожими на маломассивные звёзды. Нижняя граница массы коричневых карликов, отделяющая их от планет, составляет примерно 13 масс Юпитера (около 0,01 массы Солнца). 123
