Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Изображение Солнца, полученное в далёком ультрафиолетовом диапазоне спектра

Эволюция звёзд

Эволю́ция звёзд, изменение внутреннего строения и внешнего вида звёзд с течением времени, вызванное непрерывной потерей энергии, излучаемой в окружающее пространство. Звёзды формируются вследствие гравитационного сжатия межзвёздных газово-пылевых облаков, в ходе которого газ облака нагревается и уплотняется, его давление возрастает и начинает тормозить сжатие до тех пор, пока тяготение и давление газа не начнут уравновешивать друг друга. Эволюция звезды зависит от её массы. Звёзды с массами (где – масса Солнца) становятся коричневыми карликами. У молодых звёзд с массой в недрах начинают протекать термоядерные реакции превращения водорода в гелий, длящиеся около 90 % всего времени жизни звезды. После исчерпания водорода ядро начинает сжиматься и нагреваться. Если масса звезды превышает , то в её недрах могут начаться термоядерные реакции с образованием углерода, кислорода и других химических элементов. Сжатие гелиевого ядра сопровождается расширением и охлаждением внешних слоёв звезды, которая становится красным гигантом или сверхгигантом. В конце эволюции звёзды с массами становятся белыми карликами. Звёзды с массами взрываются как сверхновые II типа, выбрасывая в межзвёздное пространство вещество, обогащённое тяжёлыми химическими элементами. В зависимости от массы звезда разлетается либо полностью, либо частично, и тогда её ядро превращается в нейтронную звезду (при ) либо в чёрную дыру.

Солнечная активность

Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Группа cолнечных пятен

Солнечные пятна

Со́лнечные пя́тна, тёмные образования овальной формы, появляющиеся на поверхности Солнца. Их размеры варьируют от тысячи до нескольких десятков тысяч километров. Солнечные пятна кажутся тёмными по контрасту с более яркой фотосферой Солнца, т. к. температура солнечных пятен в среднем 4300 К, а температура окружающей фотосферы – около 5800 К. Солнечные пятна представляют собой области, где магнитное поле выходит на поверхность Солнца из нижележащих слоёв в виде отдельных жгутов, которые проникают сквозь фотосферу и образуют арки с вершинами в хромосфере и короне Солнца и двумя основаниями на фотосфере. Сильные магнитные поля в основаниях арок подавляют конвекцию в нижележащих слоях Солнца, что приводит к локальному охлаждению фотосферы и появлению области тени солнечного пятна.

Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Поверхность Солнца в видимом диапазоне электромагнитного спектра (SOHO)

Солнечная активность

Со́лнечная акти́вность, глобальные процессы на Солнце, связанные с изменением сильных магнитных полей в его атмосфере и включающие возникновение активных областей с группами солнечных пятен, факелами и флоккулами, появление солнечных вспышек, протуберанцев, корональных дыр, корональных выбросов массы и др. Для численной характеристики отдельных составляющих солнечной активности используют различные индексы солнечной активности, большинство из которых циклически изменяются со временем (цикл Швабе).

Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Солнечный цикл (цикл Швабе)

Цикл Швабе

Цикл Шва́бе, квазипериодическая составляющая временно́й эволюции солнечной активности с наименьшим периодом, равным примерно 11 годам. Проявляется в первую очередь в периодическом изменении количества солнечных пятен или их групп, однако виден практически во всех индексах солнечной активности. При этом в каждом следующем цикле магнитное поле в пятнах меняет направление на противоположное (правило полярности Хейла), поэтому правильнее говорить о 22-летнем цикле. Природа цикла Швабе находит своё объяснение в теории солнечного динамо.

Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Солнечная вспышка 27 октября 2014

Солнечная вспышка

Со́лнечная вспы́шка, быстрое увеличение яркости части поверхности Солнца и его атмосферы в широком диапазоне спектра электромагнитного излучения (от радиоволн до жёсткого гамма-излучения). Самое мощное из всех проявлений солнечной активности, средняя мощность энерговыделения составляет около 1022 Вт при длительности от 10 до 103 c. Во время солнечных вспышек поток энергии от Солнца в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах увеличивается в тысячи раз. Это говорит о том, что вспышка происходит преимущественно в короне Солнца. Значительная часть энергии выделяется в виде выбросов плазмы со скоростями порядка 1000 км/c из короны в межпланетное пространство (корональные выбросы массы). Происхождение солнечных вспышек связано с переходом энергии солнечных магнитных полей в кинетическую энергию выбросов плазмы и заряженных частиц, а также в мощные потоки тепла и излучения за счёт магнитного пересоединения. Солнечные вспышки оказывают сильное воздействие на околоземное космическое пространство, определяя космическую погоду.

Механизм возникновения излучения Хокинга

Излучение Хокинга

Излуче́ние Хо́кинга, испускание элементарных частиц чёрной дырой, при котором масса чёрной дыры уменьшается. В его основе лежит процесс рождения и аннигиляции виртуальных пар частиц и античастиц в вакууме. Если виртуальная пара «частица – античастица» образуется в непосредственной близости от горизонта событий чёрной дыры, то одна из частиц может быть поглощена чёрной дырой, уйдя под горизонт событий. Вследствие этого вторая частица становится реальной и удаляется от чёрной дыры. В силу закона сохранения энергии она унесёт с собой часть энергии чёрной дыры, которую гравитационное поле затратило на разделение пары. Таким образом формируется поток энергии от чёрной дыры, сопровождающийся потерей её массы.

Плазма в природе, космосе и астрофизике

Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Пример компьютерной реконструкции пространственной картины силовых линий магнитного поля Солнца

Солнечное динамо

Со́лнечное дина́мо, физический процесс, обусловливающий формирование и изменения во времени солнечных магнитных полей, включая 11-летний цикл солнечной активности (цикл Швабе). Солнечные магнитные поля генерируются благодаря взаимодействию течений солнечной плазмы, имеющей высокую электрическую проводимость, с магнитными полями, существующими в области течения. Это взаимодействие обусловлено явлением электромагнитной индукции и действием силы Лоренца. Теоретически наиболее разработаны и наилучшим образом согласуются с данными наблюдений такие модели солнечного динамо, принципиально важными компонентами которых являются дифференциальное вращение Солнца и малоупорядоченные движения вещества (солнечная конвекция, которую на больших пространственных масштабах можно рассматривать как турбулентность). Эти движения вещества должны обладать зеркальной асимметрией: их характеристики должны менять знак при переходе от правой к левой системе координат.

Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Эмиссионная туманность Пузырь (NGC 7635), HST

Звёздный ветер

Звёздный ве́тер, стационарное истечение вещества из атмосферы звезды в окружающее пространство. Наблюдается у звёзд любой массы и на всех стадиях их эволюции. Его наличие означает, что в атмосфере звезды нарушено механическое равновесие. Причинами этого могут быть: нагрев короны звезды турбулентными движениями нижележащих слоёв до температуры свыше 106 К, вызывающий расширение короны в окружающее пространство; ударные волны, возбуждённые нерегулярными колебаниями атмосферы звезды; давление излучения звезды; центробежная сила и др. За время жизни на главной последовательности звёзды типа Солнца теряют из-за звёздного ветра менее 0,1 % своей массы, однако потери момента импульса приводят к заметному замедлению их вращения. На более поздних стадиях эволюции, а также у более массивных звёзд скорость потери массы значительно выше и может составлять от 10–7 до 10–2 массы Солнца в год. Звёздный ветер массивных звёзд играет важную роль в динамике межзвёздной среды, создавая в ней каверны, заполненные горячим газом, а также обогащая межзвёздный газ продуктами ядерных реакций, вынесенными конвекцией из недр звёзд на их поверхность.

Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Солнечная вспышка 27 октября 2014

Солнечная вспышка

Со́лнечная вспы́шка, быстрое увеличение яркости части поверхности Солнца и его атмосферы в широком диапазоне спектра электромагнитного излучения (от радиоволн до жёсткого гамма-излучения). Самое мощное из всех проявлений солнечной активности, средняя мощность энерговыделения составляет около 1022 Вт при длительности от 10 до 103 c. Во время солнечных вспышек поток энергии от Солнца в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах увеличивается в тысячи раз. Это говорит о том, что вспышка происходит преимущественно в короне Солнца. Значительная часть энергии выделяется в виде выбросов плазмы со скоростями порядка 1000 км/c из короны в межпланетное пространство (корональные выбросы массы). Происхождение солнечных вспышек связано с переходом энергии солнечных магнитных полей в кинетическую энергию выбросов плазмы и заряженных частиц, а также в мощные потоки тепла и излучения за счёт магнитного пересоединения. Солнечные вспышки оказывают сильное воздействие на околоземное космическое пространство, определяя космическую погоду.

Карта анизотропии температуры реликтового излучения

Анизотропия реликтового излучения

Анизотропи́я рели́ктового излуче́ния, безразмерная относительная разница температуры реликтового излучения в разных направлениях на небе. Реликтовое излучение однородно и изотропно с точностью до 0,1 % и имеет среднюю температуру Однако в разных направлениях на небе имеются небольшие неоднородности температуры, составляющие Существует несколько причин их возникновения:

Аккреция вещества на чёрную дыру со звезды-компаньона

Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Аккреция в астрономии

Аккре́ция в астрономии, процесс захвата вещества из окружающего пространства гравитационным полем небесного тела с последующим падением части этого вещества на поверхность тела. Этот термин широко используется при описании захвата и падения межзвёздных и межпланетных газа и пыли на поверхность звёзд и планет, а также перетекания вещества в тесных двойных звёздных системах с одного компонента на другой. Аккреция вещества на конечные продукты звёздной эволюции – белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры – сопровождается значительным выделением гравитационной энергии в виде электромагнитного излучения. В Солнечной системе аккреция играла важную роль при формировании планет из вещества протопланетного диска. В областях звездообразования наблюдается аккреция дозвёздного вещества на формирующиеся звёзды. Возможна также аккреция межгалактического вещества на галактики. Наличие у аккрецируемого вещества большого удельного момента импульса препятствует прямому падению вещества на тяготеющий центр. В этом случае вокруг последнего формируется дифференциально вращающийся аккреционный диск.

Солнечная вспышка

Солнечная вспышка 2 октября 2014

NASA / SDO (видео), Lars Leonhard (музыка)

Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Релятивистский джет

Релятиви́стский джет, коллимированный высокотурбулентный поток плазмы и релятивистских частиц, образующийся в результате аккреции вещества на сверхмассивную чёрную дыру, которая находится в центре активного ядра галактики. При аккреции формируются биполярные истечения вещества в направлении оси вращения чёрной дыры или в направлении, перпендикулярном плоскости вращения аккреционного диска. Джеты начинают детектироваться уже в ближайших окрестностях чёрной дыры, на расстоянии в несколько десятков её гравитационных радиусов. Важную роль в образовании джета играет магнитное поле, которое формирует, ускоряет и коллимирует его. Данные наблюдений и результаты моделирования указывают на то, что связанное с джетом глобальное магнитное поле является спиральным с высокой степенью закрутки силовых линий. Считается, что джеты состоят из нетепловой электрон-позитронной плазмы, однако в них могут присутствовать также и релятивистские протоны. Релятивистские джеты испускают непрерывное излучение во всём диапазоне электромагнитного спектра, а также могут быть источниками высокоэнергетических астрофизических нейтрино. Помимо активных ядер галактик джеты наблюдаются также в микроквазарах, но скорости движения плазмы в них умеренно релятивистские: 0,2−0,3 скорости света. Нерелятивистские истечения формируются и у молодых звёзд в туманностях, проявляющих себя как объекты Хербига – Аро.

Читать полностью

Тройная гелиевая реакция

Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Нуклеосинтез

Нуклеоси́нтез, совокупность процессов, приводящая к формированию всего наблюдаемого многообразия химических элементов (нуклидов). Нуклеосинтез, проходивший, вероятно, на ранних стадиях расширения Вселенной (первичный нуклеосинтез) с участием термоядерных реакций и бета-взаимодействий (процессов взаимных превращений протонов и нейтронов), ответственен за образование наиболее распространённых элементов (водорода 1H и гелия 4He), а также значительно более редких изотопов 2H, 3He и некоторой доли 7Li. Считается, что более тяжёлые элементы, со значением массового числа образуются в ходе термоядерных реакций в звёздах, в том числе при взрывах сверхновых звёзд.