Bilim adamı, "Dolaşan Dünya" yı izledikten sonra,
Uzun bir süre sonra, güneş nihayet hayatın sonuna geldi. Işığı artmaya başladı, hacmi genişlemeye başladı ve yüzeyi yavaş yavaş dünyanın yörüngesine aslen güneş yüzeyinden 150 milyon kilometre uzaklıkta yaklaştı ve onu yuttu. Bu korkunç sahne, temelsiz bir endişe yanılsaması değil, hikayesi için uydurulmuş bir bilim kurgu parçası değil, bildiğimiz fizik yasalarına ve gökyüzünde gözlemlenen yıldızlara dayanan titiz bir bilimsel sonuç. Gelecekte bir gün, bu olay kesinlikle olacak.
Öyleyse, kaçmaya ve "dünyayı dolaşmaya" hazırlanmalı mıyız? Hayır, lütfen bekleyin. Şimdi dolaşmak için biraz erken. Bu konuya baştan başlamalıyız.
Güneşin enerji üretme şekli
1945'te Amerika Birleşik Devletleri Japonya'ya iki atom bombası atarak faşist canavarları tamamen evcilleştirdi. Beyaz Saray, olayın ardından yaptığı açıklamada haklı olarak atom bombasının "Uzakdoğu'ya savaş getirenlere güneşin gücünü serbest bırakacak gücü" getireceğini belirtti.
Duygusal açıdan bakıldığında bu cümle, İkinci Dünya Savaşı'nı sonlandıran bombalamada cennete biraz anlam kattı ve daha uygun olamazdı. Ancak bilimsel olarak konuşursak, bu cümlede hafif bir sapma var. Hiroşima ve Nagazaki'deki atom bombası gibi, güneş enerjiyi serbest bırakmak için nükleer reaksiyonlara güvenir. Bununla birlikte, atom bombası, ağır elementlerin nükleer fisyonunu kullanır, yani daha yüksek moleküler ağırlığa sahip bir element, zincirleme reaksiyon yoluyla daha küçük moleküler ağırlığa sahip bir elemente bölünür. Basitçe söylemek gerekirse, bir büyük çekirdek birkaç küçük çekirdeğe bölünmüştür. Güneş ters yönde teknik bir rota izledi. Güneş, moleküler ağırlığı 1 olan bir hidrojen çekirdeğini (esasen bir proton), moleküler ağırlığı 4 olan bir helyum çekirdeğine 3 aşamalı bir ara işlemle birleştirmek için nükleer füzyon kullanır. İster küçük bir çekirdeğe dönüşen büyük bir nükleer fisyon çekirdeği, ister büyük bir çekirdeğe dönüşen küçük bir nükleer füzyon çekirdeği olsun, nükleer reaksiyondan sonraki toplam madde kütlesi nükleer reaksiyon öncesine göre daha azdır ve kaybolan kütle atom bombasının enerjisine veya güneşin parıltısına dönüştürülür. Temel ilke, bilinen Einstein kütle-enerji denklemi E = mc ^ 2 ile açıklanabilir.
Güneş, nükleer füzyonun üç aşamalı zincirleme reaksiyonunu gerçekleştirir. Resim kaynağı wikipedia
Kısa bir süre önce, Çin'in hidrojen bombası işinin öncüsü olan Akademisyen Yu Min'e ne yazık ki veda ettik. Hidrojen bombası, güneşle aynı nükleer füzyon prensibini kullanır ve daha fazla patlayıcı güç üretebilir. Hidrojen bombası serbest bırakıldığında kısa sürede tüm enerjisini serbest bırakacak, kontrol edilemeyen bir nükleer füzyon cihazıdır. Bu son derece verimli, temiz ve kirlilikten arındırılmış enerji üretim yöntemini üretimimize ve yaşamımıza hizmet etmek için kullanmak için bilim adamları, nükleer füzyon enerjisinin bir süre boyunca sürekli ve istikrarlı bir şekilde enerji üretebilmesi için kontrol edilebilir nükleer füzyon cihazlarının araştırılmasına kendilerini adamışlardır. . Örneğin tokamak, nispeten ümit verici bir kontrol edilebilir nükleer füzyon cihazıdır Görünüşü, içine enjekte edilen yüklü partikülleri sınırlamak için manyetik bir alan kullanan ve insan kontrolü altında nükleer füzyon reaksiyonlarını gerçekleştirebilecekleri devrilmiş bir lastik gibidir. Ne yazık ki, çeşitli ülkeler çok fazla kaynak yatırmış ve ITER gibi uluslararası işbirliği programları oluşturmuş olsa da, tokamak hala temel test aşamasındadır ve nükleer reaksiyonla açığa çıkan enerjinin nükleer reaksiyonu 100 saniyeden fazla sürdürebildiği aşikardır. Kolay değil ve ek enerji üretemiyor ve yine de pratiklikten çok uzak.
Tokamak, "yapay güneş" olarak da adlandırılır. Resim, Hefei'deki Çin Bilimler Akademisi tarafından kullanılan gelişmiş deneysel süperiletken tokamak'ı (EAST) göstermektedir.Resim kaynağı: Bilim Parkı, Plazma Fiziği Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
Güneş ise yaklaşık 4,6 milyar yıldır istikrarlı bir şekilde kontrollü bir nükleer reaksiyon gerçekleştirerek tüm güneş sistemini sürekli olarak ışık ve ısı ile besliyor.
Peki, güneş hidrojen bombası olmazsa güç nereden geliyor?
Uluslararası Uzay İstasyonu'ndan görüldüğü gibi güneşin altındaki dünya. Görüntü kaynağı NASA
Aralarındaki denge, güneşin hidrojen bombası olmasını engeller
Aslında bu kuvvet, en aşina olduğumuz yerçekimi, Newton'un elmasını yere düşüren yerçekimidir.
Hisseden, sıradan yerçekiminin yıkıcı nükleer reaksiyonla eşleşmesi zor görünüyor. Bununla birlikte, niceliksel değişiklikler niteliksel değişikliklere neden olabilir ve 330.000 dünyaya eşdeğer güneş malzemesinin kütlesinin ürettiği yerçekimi, nükleer reaksiyonu kontrol etmek için yeterlidir. Aslında, yerçekimi ile nükleer reaksiyon arasındaki etkileşimin, güneşin yaşam damgasına hakim olduğu söylenebilir.
Güzel Orion Bulutsusu, maddeyi toplayarak yeni yıldızlar doğuruyor. Resim kaynağı: NASA
İlkel bulutsularda güneş gibi yıldızlar oluşur, kendi yerçekimlerinin etkisiyle, ilkel bulutsuyu oluşturan maddeler bir araya toplanıp küçülmeye, yoğunlukları ve basınçları artmaya devam eder. İnsan yapımı nükleer füzyon cihazlarında, ister kontrol edilemeyen bir hidrojen bombası ister kontrol edilebilir bir tokamak olsun, bir araba motorunu çalıştırmak gibi nükleer füzyonu başlatmak oldukça zordur. Nükleer füzyona uğrayan pozitif yüklü çekirdekler arasında elektrostatik itme vardır Bu itme kuvveti, nükleer füzyon yolunu kateden büyük bir dağ gibidir. Nükleer füzyonu tetiklemek için, önce elektrostatik itmenin üstesinden gelmek için yeterli enerjiye sahip olmalı ve füzyon çekirdeklerini yeterince yaklaştırmak için bu dağın üzerinden tırmanmalıdır. Hidrojen bombası patladığında, nükleer füzyon, önce patlatılan küçük bir nükleer fisyon atom bombasının ürettiği sıcaklık ve basınçla tetiklenir. Tokamak için, "kuvvetli bir şekilde mucizeler yaratmanın" bu tür bir ateşleme yöntemi açıkça uygulanamaz ve omik ısıtma ve diğer yardımcı ısıtma yöntemleri nükleer füzyonu başlatmak için kullanılmalıdır.
Güneş gibi yıldızlar oluştuğunda, nükleer füzyon yalnızca yerçekimi ile ateşlenir. Malzemenin kendi basıncının oluşturduğu dışa doğru genişleme kuvveti, malzemeyi içe doğru büzüşmeye iten yerçekimine direnmek için yeterli olmadığından, bulutsu içerisindeki malzemenin yakınsama ve içe doğru daralma süreci devam edebilir ve merkezdeki yoğunluk ve basınç artmaya devam ederek hidrojeni zorlar. Çekirdekler birbirine yakındır ve bu da nükleer füzyon reaksiyonunun başlamasını tetikler. Aynı zamanda yıldızda biriken kütle, nükleer reaksiyon oranını belirler. Yıldızın kütlesi ne kadar büyükse, merkeze o kadar fazla yerçekimi basıncı uygulanacak ve bu da daha yüksek bir basınç üretecek, böylece daha fazla hidrojen çekirdeği birbirine daha yakın olacak ve nükleer reaksiyon hızı daha yüksek olacaktır.
Güneş zaten olgun bir yıldız olduğunda, nükleer reaksiyon hızı ve yıldız materyalinin yerçekimi basit ve hassas bir dengeye ulaşmıştır. Güneş denge durumundan dışarı doğru genişlerse merkezin sıkışması azalır, nükleer reaksiyon hızı azalır, üretilen enerji azalır ve yıldızın merkezinin sıcaklığı düşer. Bu şekilde yıldızın merkezinden dışa doğru genişleme kuvveti, merkeze doğru küçülen yıldızın çekim kuvvetini destekleyemez ve genişleme süreci devam edemez. Tersine, eğer güneş ortaya doğru çekilirse, nükleer reaksiyonu hızlandıracak ve daha büyük dışa doğru genişleme kuvveti üretecek, kasılma süreci de devam etmeyecektir. Kısacası, yaşamın ilk dönemine girdikten sonra, güneş dışa doğru genişlemek istediğinde yeterli dayanma gücüne sahip olmayacak ve içe doğru daralmak istediğinde büyük ölçüde direnecektir, bu nedenle yalnızca nispeten sabit bir boyutta stabilize olabilir.
Yıldızın içe doğru çökmesine neden olan yerçekimi ve yıldızın dışa doğru genişlemesine neden olan nükleer füzyon reaksiyonu, ana dizi yıldız fazında dengeye ulaşır. Orijinal görsel kaynağı:
Bu hassas denge, güneşimizin bir patenti değil, evrensel olarak uygulanabilir temel bir ilkedir. Uzun süreli gözlem ve birikimden sonra, bilim adamları, neredeyse tüm yıldızların asal durumlarında çok kararlı bir durumda olduklarını keşfettiler. Bilim adamları bu eyaletlerdeki yıldızlara "ana dizi yıldızları" diyorlar. Bu yıldızlar için denge noktasının tam konumu, yıldızın toplam kütlesi ile ilişkilidir. Daha büyük kütleli bir yıldız, daha küçük kütleli bir yıldızdan daha yüksek bir denge halinde nükleer reaksiyon hızına sahiptir.
Güneşin sonu ve dünyanın dolaşması
Tıpkı insanların doğum, yaşlılık, hastalık ve ölüm olması gibi yukarıda bahsedilen denge sonsuza kadar süremez, her zaman bir son olacaktır. İnsanın yaşlanmadan ölüme kadar olan sürecinden farklı olan, güneşin yaşamının sona erme sürecinin zengin, görkemli ve yoğun olmasıdır.Bir dizi genişleme, patlama ve titreşim yaşadıktan sonra nihayet sessizliğe döner.
Ve tüm bunlar başlamadan önce, insanların hızla yola çıkmanın ve dolaşan bir dünya haline gelmenin bir yolunu bulması gerekiyor. Çünkü gökteki büyük soba olan güneş, zaman geçtikçe daha güçlü yanacaktır. Kömür sobasındaki kömür yandığında, külleri çıkarmanın ve sobanın yanmasını sağlamak için yeni kömür eklemenin bir yolunu bulacağız. Ancak güneş gibi bir yıldız için bu işlemi tamamlayacak bir dış kuvvet yoktur. Nükleer reaksiyon, helyum oluşturmak için hidrojeni tüketir ve üretilen helyum yıldızın içinde birikir. Helyum moleküllerinin sayısı hidrojenden daha fazla olduğu için yıldızın yaşı ile birlikte yıldızın içindeki yoğunluk artacak ve iç nükleer reaksiyonların hızı da kademeli olarak artacaktır. Araştırma hesaplamaları, güneşin şu anki nükleer reaksiyon hızının, güneşin ana dizi yıldızı haline geldiği zamandan yaklaşık% 30 daha yüksek olduğunu ve 5.5 milyar yıl sonra (bu sayı ne kadar, farklı bilim adamlarının farklı sonuçları olabilir, ancak genel olarak düzinelerce) Yüz milyonlarca yıl boyunca), sürekli artan güneş nükleer reaksiyonu, güneş tarafından yayılan enerjiyi şu anda olduğundan yaklaşık iki kat fazla yaptı. Böylesine yoğun radyasyon altında, dünya yüzeyinin sıcaklığı 300 santigrat dereceyi geçecek ve okyanuslar ve göllerdeki sıvı su uzun zamandır buharlaşmıştır. Şu anki anlayışımızla (kimse insanların milyarlarca yıl içinde nasıl evrimleşeceğini söyleyemez), insanlar dahil canlı organizmalar bu ortamda yaşayamaz. O zamanlar insanlar yoğun güneş ışınımını engelleyebilecek bir cihaz geliştirmedikleri takdirde, bir gezintiye çıkmak zorunda kalacaklardı. Şu anda, dünya insanlık için yaşayamayacak bir dünya haline gelmesine rağmen, bu zamanda güneş hala ana dizi yıldız durumundadır.
Sanatçı, güneşi dünyadan görüldüğü gibi bir kırmızı dev halinde hayal ediyor. Resim kaynağı https://www.cs.mcgill.ca/~rwest/wikispeedia/wpcd/wp/r/Red_giant.htm
1. Kırmızı dev
Bundan sonra, güneşin merkez bölgesindeki hidrojen yandı, hidrojen füzyonunun helyuma termonükleer reaksiyonunu durdurdu ve bir helyum çekirdeğine dönüştü. Yerçekimine karşı herhangi bir nükleer reaksiyon olmadığı için yıldızın merkezine yakın malzeme çekirdeğe doğru sıkışmaya başlar ve çekirdeğin sıcaklığı artar. Çekirdekten uzakta kalan hidrojenin bir kısmı, çekirdek tarafından salınan yüksek sıcaklıkla tutuşur, güneşin dış katmanını dışa doğru genişler, art arda Merkür ve Venüs'ün yörüngelerini yutar ve muhtemelen Dünya'nın yörüngesini yutar. Şu anda güneş, ana dizi yıldızlarının saflarından çekildi ve kırmızı dev bir yıldız haline geldi. (Kırmızı dev, yıldızın sonraki aşamaya yanmasıyla yaşanan dengesiz bir aşamadır)
Dünyanın yörüngesini yutabilen kırmızı dev güneş, sol alt köşedeki küçük sarı nokta, güneşin mevcut boyutudur. Resim kaynağı wikipedia
2. Titreşen değişken yıldızlar
Sonra güneş, "içeride ve dışarıda iki çiçek" durumuna girdi. Dış hidrojen kabuğunda devam eden nükleer füzyon reaksiyonuna ek olarak, iç çekirdekte kalan helyum, artan sıcaklığın etkisi altında "ateşlendi" ve helyumdan karbona değişen bir nükleer reaksiyon meydana geldi. En azından milyonlarca yılda ölçülen yıldız evrim süreciyle karşılaştırıldığında, helyumun tutuşma süresi inanılmaz derecede kısadır. Birkaç dakika içinde, güneş kütlesinin% 40'ına eşit helyum şiddetli bir şekilde karbona "yakılır" ve açığa çıkan enerji, milyonlarca yıldır mevcut durumunda güneş tarafından salınan enerjiye kabaca eşittir. Bu fenomen bilim adamları tarafından "helyum parlaması" olarak adlandırılır. Bundan sonra, güneş helyumu yakmaya devam ederken, artık bir denge durumuna dönemedi ve genişleme ve daralma arasında gidip gelmeye devam ederek titreşen bir değişken yıldız haline geldi. (Titreşen değişken yıldızlar, parlaklığı titreşimin neden olduğu yıldızları ifade eder, yaklaşık 2 milyon yıldız vardır)
Helyum yeniden yandığında güneşin ömrü sona erecek. Güneşin çekirdeğindeki malzeme yoğun bir beyaz cüceye dönüşürken, dıştaki malzeme genişleyerek bir gezegenimsi bulutsu oluşturacak. Beyaz cücelerin yoğunluğu son derece yüksektir ve bir santimetreküp beyaz cücenin kütlesi bir ton için yeterlidir.
Gezegenimsi bulutsu kategorisine ait bir kedi gözü bulutsusu. Resim kaynağı Wikipedia
3. Dünyanın kaderi
Peki dünyanın kaderine ne olacak? Kırmızı devin evriminde, Dünya'nın ilhakının yörüngesi yüksek olasılıklı bir olaydır. Bazı bilim adamları daha önce, güneşin açığa çıkardığı enerjinin kütleden dönüştürüldüğüne, nükleer reaksiyon ilerledikçe güneşin toplam kütlesi azalacağına, dünya üzerindeki çekim kuvvetinin buna bağlı olarak azalacağına ve dünyanın güneşten kendiliğinden uzaklaşacağına inanıyorlardı. . Bununla birlikte, 2008'de Royal Astronomical Society'nin (MNRAS) Aylık Bülteninde yayınlanan bir çalışma, gelgit kuvvetlerinin dünyanın güneşten uzaklaştığı adımları yavaşlattığını ve bu şekilde dünyanın cennete kaçma olasılığını inkar ettiğini buldu. Ancak, daha önce de belirtildiği gibi, güneş kırmızı bir dev haline gelmeden önce dünya çorak bir toprağa kavruldu. Doğanın gücünün bizi kurtarmasını beklersek, korkarım artık çok geç.
Tercih edilen gezegen
Gökbilimciler falcı değildirler, milyarlarca yıl içinde güneşe ne olacağını tahmin ederler.Teorik hesaplamalara ve bilgisayar simülasyonlarına güvenmenin yanı sıra, gökyüzündeki farklı "çağlardan" yıldızlara bakarak yıldızların evrim sürecini özetleyebilirler. Tam resim. Newton, Einstein ve bir grup gökbilimci, güneşimizin ömrünü tamamlamak için bu makalede anlatılan süreci takip etmesini sağlamak için güçlerini birleştirdiler ve güneşin hassas ve öz dengesinin herhangi bir faktör tarafından kazara yok edilmesi neredeyse imkansız.
Bu nedenle, filmin bize getirdiği şoku ve hareketliliği takdir etmenin yanı sıra, güneşin gerçekten yaşlanmaya ve dünyayı önceden yutmaya başlayacağından endişelenmenize gerek yok. "Şaka saçma değildir, uyarlamalar rastgele yapılamaz" denilse de bilimkurgu ve filmler nispeten doğru ve gerçek bir arka plan ile geliştirilebilir, zaten oldukça değerli,% 100 bilimsel olarak doğru olmasını talep edemeyiz. Bu şekilde roman fantezinin kanatlarını kaybedebilir.
Aynı zamanda, "Dolaşan Dünya" vatanımızı - dünyanın kıymetini - bir kez daha keşfetmemize izin verebilir. Bu, göklerin çok fazla tercih ettiği bir gezegen.Güneş etrafındaki yaşanabilir bölgede, yaşamı beslemek için sıvı suyun istikrarlı bir şekilde var olmasına izin veriyor. Güçlü jeomanyetik alan, enerjik parçacıkları güneşten korur ve atmosferi güneş rüzgarı tarafından uçup gitmekten korur. Güneş çok güçlü parlamaları patlatmayacak, aksi takdirde dünya güçlü X-ışınları ve gama ışınları tarafından bombalanmaya devam edecek. Atmosferin yoğunluğu ve bileşimi sıcaklığı etkin bir şekilde düzenleyerek bizi ne soğuk ne de sıcak bir ortamda bırakabilir. Orta derecede eğimli dünya ekseni, dört mevsimde çoğu alanı değiştirdi. Güneş sistemindeki dünyanın yörüngesi dışındaki diğer büyük gezegenler, dünyaya çarpabilecek birçok küçük gök cismi çekmişlerdir. Bu olumlu faktörler bir araya getirildiğinde bu gezegende sonsuz ve renkli canlılar olacak ve zeki yaratıklar olduğunu iddia eden insanlar doğmuş olacak. Teleskopu uçsuz bucaksız evrene yönelttiğimizde ve yıldızlar arasından bizim kadar şanslı olan bir gezegen bulmaya çalıştığımızda, asla kesin bir keşif yapmadık. Şimdi gezinme yoluna çıkarsak, sığınağımızın nerede olduğunu bilmiyoruz.
Apollo 8 astronotlarının ayın yörüngesinde çektiği Dünya'nın bir görüntüsü. Tarihte ilk kez insan, yaşadıkları gezegenin başka bir gök cisminin ufkundan yükselişine tanık oldu. Resim kaynağı: NASA
Neyse ki, güneşin yaşamının sonu milyarlarca yıl sonra gerçekleşti ve şimdi evlerimizi koruyabilir, savaşları, kirliliği, iklim değişikliğini ve enerji tüketiminin onları yok etmesini önleyebilir ve nesilden nesile güzel ve renkli bir dünya getirebiliriz. Geç.
Bu dünyaya bak, ne kadar güzel! (Sabit yörüngede GOSE-8 hava durumu uydusu tarafından fotoğraflandı) Görüntü kaynağı NASA
Kaynak: Çin Bilim Müzeleri (ID: kepubolan), Yazar: Harbin Teknoloji Enstitüsü (Shenzhen) Lee Hui-chao
Bu sayının editörleri: Hu Hongjiang, Li Na
Kendinizi iyi hissedin, lütfen buraya tıklayın
