Астрономия на пальцах

В общем, внутри звезды бушует мощный термоядерный пожар, выделяя кучу энергии, которая в виде излучения разлетается в разные стороны в открытый космос. И биосфера Земли этим излучением пользуется, купаясь в нем и живя благодаря ему.

Когда звезда активно и с видимым удовольствием сжигает в термоядерной топке свое главное топливо – водород, она находится в пределах Главной последовательности, которую мы уже проходили, и, если вы не поленитесь пролистать странички назад, сможете еще раз полюбоваться на эту прекрасную картинку.

Постепенно выгорая, водород превращается в гелий, а затем начинает гореть гелий, нарабатывая все более и более тяжелые ядра. Все тонкости этого непростого процесса мы сейчас рассматривать не будем, иначе у вас голова взорвется от натуги, но на два хитрых обстоятельства внимание обратим.

Обстоятельство № 1. Водород вступает в термоядерную реакцию только в центре звезды, а в ее внешних слоях для этого слишком холодно. Когда водород в центре звезды выгорает, превратившись в продукт горения – гелий, прекращается распирающее давление термоядерной реакции, и гравитация вновь начинает сжимать звезду к центру. До тех пор, пока из-за сжатия температура в серединке не повысится настолько, что станет возможной дальнейшая ступень реакции – на сей раз в термоядерную реакцию вступит гелий, с образованием следующих, более тяжелых веществ.

Этот цикл выгорания-сжатия повторяется и повторяется, запуская в термоядерную топку все более тяжелые ядра, для реакции которых требуются все более и более высокие температуры. Например, чтобы запустить реакцию превращения углерода в кислород (не поленитесь, загляните в табличку Менделеева и найдите там эти два главных химических элемента жизни) нужна температура уже в 200 миллионов градусов! А для того, чтобы запалить реакцию превращения никеля из кремния (смотрим табличку!), нужна уже температура в 3,5 миллиарда градусов!

Таким образом звезда работает как бы в автоматическом режиме, запуская поочередно синтез все более тяжелых химических элементов ступень за ступенью – словно нарочно для того, чтобы наработать из первичного вселенского водорода всю таблицу Менделеева.

Ой, соврал! Не всю! Как только наработка вещества доходит до железа (опять смотрим табличку Менделеева!), дальнейший синтез прекращается. И это будет обстоятельство № 2, на котором я бы хотел заострить внимание. То есть наработана только половина таблицы Менделеева, а синтез останавливается! Почему это происходит, мы узнаем чуть позже, когда закончим рассмотрение обстоятельства № 1. Оно, напомню, заключается в том, что звезда работает в «ступенчато-автоматическом» режиме: выгорело легкое топливо – звезда сжалась к центру, увеличив там температуру и давление газа, – зажглась вторая ступень реакции, уже на более тяжелом топливе. Реакции эти идут не только последовательно, но отчасти и одновременно – в самом центре звезды могут уже гореть тяжелые элементы, синтезируя еще более тяжелые, в окружающем ядро горячем слое горит гелий, а вокруг него внешним слоем еще пылает водород. То есть в каждый момент состав звезды включает в себя сразу множество химических элементов, а не так, что сначала сгорел весь водород, потом весь гелий и так далее… Нет, звезда в этом смысле как матрешка, и в каждом слое может гореть свое.

Этот рисунок объясняет, почему для вступления в термоядерную реакцию более тяжелых ядер нужны более высокие температуры. Температура – это мера энергии частиц или, попросту говоря, их скорость.

Чем больше протонов в ядре, то есть чем тяжелее химический элемент, тем больше его совокупный положительный заряд. И тем сильнее взаимное отталкивание, поскольку, как мы помним, одинаково заряженные частицы отталкиваются. А это значит, тем больше энергии нужно приложить (до большей скорости разогнать частицы), чтобы ввести частицы в соприкосновение – столкнуть их. И дать возможность короткодействующим ядерным «крючкам» сцепить их.

И вот тут возникает удивительная штука. После того, как в центре светила в какой-то момент вспыхивает очередная ступень термоядерного синтеза с очень высокими температурами, давление излучения становится столь сильным, что раздувает внешние оболочки звезды. И звезда необратимо меняется, превращаясь в красный гигант – спектр ее светимости смещается в сторону красного света, а размер увеличивается во много раз. Наше Солнце ждет та же страшная (для нас) участь.