Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 55

Далее: Изменения поверхности и недр планет с течением времени — называют геологическими процессами (многие из них присущи только каменистым планетам). На уровне вещества планет (и звёзд, но пока речь не о них) — возможны такие специфические явления как: землетрясения, движения литосферных плит, образование гор и ущелий, извержения вулканов, эрозия поверхности планеты, погружение тяжёлых элементов вглубь планеты, конвективные потоки в мантии, и т. д. Естественно, что такие явления — были невозможны на предыдущем уровне вещества (уровне сложных молекулярных тел).

Рассмотрим, подробнее, вопрос о разнообразии планет: На сегодняшний день, известны, помимо планет Солнечной системы — уже тысячи планет вне Солнечной системы [51], т. е. обращающихся вокруг других звёзд. Каждая известная планета, для человека — представляется уникальной. Однако выделяя общие свойства, можно объединять планеты в классы, т. е. создать классификацию планет. Общепринятая и устоявшаяся такая классификация — пока, в целом, отсутствует, т. к. изучение планет (в особенности, за пределами Солнечной системы) — практически, только начинается (например, лишь для немногих (внесолнечных) планет — известен (примерный) состав атмосферы, её температура, наличие воды, и т. п. частные свойства, которые могут объединяться в общие (например, схожий состав атмосферы)).

В целом, планеты — можно классифицировать по различным признакам, из которых, многие уже используются: масса, плотность, элементный состав, атмосферное давление у поверхности, возраст планеты, наличие или отсутствие жизни (о которой — ещё будем говорить, позже), эксцентриситет (вытянутость) орбиты, тип звезды и число звёзд в планетной системе, самостоятельность планеты (т. е. не является ли она спутником другой планеты), наличие и объём воды на поверхности, сила магнитного поля, окружающего планету, и ряд других свойств.

Рассмотрим, подробнее, некоторые свойства классов планет, на примере одного из (наиболее известных) классов:

Так, определённая масса и расстояние от звезды, взятые вместе — приводят к выделению такого класса планет, как т. н. горячие Юпитеры. Это — планеты-газовые гиганты, имеющие массу, сравнимую с массой Юпитера, и обращающиеся на малом расстоянии от звезды. На данный момент, это — один из самых многочисленных, класс планет, что связано с относительной лёгкостью их обнаружения.

Близкое расстояние от звезды — должно приводить к таким (специфическим) свойствам данного класса планет, как: нагрев атмосферы планеты извне, приводящий к возникновению более значительных атмосферных явлений, чем у планет Солнечной системы, а также значимой потере газов из атмосферы, уходящих в космос (для некоторых из горячих Юпитеров, эти явления уже подтверждены наблюдениями [52] [53]); большая масса — должна вести к отсутствию каменистой поверхности, а состав атмосферы — может преимущественно включать лёгкие газы, водород и гелий (т. к. планета была, изначально (при своём формировании), достаточно массивна для их удержания). Также предполагается, что горячие Юпитеры — всегда обращены к звезде одной стороной.

В целом, горячие Юпитеры — стали частью окружающего Мира, хотя более подробные данные о них, в т. ч. например, об их внешнем виде — всё ещё находятся на границе Мира, т. е. для планет этого класса, в той или иной мере — ещё ожидают непосредственного наблюдения, и на данный момент — весьма неопределённы (т. е. их описание — имеет вероятностный характер, см. пример на рис. 234).

Рис. 234 [XXV]. HD189733b в представлении художника, с учётом подтверждённого (в 2013 году) синего цвета планеты

Известны (выделены) уже десятки и других классов планет, помимо горячих Юпитеров, однако рассмотрение их — уже (относительно) частный вопрос, поэтому его опускаем, и переходим ко второму компоненту уровня вещества планет и звёзд, — звёздам:

Звёзды

Звёзды, как и планеты — это сферические объекты, обязанные своим существованием, преимущественно — гравитации. Разграничить планеты и звёзды, как уже отмечалось, можно по возможности термоядерных реакций в недрах (для чего объект должен иметь массу более 13-и масс Юпитера (= более 1,24% массы Солнца)).

Заглянув внутрь звёзд, можно обнаружить слоистое строение, как и в случае планет, но благодаря более высоким, чем у планет, давлению и температуре (= концентрации энергии), уровни вещества в звёздах — деградируют до ещё более низких уровней, чем в планетах. Например, существование атомов (а у самых лёгких и холодных звёзд, т. н. коричневых карликов — и молекул) — возможно лишь в наиболее разрежённых, периферийных слоях, — т. н. атмосфере звезды (где атомы или молекулы, хотя и в возбуждённом состоянии, но могут существовать). Но стоит опуститься ближе к «поверхности» — как происходит ионизация, т. е. разрушение атомов до более низких уровней вещества, с образованием плазмы, состоящей из отдельных атомных ядер и электронов, составляющей значительную долю объёма любой (типичной) звезды. (По уровню вещества, плазма — находится ниже, чем даже самые внутренние области (лёгких) планет).

В центральной области звезды — располагается ядро, в котором (или на периферии которого) — протекают термоядерные реакции. Рассмотрим их подробнее:

Суть термоядерных реакций

Термоядерные реакции, или реакции слияния ядер — протекают только при достаточно высоких температурах, недостижимых в недрах планет (отсюда — и название этих реакций: термоядерные). Высокая температура — необходима для того, чтобы придать ядрам (или протонам) достаточно большие импульсы, необходимые для преодоления электромагнитного отталкивания протонов (ядер) друг от друга, т. е. сближения до расстояний, где вступают в силу короткодействующие взаимодействия — мезонные и слабые (дающие разные типы реакций).

Самые неприхотливые к температуре, термоядерные реакции — это реакции т. н. горения дейтерия, = реакции слияния ядра дейтерия с протоном, а также двух ядер дейтерия друг с другом, и т. п., эффективно протекающие при 1 000 000 K [54]. Температура 106 K — достижима уже на начальных этапах эволюции звёзд (формирующихся при сжатии участков межзвёздного газового / газо-пылевого облака).

Горение дейтерия — также практически единственная термоядерная реакция, возможная в недрах наиболее маломассивных звёзд — коричневых карликов. Это — главный источник термоядерной энергии в этих звёздах, который относительно быстро (не более чем за сто миллионов лет [55]) истощается. А т. к. реакции, требующие более высоких температур, в недрах данных звёзд невозможны (из-за малой массы звезды, а значит, недостаточной температуры в недрах) или непродолжительны, коричневые карлики, далее — остывают, при этом, со временем всё больше напоминая планеты, см. табл. 66.

Таблица 66 [56]

Сравнительная характеристика планет, коричневых карликов и более массивных, т.  н. красных карликов, по отношению к термоядерному горению водорода и дейтерия

Часть коричневых карликов (с массами 0,065–0,075 Солнечной), а также обычные (по массе) звёзды (в т. ч. Солнце (= т. н. жёлтый карлик)), и более массивные звёзды — сжигают запас ядер дейтерия на самой заре своего существования (за миллионы лет [57]), но затем, после дальнейшего сжатия и ещё большего гравитационного разогрева недр — переходят к реакциям, более требовательным к температуре — т. н. горению водорода (о чём, подробнее — чуть позже).

В целом, реакции горения дейтерия, как уже было сказано — основной источник (термоядерной) энергии (и части излучения, вторая часть — за счёт гравитационного сжатия) лишь для маломассивных коричневых карликов. Основная реакция горения дейтерия (определённая, исходя из теоретических и экспериментальных данных) — это слияние ядра дейтерия и протона, с образованием ядра гелия-3 и гамма-кванта [58]. На постнеклассическом этапе, исходные и конечные ядра в этой реакции, в т. ч. выгоду образования конечного ядра, можно представить в наглядном виде (как уже, в целом, рассматривалось ранее).