Що таке зірки? Зірки З чого зроблено зірки на небі.

Питання про те, скільки зірок на небі, хвилювало уми людей, як тільки перша зірка була помічена ними на небосхилі (причому це завдання вони вирішують досі). Деякі підрахунки астрономи таки зробили, встановивши, що неозброєним поглядом на небі можна розглянути близько 4,5 тис. небесних світил, а до нашої галактики Чумацький Шлях входить близько 150 млрд. зірок. Враховуючи, що Всесвіт містить кілька трильйонів галактик, загальна кількість зірок і сузір'їв, світло яких досягає земної поверхні, дорівнює септиліону – і оцінка ця лише приблизна.

Зірка - це величезних розмірів газова куля, що випромінює світло і тепло (у цьому полягає головна її відмінність від планет, які, будучи абсолютно темними тілами, здатні лише відображати світлові промені, що падають на них). Енергія породжує світло і тепло, що виникла в результаті термоядерних реакцій, що відбуваються всередині ядра: на відміну від планет, до складу яких входять як тверді, так і легкі елементи, небесні світила мають у своєму складі легкі частинки з незначною домішкою твердих речовин (наприклад, Сонце майже на 74% складається з водню та на 25% – з гелію).

Температура небесних світил надзвичайно розпечена: внаслідок великої кількості термоядерних реакцій температурні показники зоряних поверхонь коливаються від 2 до 22 тис. градусів Цельсія.

Оскільки вага навіть найменшої зірочки значно перевершує масу найбільших планет, небесні світила мають достатню гравітацію для того, щоб утримувати навколо себе всі об'єкти менших розмірів, які починають обертатися навколо них, утворюючи планетну систему (у нашому випадку – Сонячну).

Світильники, що спалахують

Цікаво, що в астрономії існує таке поняття, як «нові зірки» – при цьому йдеться не про появу нових небесних тіл: протягом свого існування гарячі небесні тіла помірної світності періодично яскраво спалахують, причому вони настільки починають виділятися на небосхилі, що люди за старих часів вважали, ніби це народжуються нові зірки.

Насправді аналіз даних показав, що ці небесні світила існували й раніше, але через здуття поверхні (газоподібної фотосфери) раптово набули особливої яскравості, збільшивши своє свічення в десятки тисяч разів, внаслідок чого створюється враження, ніби на небі з'явилися нові зірки. Повертаючись до початкового рівня яскравості, нові зірки можуть змінювати свій блиск до 400 тис. разів (при цьому, якщо сам спалах триває лише кілька днів, їхнє повернення до попереднього стану нерідко триває роками).

Життя небесних світил

Астрономи стверджують, що зірки та сузір'я утворюються досі: згідно з останніми науковими даними, лише в нашій галактиці щороку з'являється близько сорока нових небесних світил.

На початковому етапі свого утворення нова зірка є холодною розрядженою хмарою міжзоряного газу, яка обертається навколо своєї галактики. Поштовхом для того щоб у хмарі почали відбуватися реакції, що стимулюють утворення небесного світила, може послужити наднова зірка, що вибухнула неподалік (вибух небесного тіла в результаті якого воно через деякий час повністю руйнується).

Також цілком ймовірними причинами може виявитися його зіткнення з іншою хмарою або ж на процес можуть вплинути галактики, що зіткнулися один з одним, словом, все, що здатне впливати на газову міжзоряну хмару і змусити її стискатися в кулю під дією власної гравітації.

Під час стиснення гравітаційна енергія трансформується в тепло, внаслідок чого газова куля надзвичайно сильно нагрівається. Коли температурні показники всередині кулі піднімаються до 15-20 К, починають відбуватися термоядерні реакції, в результаті яких припиняється стиск. Куля перетворюється на повноцінне небесне світило, і протягом тривалого часу всередині його ядра відбувається перетворення водню на гелій.

Коли запаси водню закінчуються, реакції зупиняються, формується ядро гелієве і структура небесного світила поступово починає змінюватися: вона стає більш яскравою, а її зовнішні шари розширюються. Після того, як вага гелієвого ядра досягає максимальних показників, небесне тіло починає зменшуватися, температура підніматися.

Коли температурні показники досягають 100 млн. К, усередині ядра відновлюються термоядерні процеси, під час яких гелій перетворюється на тверді метали: гелій – вуглець – кисень – кремній – залізо (коли ядро стає залізним, всі реакції повністю припиняються). В результаті яскрава зірка, збільшившись у сто разів, перетворюється на Червоного гіганта.

Скільки саме проживе те чи інше світило багато в чому залежить від розміру: небесні тіла малої величини спалюють запаси водню дуже повільно і цілком здатні проіснувати мільярди років. Через недостатню масу, у них не відбуваються реакцій за участю гелію, і після остигання, вони продовжують випромінювати невелику кількість електромагнітного спектру.

Життя світил середніх параметрів, серед яких і Сонце, становить близько 10 млрд. Після цього періоду їх поверхневі шари зазвичай перетворюються на туманність із абсолютно млявим ядром усередині. Це ядро через деякий час трансформується в білий гелієвий карлик, діаметром ненабагато більше Землі, потім темніє і стає невидимим.

Якщо ж небесне світило середніх розмірів було досить велике, воно спочатку перетворюється на чорну дірку, а потім на її місці спалахує наднова зірка.

А ось тривалість існування надмасивних світил (напр., Полярна зірка) триває лише кілька мільйонів років: у гарячих та великих небесних тілах водень згоряє надзвичайно швидко. Після того, як величезне небесне тіло закінчує своє існування, на його місці відбувається вибух надзвичайно величезної сили – і виникає наднова зірка.

Вибухи у Всесвіті

Надновою зіркою астрономи називають вибух зірки, під час якого об'єкт майже повністю руйнується. Через кілька років обсяг наднової зірки збільшується настільки, що вона стає напівпрозорою і дуже розрідженою - і ці залишки можна побачити ще протягом декількох тисяч років, після чого вона темніша і трансформується в тіло, що повністю складається з нейтронів. Цікаво, що це явище нерідке і в галактиці відбувається раз на тридцять років.

Класифікація

Більшість видимих нам небесних світил відносять до зірок головної послідовності, тобто до небесних тіл, усередині яких відбуваються термоядерні процеси, що викликають перетворення водню на гелій. Астрономи поділяють їх в залежності від їх кольору та температурних показників на такі класи зірок:

Блакитні, температура: 22 тис. градусів Цельсія (клас О);
Біло-блакитні, температура: 14 тис. градусів Цельсія (клас В);
Білі температура: 10 тис. градусів Цельсія (клас А);
Біло-жовті температура: 6,7 тис. градусів Цельсія (клас F);
Жовті, температура: 5,5 тис. градусів Цельсія (клас G);
Жовто-жовтогарячі, температура: 3,8 тис. градусів Цельсія (клас К);
Червона температура: 1,8 тис. градусів Цельсія (клас М).

Крім світил головної послідовності, вчені виділяють такі типи небесних світил:

Коричневі карлики – надто малі небесні тіла, щоб усередині ядра міг розпочатися процес перетворення водню на гелій, тому вони є повноцінними зірками. Самі по собі вони надзвичайно тьмяні і вчені дізналися про їх існування лише з інфрачервоного випромінювання, що виділяється ними.
Червоні гіганти та надгіганти - незважаючи на свою низьку температуру (від 2,7 до 4,7 тис. градусів Цельсія), це надзвичайно яскрава зірка, інфрачервоне випромінювання якої досягає максимальних показників.
Типу Вольфа-Райє – випромінювання відрізняється тим, що в ньому присутній іонізований гелій, водень, вуглець, кисень та азот. Це дуже гаряча і яскрава зірка, що є гелієвими залишками величезних небесних світил, які на певному етапі розвитку скинули масу.
Тип Т Тельця – відносяться до класу змінних зірок, а також до таких класів, як F, G, K, M, . Мають великий радіус, мають високу яскравість. Побачити ці світила можна біля молекулярних хмар.
Яскраві блакитні змінні (друга назва – змінні типу S Золотої Риби) – надзвичайно яскраві пульсуючі гіпергіганти, чия яскравість може перевищувати яскравість Сонця в мільйон разів і бути важчою у 150 разів. Вважається, що небесне світило цього – найяскравіша зірка у Всесвіті (зустрічається, щоправда, дуже рідко).
Білі карлики – вмираючі небесні світила, які перетворюються світила середніх розмірів;
Нейтронні зірки також відносяться до вмираючих небесних тіл, які після загибелі утворюють більші світила, ніж Сонце. Ядро в них зменшується доти, доки не перетворюється на нейтрони.

Путівна нитка моряків

Однією з найвідоміших небесних світил нашого небосхилу є Полярна зірка з сузір'я Мала Ведмедиця, яка майже ніколи не змінює свого становища на небосхилі щодо певної широти. Будь-якої пори року вона вказує на північ, через що отримала другу свою назву - Північна зірка.

Звичайно, легенда про те, що Полярна зірка не рухається, далека від істини: як і будь-яке інше небесне тіло, вона робить оберти. Північна зірка унікальна тим, що вона найближче знаходиться до північного полюса – на відстані близько одного градуса. А тому з-за рогу нахилу Полярна зірка здається нерухомою, і ось уже протягом одного тисячоліття служить чудовим орієнтиром для моряків, пастухів, мандрівників.

Слід зазначити, що Північна зірка зміститься, якщо спостерігач змінить своє розташування, оскільки полярна зірка змінює висоту залежно від географічної широти. Ця особливість давала можливість морякам, при вимірі кута нахилу між горизонтом та Полярною зіркою, визначати своє місце розташування.

Насправді Полярна зірка складається з трьох об'єктів: неподалік від неї розташовані дві зірки-супутника, які пов'язані з нею силами взаємного тяжіння. При цьому сама Полярна зірка відноситься до гігантів: її радіус майже в 50 разів більший за радіус Сонця, а світність перевищує в 2,5 тис. разів. Це означає, що Північна зірка матиме вкрай нетривале життя, а тому, незважаючи на молодий вік (не більше 70 млн. років), Полярна зірка вважається старою.

Цікаво, що у списку найяскравіших зірок, Північна зірка знаходиться на 46 місці - саме тому в місті на нічному небі, освітленому вуличними ліхтарями, Полярна зірка практично ніколи не видно.

Світила, що падають

Іноді, подивившись на небо, можна побачити, як по небу проноситься зірка, що впала, яскрава крапка, що світиться - іноді одна, іноді кілька. Виглядає це так, ніби зірка впала, а на думку відразу спадає легенда про те, що коли на очі трапляється зірка, що впала, потрібно загадати бажання – і воно неодмінно збудеться.

Мало хто замислюється, що насправді - це метеорити, що летять до нашої планети з космосу, які зіткнувшись з атмосферою Землі, виявилися настільки розпечені, що стали горіти і бути схожими на яскраву зірку, що летіла, що отримала поняття «зірка, що впала». Як не дивно, це явище нерідке: якщо стежити за небом постійно, побачити, як зірка впала, можна практично щоночі – протягом доби в атмосфері нашої планети згоряє близько сотні мільйонів метеорів і близько ста тонн дуже дрібних пилових частинок.

У деякі роки зірка, що впала, показується на небосхилі набагато частіше, ніж зазвичай, а якщо вона при цьому не одна, земляни мають можливість спостерігати за метеорним потоком – незважаючи на те, що здається, ніби зірка впала на поверхню нашої планети, майже всі небесні тіла потоку згоряють у атмосфері.

З'являються вони у такій кількості, коли комета наближається до Сонця, нагрівається і частково руйнується, віддаючи у космос певну кількість каміння. Якщо простежити траєкторію метеоритів, створюється оманливе враження, ніби всі вони летять з однієї точки: рухаються вони паралельними траєкторіями і кожна зірка, що впала, має свою.

Цікаво, що багато з цих метеорних потоків виникають в той самий період року і земляни мають можливість побачити падіння зірки досить тривалий час – від кількох годин до кількох тижнів.

І тільки метеорити великих розмірів, що мають достатню масу, здатні досягти земної поверхні, і якщо в цей час така зірка впала недалеко від населеного пункту, наприклад, це сталося кілька років тому в Челябінську, це може викликати надзвичайно руйнівні наслідки. Іноді зірка, що впала, може бути не одна, що називають метеоритним дощем.

Ми можемо бачити зірки у ясну ніч. Для нас вони виглядають мерехтливими крихітними точками світла в небі. Але чи замислювалися ви коли-небудь, що таке зірки і що він складається?

З чого складаються зірки

Зірки це масивні скупчення дуже гарячого газу та плазми. Основні компоненти газу, з якого складається зірка, це водень та гелій.

Газ не розлітається в сторони і не випаровується за рахунок власної гравітації.

Зірка це як якийсь космічний двигун, який виробляє тепло і світло. Усередині зірки відбувається постійна ядерна реакція — перетворення водню на гелій, подібно до водневої бомби.

Сонце - це зірка

Сонце - це найближча до Землі зірка! Воно позначається як – G2 – жовта зірка.

75% речовини у Всесвіті – це водень, а 23% – гелій. Ці елементи існують у гігантських космічних хмарах пилу холодного молекулярного газу.

Згідно з нинішньою теорією утворення зірок, зірки народжуються як скупчення в гігантських газових хмарах.

Газ крутиться у просторі у космічних пилових хмарах, які називають туманностями. Згодом гравітація змушує ці хмари конденсуватись. У міру того як вони стають менше, хмари обертаються швидше через збереження кутового моменту — того ж самого принципу, який змушує фігуриста, що обертається, прискорюватися, коли вона тягне руки.

Більшість маси збирається у центрі. Швидке обертання хмари змушує його згладжуватись у протопланетний диск. Газ хмари нагрівається, коли він потрапляє всередину під впливом своєї сили тяжіння.

Коли газ досягає температури близько 15 мільйонів градусів за Цельсієм, ядра водню починають зливатися в ядра гелію, зароджується нова зірка.

Молоді зірки цьому етапі називаються протозвездами. Протозірка в центрі хмари нагрівається від гравітаційного колапсу водню та гелію і стає дедалі гарячішою. У міру свого розвитку вони накопичують масу з хмар навколо них і перетворюються на так звані зірки головної послідовності.

Скільки всього зірок

Ніхто не знає, скільки зірок існує. У нашому Всесвіті, ймовірно, міститься понад 100 мільярдів галактик, і кожна з цих галактик може мати понад 100 мільярдів зірок.

Тим не менш, у ясну, темну ніч небо Землі розкриває нам не більше ніж 3000 зірок, які можна побачити неозброєним оком.

Зірки світяться

Зірки виробляють своє власне світло та енергію процесом, званим ядерним синтезом. Коли це відбувається, створюється безліч енергії, змушуючи зірку нагріватися і сяяти. Світність зірки залежить від кількості енергії, що виробляється зіркою, і від того як далеко від Землі вона знаходиться.

Зірки бувають різних розмірів та кольорів. Колір зірок залежить від їхньої температури та розміру.

Гарячі зірки випромінюють біле або синє світло, тоді як холодніші випромінюють помаранчеве або червоне світло.

Розміри зірок

Розміри зірок дуже різняться. Їх класифікують у діапазоні від карликів до надгігантів. У супергігантів може бути радіус у тисячу разів більший, ніж у нашого власного сонця.

Найбільші та маленькі зірки

Найпотужніша зірка — це все ще проблема наукових розбіжностей, але вона вважається приблизно в 150-250 разів більшою за масу Сонця.

Найменша можлива зірка — приблизно в 75 разів більша за масу Юпітера. Іншими словами, якби ви могли знайти ще 74 юпітери та об'єднати їх разом, ви отримали б зірку.

Зірки зникають

Кожна зірка не вічна. Згодом вона зникає, але на це йде мільйони та мільярди років.

Чим більша маса зірки, тим коротшою буде її тривалість життя. Наймасовіші та найгарячіші зірки вичерпують своє енергопостачання протягом кількох мільйонів років, тоді як карликові зірки можуть продовжувати горіти багато мільярдів років.

Найближча зірка до Землі після Сонця

Наступна зірка після Сонця, яка знаходиться найближче до Землі, - це Проксима Центавра - Proxima Centauri. Вона розташована від Землі на відстані близько 39.9 трильйонів кілометрів або 4.2 світлових років.

Це означає, що її світло досягає Землі за 4.2 роки. Використовуючи найшвидші космічні кораблі потрібно близько 75000 років, щоб долетіти до неї.

Якщо зірока- це гарячий потік газу, всередині якого постійно відбувається подоба вибухуз викидом енергії та речовини, то чому з планети зоряне світло мерехтить? Виявляється, вся справа в атмосфері Землі. У повітрі перманентно виникають повітряні потоки, а також атмосфера планети неоднорідна, через що падаючі промені спотворюються- До атмосфери Землі йдуть прямолінійно, а входячи до неї заломлюються, перетворюючись на якийсь зигзаг чи хвилю з плавними вигинами. Ми дивимося на небо з однієї точки (точніше точкою є наше око), яка вловлює це те, що "губиться", то знову з'являється сигнал. Легко збитися з рахунку! Примітно, що вчені виявили, скільки зірок можна побачити на нічному небі- близько 6000 сяючих точок, 3000 з однієї півкулі і стільки ж з іншої. Жаль тільки, що люди нечасто піднімають голову, щоб побачити цілу плеяду яскравих небесних тіл, а вихлопи та міський зміг повністю заполонюють доступ допитливих людей до нічного неба. Якось зупинка роботи деяких заводів в одному зі штатів призвела до того, що перед людьми відкрилося наповнене зірками чорна картина. Люди, не бачачи раніше подібного видовища, у паніці почали дзвонити до служби надзвичайних ситуацій, стверджуючи, що бачать у небі НЛО. Деякі всерйоз подумали, що почалося інопланетне вторгнення.

Живе полум'я

Зірки - не просто генератор газу та енергії, вони схожі з живиморганізмом. В астрономії існує таке поняття, як зіркова еволюція. Зірки народжуютьсяз газово-пилових згустків, розвиваються та ростуть. Після відбуття свого життєвого циклу, у зірці починають закінчуватися елементи. Першим закінчується водень, наслідком чого є посилений синтез вуглецю та гелію- зірка збільшуєтьсяу розмірі. Далі вона починає активно втрачати газ, розсіюючи його по космосу, також продовжуючи зростати. Під кінець свого розвитку зірка може перетворитися:

Світло з минулого

Потік світла, або фотонів(часток світла) має величезну швидкість - близько 300 тисяч кілометрів на секунду. Цю швидкість неможливо вловити неозброєним поглядом: на Землі поширення світла відбувається швидко через те, що звичайна відстань, яку ми спостерігаємо, незначнодля такої швидкості. Але в масштабах космосу все відбувається інакше - світла, щоб пройти відстань від Сонця до Землі, потрібно 8 хвилин. Тобто ми спостерігаємо світло, яке з'явився кілька хвилин тому; і якщо Сонце згасне вмить (не бійтеся, такого не може статися), то ми це зрозуміємо лише через 8 хвилин, доки залишки сонячного світла не дійдуть до нас. Інші видимі нам зірки знаходяться набагато далі Сонцяі світловий потік від них доходив до нас мільйони років. Ми бачимо світло з далекого минулого. Можливо, ці зірки давно перейшли на новий етап розвитку, можливо, злилися з іншими. Щоб хоч трохи наблизити майбутнє, існують потужні телескопи. З їх допомогою можна подолати величезна відстань та скоротити часприбуття світла – побачити минуле, але не таке далеке, як ми бачимо неозброєним оком. Цей факт підштовхнув вчених на пару уявних експериментів:

Зірки- це наші провідники у минуле. Вони відкривають нам загадки давнини, розповідають вічні легенди темного та холодного космосу. Зоряне світло- шлях, здатний провести людину від Землі до далеких планет, галактик,до самого краю Всесвіту. Людству ще багато чого доведеться дізнатися про ці сяючі небесні тіла і хто знає, може бути ми застанемо відкриття нової зіркової таємниці.

Дивлячись на нічне небо, ми бачимо безліч сяючих зірок. Всі діти думають, що зірочки маленькі і навіть можуть поміститися в долоні, але дорослі знають, що це не так. А ось чи всі зможуть надати наукове визначення?

Давайте розберемося, що таке зірка з погляду астрономії.

Зірка в астрономії

Зірка в цій області означає небесне тіло, що світиться, яке видно в безхмарну ніч. Оскільки зірки віддалені від Землі на кілька тисяч кілометрів, ми бачимо зірки лише як крапки, що світяться на небі. Якщо говорити науковою мовою, зірка є великою газовою кулею, яка випромінює світло і утримується у підвішеному стані власною гравітацією, а також тиском, що виробляється реакціями термоядерного синтезу.

Навіщо потрібні зірки?

З погляду астрономії зірки мають важливу роль. Наприклад, найближча до Землі зірка – Сонце – зароджує життя на Землі, заповнюючи її необхідною енергією. Також Сонце дає нам тепло, що породжує життя. Крім того, нагріваючи та випаровуючи воду, Сонце бере участь у освіті хмар, які потім випадають у вигляді опадів.

Скупчення зірок випромінює світло. Про це можна прочитати у статті.

Види зірок

Зірки можна ділити на категорії за декількома ознаками:

Кольору: блакитні, біло-блакитні, білі, жовті, жовто-білі, оранжеві, червоні.
Зміна блиску: нові, наднові, гіпернові, LBV (яскраві блакитні змінні); ULX (ультраяркі рентгенівські джерела). Розрізняються дані зірки швидкістю зміни кольору.
За складом та температурою.

Дізнатися про відмінності зірок та планет можна у статті.

Інші значення цього слова

Словом «зірка» називають також:

Знаменитих і видатних людей у галузі мистецтва, науки чи спорту: «Олена Ісінбаєва – зірка у стрибках із жердиною». А в переносному значенні зірка – це нічим не примітна та пересічна людина: «Геть місцева зірка пішла».
Геометрична фігура, в основі якої лежать трикутні виступи по колу, а також предмет такої форми: свічка у формі зірки.
Офіцерський відмінний знак на погонах, а також нагородний орден (Орден Червоної Зірки).
Морська тварина. Найчастіше можна зустріти словосполучення "морська зірка", що означає безхребетну тварину класу голкошкірих.

Ось такі значення може набувати слово «зірка». Інші значення слів можна знайти у розділі

Незважаючи на різницю у розмірах, на початку свого розвитку усі ці зірки мали схожий склад.

Те, з чого складаються зірки, повністю визначає їх характер та долю – починаючи від кольору та яскравості, закінчуючи терміном життя. Більше того, на складі зірки зав'язаний весь процес її утворення, так само як і формування її – і нашої Сонячної системи в тому числі.

Будь-яка зірка на початку свого життєвого шляху - будь то монструозні гіганти на кшталт або жовті карлики як наше - складається приблизно з рівної пропорції тих самих речовин. Це 73% водню, 25% гелію та ще 2% атомів додаткових важких речовин. Майже таким був склад Всесвіту після , за винятком 2% важких елементів. Вони утворилися після вибухів перших у Всесвіті зірок, розміри яких перевищували розмах сучасних галактик.

Однак чому тоді зірки такі різні? Секрет криється в тих «додаткових» 2 відсотках зіркового складу. Це не єдиний фактор – очевидно, що досить велику роль грає маса зірки. Саме визначає долю світила - згорить воно за пару сотень мільйонів років, подібно до, або ж світитиме мільярдами років, як Сонце. Проте додаткові речовини у складі зірки можуть перебити інші умови.

Склад зірки SDSS J102915+172927 ідентичний складу перших зірок, що виникли після Великого вибуху.

Вглиб зірки

Але як така мізерна частина складу зірки може серйозно змінити її функціонування? Для людини, що в середньому перебуває на 70% з води, втрата 2% рідини не страшна - це лише відчувається як сильна спрага і не призводить до незворотних змін в організмі. Але Всесвіт дуже чуйний навіть до найменших змін - будь 50-та частина складу нашого Сонця хоч трохи інший, життя могло і не утворитися.

Як це працює? Для початку згадаємо одне з головних наслідків гравітаційних взаємодій, згадуване повсюдно в астрономії - тяжке прагне центру. Будь-яка планета служить цього принципу: найважчі елементи, на кшталт заліза, розташовуються у ядрі, коли легші - зовні.

Те саме відбувається під час утворення зірки з розсіяної речовини. У умовному стандарті будівлі зірки гелій утворює ядро світила, та якщо з водню збирається навколишня оболонка. Коли маса гелію перевалює за критичну точку, гравітаційні сили стискають ядро з такою силою, що у прошарках між гелієм та воднем у ядрі починається .

Саме тоді зірка і запалюється - ще зовсім молода, оповита водневими хмарами, які згодом уляжуться на її поверхні. Світіння відіграє важливу роль у існуванні зірки - саме , які намагаються вирватися з ядра після термоядерної реакції, утримують світило від миттєвого стиску або . Також має силу звичайна конвекція, переміщення речовини під впливом температури - іонізовані накалом біля ядра, атоми водню піднімаються у верхні шари зірки, тим самим перемішуючи матерію в ньому.

Так все ж, до чого тут 2% важких речовин у складі зірки? Справа в тому, що будь-який елемент важчий за гелій - будь то вуглець, кисень або метали - неминуче опиниться в самому центрі ядра. Вони опускають планку маси, після досягнення якої запалюється термоядерна реакція - і що важче речовини у центрі, то швидше запалюється ядро. Однак при цьому воно випромінюватиме менше енергії - розміри епіцентру горіння водню будуть скромнішими, ніж якби ядро зірки складалося з чистого гелію.

Сонцю пощастило?

Отже, 4 з половиною мільярди років тому, коли Сонце тільки стало повноцінною зіркою, воно складалося з того ж матеріалу, що і вся – трьох чвертей водню, однієї чверті гелію та п'ятдесятої частини домішок металів. Завдяки особливій конфігурації цих добавок, енергія Сонця стала придатною для життя в його системі.

Під металами не мається на увазі лише нікель, залізо чи золото – астрономи називають металами все, що відрізняється від водню та гелію. Туманність, з якої за теорією сформувалося, була сильно металізована - вона складалася з залишків наднових зірок, які стали джерелом важких елементів у Всесвіті. Зірки, чиї умови зародження схожі з Сонячними, називаються зірками населення I. Такі світила становлять більшу частину нашої .

Ми вже знаємо, що завдяки 2% металів у вмісті Сонця воно горить повільніше – це забезпечує не лише довге «життя» зірці, а й рівномірну подачу енергії – важливі для зародження життя на критерії. Крім того, ранній початок термоядерної реакції посприяв тому, що не всі важкі речовини були поглинені немовлям-сонцем - у результаті зуміли зародитися і повністю сформуватися існуючі нині планети.

До речі, Сонце могло горіти трохи тьмяніше - нехай і маленьку, але все ж таки значну частину металів забрали у Сонця газові гіганти. В першу чергу варто виділити , що чимало змінив у Сонячній системі. Вплив планет на склад зірок було доведено у процесі спостережень за потрійною зірковою системою. Там є дві зірки, схожі на Сонце, і біля однієї з них знайшли газовий гігант, маса якого мінімум у 1,6 раза більша за Юпітера. Металізація цієї зірки виявилася суттєво нижчою за її сусідку.

Старіння зірки та зміна складу

Однак час не стоїть на місці – і термоядерні реакції всередині зірок поступово змінюють їхній склад. Головною і найпростішою реакцією синтезу, який протікає в більшості зірок у Всесвіті, і в нашому Сонці є протон-протонний цикл. У ньому чотири атоми водню зливаються докупи, утворюючи в результаті один атом гелію і дуже великий вихід енергії - до 98% загальної енергії зірки. Такий процес називається ще «горінням» водню: у Сонці «згоряє» до 4 мільйонів тонн водню щомиті.

Як змінюється склад зірки в процесі? Це ми можемо зрозуміти, що ми вже дізналися про зірок у статті. Розглянемо з прикладу нашого Сонця: кількість гелію в ядрі збільшуватиметься; відповідно, зростатиме обсяг ядра зірки. Через це збільшиться площа термоядерної реакції, а разом з нею – інтенсивність свічення та температура Сонця. Через 1 мільярд років (віком 5,6 млрд років) енергія зірки зросте на 10%. У віці 8 мільярдів років (через 3 млрд років від сьогодні) сонячне випромінювання складе 140% від сучасного - умови на Землі на той час зміняться настільки, що вона точно нагадуватиме.

Зростання інтенсивності протон-протонної реакції сильно позначиться на складі зірки - водень, мало порушений з моменту народження, згорятиме куди швидше. Порушиться баланс між оболонкою Сонця та його ядром - воднева оболонка буде розширюватися, а гелієве ядро, навпаки, звужуватиметься. У віці 11 мільярдів років сила випромінювання з ядра зірки стане слабшою за стискаючу його гравітацію - гріти ядро тепер стане саме стиснення, що зростає.

Суттєві зміни у складі зірки відбудуться ще через мільярд років, коли температура та стиснення ядра Сонця зросте настільки, що запуститься наступна стадія термоядерної реакції – «горіння» гелію. У результаті реакції, атомні ядра гелію спочатку збиваються разом, перетворюючись на нестабільну форму берилію, а потім на вуглець і кисень. Сила цієї реакції неймовірно велика - коли запалюватимуться незаймані острівці гелію, Сонце спалахуватиме до 5200 разів яскравіше, ніж сьогодні!

Під час цих процесів ядро Сонця продовжуватиме розжарюватися, а оболонка розшириться до меж орбіти Землі і значно охолоне - бо чим більше площа випромінювання, тим більше енергії втрачає тіло. Постраждає і маса світила: потоки зоряного вітру нестимуть залишки гелію, водню та новоствореного вуглецю з киснем у далекий космос. Так наше Сонце перетвориться на . Повністю завершиться розвиток світила тоді, коли оболонка зірки остаточно виснажиться, і залишиться тільки щільне, гаряче та маленьке ядро. Воно повільно остигатиме мільярдами років.

Еволюція складу зірок, відмінних від Сонця

На етапі займання гелію термоядерні процеси у зірці розмірів Сонця закінчуються. Маси невеликих зірок недостатньо для займання новостворених вуглецю та кисню - світило повинно бути мінімум у 5 разів масивніше Сонця, щоб вуглець почав ядерне перетворення.