Звезды излучают огромное количество тепла и света многие миллиарды лет, что требует огромного расхода топлива. До двадцатого века никто не мог представить, что это за топливо. Самый огромной проблемой физики был большой вопрос — откуда звезды берут энергию? Все, что мы могли, так это смотреть в небо и осознавать, что в наших знаниях зияет огромная ”дыра”. Чтобы понять секрет звезд, нужен был новый двигатель открытий.

Чтобы открыть секрет, понадобился гелий. Теория Альберта Эйнштейна доказала, что звезды могут получать энергию внутри атомов. Секрет звезд — это уравнение Эйнштейна, которая заключается в формуле Е = мс 2 . В некотором смысле, число атомов из которого состоит наше тело — это концентрированная энергия, сжатая энергия, энергия сжатая в атомы (частицы космической пыли),из которой состоит наша вселенная. Эйнштейн доказал, что эту энергию можно высвободить, если столкнуть два атома. Такой процесс называется термоядерный синтез, именно эта сила питает звезды.

Вообразите, но физические свойства маленькой, субатомной частицы определяют строение звезд. Благодаря теории Эйнштейна, мы узнали, как высвободить эту энергию внутри атома. Теперь ученые пытаются смоделировать источник звездной энергии, чтобы обрести власть над мощью синтеза в лаборатории.

В стенах лаборатории, близ Оксфорда в Англии, стоит машина, которую Эндрю Кирк и его команда превращают в лаборатории “звезду”. Эта установка называется Токамак. В сущности — это большая магнитная бутылка, которая удерживает очень горячую плазму, благодаря которой можно смоделировать условия, подобно таким, как внутри у звезды.

Внутри Токамака, противостоят друг другу атомы водорода. Чтобы столкнуть атомы друг с другом, Токамак нагревает их до 166 млн. градусов, при такой температуре атомы движутся настолько быстро, что не могут избежать столкновения друг с другом. Нагревание — это движение, движение нагретых частиц хватит для того, чтобы преодолеть силу отталкивания. Летящие со скорость тысячи километров в секунду, эти атомы водорода врезаются друг в друга и объединяются, образуя новый химический элемент – гелий и небольшое количество чистой энергии.

Водород весит чуть больше гелия, в процессе горения масса теряется, потерянная масса превращается в энергию. Токамак может поддерживать синтез доли секунды, но в нутрии звезды слияние ядер не прекращается миллиарды лет, причина проста – размер звезды.

Звезда живет за счет притяжения. Вот почему звезды большие, огромные. Чтобы сжать звезду, нужна огромная сила притяжения, для того чтобы выделить невероятное количество энергии, достаточного для термоядерного синтеза. Вот в чем секрет звезд, вот почему они светятся.

Синтез в ядре звезды Солнца, каждую секунду генерирует мощность, которой хватило бы на миллиард ядерных бомб. Звезда — это гигантская водородная “бомба”. Почему тогда ей просто не разлететься на куски? Дело в том, что силы тяжести сжимают внешние слои звезды. Сила тяжести и синтез ведут грандиозную войну, притяжение которых хочет смять звезду и энергия синтеза, которая стремится разнести звезду изнутри, этот конфликт и это равновесие создают звезду.

Это борьба за власть, продолжается всю жизнь у звезды. Именно эти бои на звездах создают свет и каждый луч звездного путешествие совершает невероятное путешествие, свет проходит 1080 миллионов километров в час. За одну секунду, луч света может семь раз обогнуть землю, ни что во вселенной не движется так быстро.

Поскольку большинство звезд очень далеко, свет до нас летит сотни, тысячи, миллионы и даже миллиарды лет. Когда орбитальная космическая станция Хабл заглядывает в дальние уголки нашей вселенной, она видит свет, который летел миллиарды лет. Свет звезды Этекилии, который мы видим сегодня, отправился в путь – 8 тысяч лет назад, свет Бетельгейзи, летел с тех пор, как Колумб открыл Америку — 500 лет назад. Даже свет Солнца, летит до нас целых 8 минут.

Когда солнце синтезирует из водорода гелий, возникает частица света – фотон. Этому лучу света, предстоит долгий и нелегкий путь к поверхности Солнца. Вся звезда препятствует ему, когда возникает фотон он врезается в другой атом, другой протон, другой нейтрон, неважно, он поглощается, потом отражается в другом направлении и так хаотично двигаясь внутри Солнца он должен пробиться наружу.

Фотону предстоит бешено носится, миллиарды раз врезаться в атомы газа и отчаянно рваться наружу. Забавно, для того чтобы выбраться из ядра Солнца, фотону требуется тысячи лет и всего 8 минут, чтобы с поверхности Солнца долететь до Земли. Фотоны — источники тепла и света, благодаря которым поддерживается разнообразная и удивительная жизнь на нашей планете Земля!

Чтобы костер горел долго, в него постоянно надо подбрасывать дрова. Мы все об этом знаем. Но вот вопрос, а почему солнце не гаснет? Почему солнце горит на протяжении многих миллиардов лет и светит все также ярко и греет жарко? Какое такое топливо не дает погаснуть солнцу? И почему солнышко всегда такое горячее? Как много почему задают наши маленькие «почемучки». Что же давайте попробуем ответить на их вопросы.

Когда-то, давным-давно ученые думали, что горит уголь, но подсчитав, на сколько лет может солнцу хватить этого топлива – удивились, весь уголь должен давно уже сгореть, а погаснуть.

Время все шло, а солнце и не думало тухнуть и словно подсмеивалось над учеными: «Ага! Не можете отгадать мою главную тайну! Вам незачем знать мои сокровенные секреты, достаточно того, что я обогреваю вас». «Как зачем?» – еще больше удивлялись ученые, «если разгадать твою тайну, то на нашей земле можно создать много небольших искусственных солнц! Ведь твоя солнечная энергия очень дешевая по сравнению с другими видами энергоносителей.

Например, уголь приходится людям добывать из-под толщи земли и грузить на огромные железнодорожные платформы. Вести это немыслимое количество угля на электростанции, чтобы они вырабатывали электроэнергию. И потом, ресурсы планеты не бесконечны, с каждым годом , угля и газа на земле становится все меньше и меньше. Их запасы исчезают все быстрее, потому что человечество нуждается во все большем количестве энергии. А твои солнечные запасы энергии бесконечны. И чтобы получить солнечную энергию не нужно рыть глубокие скважины для нефти или сооружать подземные шахты для угля. Вот для чего нам нужно знать на каких волшебных дровах ты, солнышко, горишь».

И вправду, если бы нашлись такие «дрова», то вся техника земли стала бы работать, только лишь на энергии солнца. Эта энергии согрела бы и осветила наши жилища, стала бы незаменимой помощницей по выращиванию овощей и фруктов.

Но все, же наши ученые сумели разгадать загадку . Они научились превращать вещество, преобразую его друг в друга. Вот, например, газ водород, ученые превращают в газ гелий. Или гелий преобразуют в твердый углерод. А если нужно твердый углерод превратить в металл магний, они делают и это. Могут магний превратить в кремний, а сам кремний в обычное , из которого можно сделать довольно много нужных вещей.

Ученые, не смотря на трудности, добились очень хороших результатов и выяснили, что при превращении одного вещества в другое, выделяется очень большое количество ! Ученые это назвали – реакцией. И это огромный прорыв в земной науке. Представьте себе, что вместо огромных гор угля на корабль погрузят маленькую горошину – вещество. При преобразовании этой горошины-вещества в другое вещество, выделит столько энергии, что ее хватит на очень долгое плавание.

Но, к сожалению пока все это в теории, ведь чтобы такие превращения стали реальностью, необходимы такие особенные условия, создать пока невозможно. Но ученые наверняка что-нибудь придумают. И создадут такие же условия, как на солнце, в каком-нибудь маленьком контейнере. Ведь на солнце постоянно происходят подобные реакции: водород преобразуется в гелий, а гелий превращается в углерод,…поэтому солнце не остывает очень долгое время и вряд ли остынет в ближайшем будущем. Ему суждено гореть многие миллиарды лет!

— довольно обычная звезда для Млечного Пути — не самая яркая, не самая большая и имеет возраст всего 4,5 миллиарда лет. На настоящий момент Солнце единственная известная нам звезда, чьи свет и тепло поддерживают жизнь на единственной обитаемой планете, нам известной. К счастью для нас, Солнце еще светило в тем времена, когда несколько сотен тысяч лет назад появились первые люди. Но откуда у Солнца может быть столько топлива? Почему оно до сих пор не погасло, как свеча или костер? И когда же наша звезда окончательно выгорит?

Почему светит Солнце?

Этот вопрос поднимался учеными уже в XIX веке. В то время ученым было известно только два способа, которыми Солнце могло бы генерировать энергию: либо оно создавало тепло и свет в результате гравитационного сжатия — оно стягивалось к центру и излучало энергию (в виде тепла, ощущаемого нами на ), поэтому со временем стало бы уменьшаться. Либо Солнце горело буквально как уголь в печи — в результате химической реакции, знакомой нам всем, и возникающей, когда мы разжигаем огонь. Взяв за основу то, что любая из перечисленных гипотез могла бы поддерживать объяснение функционирования Солнца, ученые тех лет точно рассчитали, какое время наше светило могло бы существовать, если бы на нем происходил соответствующий процесс. Но ни один результат не совпал с той цифрой, которую исследователи знали о возрасте — 4,5 миллиарда лет. Если бы Солнце сжималось или горело, у него не было бы топлива уже задолго до того, как мы появились на сцене эволюции. Стало очевидно, что на Солнце происходило что-то другое.

Уравнение Энштейна

Несколько десятилетий спустя, вооружившись знаменитым уравнением Эншнейна E = mc2, которое предсказывало, что любая масса должно иметь эквивалентное количество энергии, британские астрономы 1920-х годов предположили, что Солнце фактически превращало свою массу в энергию. Однако вместо печи, которая превращает древесину и уголь в золу и почерневший углерод (излучая свет и тепло), центр Солнца больше похож на гигантскую атомную электростанцию.

Термоядерное топливо Солнца

Солнце содержит огромное количество атомов водорода. Как правило, нейтральный атом водорода содержит положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон, который вращается вокруг него. Когда этот атом встречается с другим атомом водорода, их соответствующие внешние электроны магнитно отталкивают друг друга. Это предотвращает встречу одного из протонов друг с другом. Но ядро Солнца сильно разогрето и находится под таким давлением, что атомы перемещаются с большой кинетической энергией, которая позволяет им преодолевать силу, связывающую их структуру, и электроны начинают отделяться от своих протонов. Это означает, что протоны, обычно находящиеся внутри ядра атома водорода, могут касаться друг друга и объединяются в ядра других элементов в результате процесса, называемого термоядерным синтезом . Эта реакция происходит с высвобождением колоссального количества энергии.
Так же, как и внутри ядерного реактора, атомы внутри ядра Солнца врезаются друг в друга каждую секунду. В результате таких столкновений чаще всего случается, что четыре протона водорода сливаются друг с другом, чтобы создать один атом гелия. В результате такого синтеза часть массы этих четырех микроскопических протонов оказывается «потеряна», поскольку атом гелия весит меньше, чем суммарно четыре протона. Но поскольку Вселенная сохраняет материю, она не может просто навсегда исчезнуть, эта масса превращается в неимоверное количество энергии — каждую секунду Солнце излучает 3,9 × 10 в степени 26 Вт мощности. (Это такое огромное количество энергии, что, честно говоря, нельзя привести никакой аналогии с земными процессами. Возможно, это число можно оценить следующим образом: такое количество ватт намного больше, чем все электричество, которое весь мир будет тратить текущими темпами более нескольких сотен тысяч столетий).

Сколько будет гореть Солнце?

Эффективность реакции термоядерного синтеза является основной причиной того, что Солнце постоянно излучает тепло, — энергия, выделяемая путем превращения всего одного килограмма водорода в гелий эквивалентна той, которая выделяется при сжигании 20 000 тонн угля. Поскольку Солнце достаточно массивно и относительно молодо, считают, что оно использовало только около половины своего топлива — водорода.
В конце концов, ядро Солнца преобразует весь свой водород в гелий, и звезда умрет. Но не переживайте. Этого не произойдет еще примерно 5 миллиардов лет.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

• формировать представление о звёздах;
• развивать представления о форме, размерах, цвете предметов;
• воспитывать умение работать в коллективе.

Оборудование: учебник «Окружающий мир» 1 класс автор А.А. Плешаков, рабочая тетрадь, проектор, презентация, пластилин.

ХОД УРОКА

1. Организационный этап

2. Мотивирование к учебной деятельности

– Ребята, сегодня Муравьишка пришел сказать вам спасибо. Вы ответили на многие его вопросы, Но не может он отгадать загадку. А отгадав загадку, мы узнаем тему нашего урока.
(2 слайд)

Загадка

Рассыпалось к ночи зерно,
Глянули утром – нет ничего.
Что это? (Звезды)

– Сегодня мы будем искать ответ на вопрос «Почему Солнце светит днем, а звезды – ночью» А для этого мы отправимся в космическое путешествие.

Дети встают и говорят слова:

«Ждут нас быстрые ракеты
На далекие планеты
На какую захотим
На такую полетим
Звезды, в гости ждите нас». (3 слайд)

«Раз, два, три
Аккуратно надо сесть,
Чтоб приборы не задеть.
Кресло займи,
Пристегни ремни».

3. Актуализация знаний

– Мы пролетаем в космическом пространстве и видим много светящихся точек. (4 слайд)
– Что это? (Это звезды)
– А что такое звезды?

Дети высказывают свои предположения.

4. Изложение нового материала

(5 слайд)
Звезды – огромные пылающие шары. Они находятся далеко от Земли и поэтому кажутся маленькими. Они мерцают разным цветом: красным, белым, желтым, голубым.
(6 слайд)
Белые и голубые звезды – очень горячие. Желтые звезды холоднее белых, красные холоднее желтых. Размеры у звезд разные.
– А почему звезды светят ночью, а Солнце днем?
– Как вы, ребята, думаете?
(Ответы детей)

5. Моделирование звезд

(7 слайд)
– Сейчас мы будем создавать модели звезд. Какая самая большая звезда? (Альдебаран)
– А самая маленькая? (Солнце)

– Какая из звезд холоднее? (Альдебаран)
– Какие звезды очень горячие? (Регул и Сириус)
– Почему звезды кажутся маленькими?

Вывод. Солнце – звезда, желтый карлик.

6. Физкультминутка

7. Закрепление новых знаний

(9 слайд)
Солнце – это звезда, которую мы видим днем.
– Почему мы видим Солнце, а такую большую звезду Альдебаран не видим? (Это ближайшая к Земле звезда)
Солнце – это огромный огненный шар. Температура на поверхности Солнца – 20 млн. градусов. Солнце в 109 раз больше Земли.
Если представить, что мяч это Солнце, то горошина – это наша Земля. Солнце создаёт нам день, его лучи достигают поверхности Земли, согревают её, освещают. Без Солнца не было бы жизни на Земле. Пока светит Солнце, сияние других звёзд не видно.

8. Физкультминутка

9. Работа по стр. 89 учебника

Звезды, звезды, с давних пор
Приковали вы навеки
Человека жадный взор.

Люди с давних пор наблюдали за звездами. Раньше их называли звездочетами, а сейчас ученые – астрономы. (10 слайд)
Люди, наблюдая за звездами, заметили, что они образуют разные фигуры: птиц, зверей, людей. Эти фигуры назвали созвездиями и дали им имена.

Загадка

Из какого ковша
Не пьют, не едят,
А только на него глядят. (Созвездие Большой медведицы)

Недалеко от этого созвездия люди обнаружили еще одно созвездие Льва. Оно состоит из 70 звезд.

10. Итог урока

Мы с полета возвратились
И на Землю опустились.

Вопросы. (12 слайд)

11. Рефлексия

На доске два солнца: веселое и грустное.

– Ребята, если вы работали активно на уроке и узнали что – то новое о звездах, то добавьте лучик веселому солнцу, а если вам было скучно на уроке и вы ничего нового не узнали, то добавьте лучик грустному солнцу.

Четвертое состояние вещества.
Часть шестая. Почему светит солнце

Почему светит Солнце? На этот вопрос сегодня известен такой же точный ответ. Солнце светит потому, что в его недрах в результате термоядерной реакции превращения 4-х протонов (ядер атомов водорода) в одно ядро гелия остается свободная энергия (т.к. масса ядра гелия меньше массы четырех протонов), которая излучается в виде фотонов. Фотоны в видимом диапазоне — это и есть тот солнечный свет, который мы видим.

А теперь давайте порассуждаем и представим тот путь, который прошли ученые. И заодно подумаем, что будет, когда на Солнце полностью выгорит водород? Оно обязательно погаснет? Советуем дочитать статью до конца — там высказано весьма интересное предположение.

Предположим, что Солнце сжигает самое теплотворное изо всех видов топлива - чистейший углерод, сгорающий целиком, без всякой золы. Произведем несложный подсчет. Известно, сколько тепла посылает этот «костер» на Землю. Солнце - шар, поэтому оно испускает тепло во всех направлениях равномерно. Зная размеры Земли и Солнца, нетрудно подсчитать, что для поддержания потока тепла от Солнца в нем каждую секунду должно сгорать около 12 миллиардов тонн угля! Цифра по земным масштабам огромная, но для Солнца, которое в триста с лишним тысяч раз тяжелее Земли, это количество угля невелико. И тем не менее весь этот уголь на Солнце должен был бы выгореть всего за шесть тысяч лет. А ведь данные многих наук - геологии, биологии и др. - неопровержимо свидетельствуют о том, что яркое Солнце обогревает и освещает нашу планету уже не менее нескольких миллиардов лет.

Представление, что Солнце горит за счет угля, пришлось отвергнуть. Но, может быть, существуют такие химические реакции, в которых выделяется еще больше тепла, чем при сгорании угля? Предположим, что они существуют. Но и эти реакции смогли бы продлить жизнь Солнца на тысячу, две тысячи лет, пусть даже вдвое, но никак не более.

Но если Солнце не в состоянии обеспечить само себя горючим на сколько-нибудь длительное время, то, может быть, это делает извне космическое пространство? Было высказано мнение, что на Солнце непрерывно падают метеориты. Мы уже говорили, что при подходе к Земле метеориты, вследствие торможения в земной атмосфере, часто полностью сгорают, раскаляя на своем пути воздух. Почему бы не предположить, что вокруг Солнца нет никакой атмосферы, что торможение метеоритов происходит прямо в солнечном веществе, и оно разогревается до высокой температуры?

Обратимся опять к вычислениям. Сколько метеоритов должно падать на Солнце, чтобы обеспечить его длительное горение? Расчет дает совершенно невероятную цифру: даже если вес всех метеоритов, упавших на Солнце, равен весу самого Солнца, то все равно оно светило бы лишь около миллиона лет.

Но, может быть, когда-то такое огромное количество метеоритов все же упало на Солнце, раскалило его до огромной температуры, и теперь Солнце медленно остывает? Ничего подобного! Существует много доказательств того, что Солнце и миллиард, и миллион, и тысячу лет назад светило и грело, как сегодня. Итак, терпит крах и второе предположение.

Удивительное постоянство солнечной деятельности похоронило и третье, самое заманчивое предположение о причине «горения» Солнца. Сводилось оно к следующему. По закону всемирного тяготения все тела сближаются друг с другом. Земля притягивается Солнцем и движется вокруг него. Камень притягивается Землей и падает на нее, если его выпустить из рук.

Представим, себе, что Солнце - это некий огромных размеров сосуд с газом. Молекулы этого газа, подверженные действию взаимного притяжения, несмотря на отбрасывающие их друг от друга столкновения, должны постепенно притягиваться друг к другу и сближаться. Солнце в целом тогда сжималось бы, давление газа в нем росло, а это привело бы к повышению температуры и выделению тепла.

Если считать, что за 100 лет поперечник Солнца сокращается всего на несколько километров, то этим явлением можно было бы вполне объяснить лучеиспускание Солнца. Однако с помощью астрономических приборов столь медленное сокращение обнаружить невозможно.

Но есть «прибор», который работает куда более длительное время. Этот прибор - сама Земля. За время ее существования Солнце должно было бы сжаться в десятки раз: от размеров, во много раз больше, чем протяженность всей Солнечной системы, до современных. Такое сжатие, безусловно, отразилось бы на . Ничего подобного, однако, история Земли не знает. Ей известны крупные геологические катастрофы, в которых гибли высочайшие горы, рождались новые океаны, целые материки, но все это можно вполне объяснить деятельностью самой Земли, а не Солнца.

Итак, все три упомянутые гипотезы о причинах «горения» Солнца оказались несостоятельными. Наука, сумевшая объяснить многие сложнейшие явления на Земле, очень долго опускала руки перед загадкой деятельности Солнца. Теперь стало ясно, что решение этой загадки надо искать не в глубинах космоса, а в недрах Солнца.

И здесь на помощь науке о сверхбольшом - астрономии - пришла наука о сверхмалом - физика атомного ядра.