← На головну

Мегасвіт. Частина 1. Основні космологічні уявлення, утворення зірок та джерело їхньої енергії

Опубліковано: 2024-01-27

Мегасвіт. Частина 1. Основні космологічні уявлення. Утворення зірок та джерело їх енергії.

Шановні слухачі, я вас вітаю, і сьогодні я хочу представити вашу у увазі лекцію, яка називається «Мегасвіт». В цій лекції ми поговоримо про основні космологічні та космогонічні уявлення, які існують зараз, про зірки, про галактики, як вони з'явилися, як вони еволюціонують, і що з ними буде в кінці їх життя. Отже, ми всі знаємо, що все розпочалося колись, 13,7 мільярда років тому, з так званого «Великого вибуху». Великий вибух – це теорія, відповідно якої наш Всезвіт народився з надзвичайно щільного і гарячого стану, яких ми називаємо космологічна сингулярність. Ми знаємо, що після «Великого вибуху» майже нічого не існувало з того різнованіття різних об'єктів, які зараз існують у нашому Всезвіті. Ми знаємо, що тоді утворилися лише перші два хімічних елементи – водень і гелій. Ми знаємо, що тоді не було ще ніяких зірок, не було ніяких галактик, не було ніяких планет, не було ніякого життя. Зараз Всезвіт наповнений дуже великою кількістю різноманітних явищ. Звідки ж вони взялися? Звідки взялася наша Земля? Звідки взялося наша Сонце? Звідки взялася галактика чумацький шлях, в якій ми живемо? І звідки врешті-решт ми з вами з'явилися? Бо зрозуміло, що якщо б Всезвіт був такий, який він був на самому початку, то про ніяке життя і мова не могла б йти, бо ми всі складаємося з різних хімічних елементів. У нас є чотири основні органічні елементи. Це N, O, H, вуглець, азот, кисень і водень. Крім того, є величезна кількість мікроелементів. І якщо нічого цього не було на самому початку існування Всезвіту, то якось воно повинно було з'явитися. Отже, саме про це ми поговоримо у нашій сьогоднішній лекції. Основа всієї сучасної космології – це так званий космологічний принцип. Це головний принцип, який в принципі не може бути доведений, але який підтверджується усіма експериментами, усіма спостереженнями, які здатні провести сучасне людство. Космологічний принцип каже, що Всесвіт, наш Всесвіт, якому ми живемо, на величезних масштабах всюди однаковий. Це неможливо довести. У нас немає космічних кораблів, щоб подорожувати в інші кінети Всесвіту. Крім того, Всесвіт є безмежним і ми бачимо лише невелику частину нашого Всесвіту. Але наші спостереження, вони з досить великою точністю підтверджують, що космологічний принцип справжається. Що це означає? Звичайно, що це не означає, що всюди існують такі самі планети, як Земля, і такі самі зірки, як Сонце. Це можна уявити певним чином, порівнявши з, наприклад, сніжинкою. Кожна сніжинка абсолютно індивідуальна. Кожна сніжинка – це окремий кристал льоду, який сформувався окремим чином. Але якщо ми бачимо великий масив снігу, ми бачимо, що всі ці сніжинки нібито усереднюються, формуючи надзвичайно однорідну структуру. Чи або піщинка. Кожна піщинка однакова. Кожна піщинка – це окремий кимінець сіліцеум О2. Він має свою форму, іноді свій колір. Там можуть бути свої доміжки. Але коли та яких піщинок величезна кількість, вони формують дуже однорідний масив піску. Величезна пустеля Сахара складається з величезного масиву маленьких піщинок, кожні з яких індивідуальна, але в цілому система ця дуже однорідна. І так само у нашому Всесвіті. В нашому Всесвіті існує величезна кількість зірок. Біля цих зірок існує величезна кількість планет. Ці зірки об'єднані у величезну кількість різних галактик. Галактики вропуються у галактичні кластери. Але, незважаючи на те, що всі ці зірки трохи різні, всі ці зірки трохи не схожі на іншу, одна на одну, в цілому Всесвіт, коли ми кажемо про великий масштаб, надзвичайно однорідний і надзвичайно однаковий. І кожна частина Всесвіту схоже на кожну іншу. Тому, відповідно до космологічного принципу, якщо ми хочемо дізнатися еволюцією Всесвіту, що з ним було колись і що з ним буде далі, нам не потрібно в принципі спостерігати за чимось дуже далеким. Ми можемо спостерігати за тими зірками, наприклад, що знаходяться біля Землі, і по аналогії з цими зірками сказати, всі решта зірок у Всесвіті еволюціонують так само. Ми можемо спостерігати за нашою галактикою Чумацький шлях, за сусідньою галактикою Андромеди, за галактикою Трикутника, за Мегаланом у Хварами. І ми можемо сказати по аналогії, що всі решта галактик у нашому Всесвіті, у відповідності до космологічного принципу, мають схожу будову, схожу структуру і еволюціонують за тією самою схемою. Тобто космологічний принцип нам дозволяє не спостерігати за всім Всесвіту, а спостерігати лише за невеликою частиною цього Всесвіту, а далі сказати, решта Всесвіту за аналогією проходить ті самі етапи свого розвитку, тому ми можемо сказати, що ми знаємо про весь Всесвіт, коли ми дізнаємося щось про його маленьку частину. Знов таки, підтвердити остаточно це неможливо. Можливо, існує якась область Всесвіту дуже далеко, поза межами горизонту подій, які ми ще не бачимо, і можливо, десь там існують інші закони фізики. Але всі спостереження, які проводяться зараз, підтверджують, що начебто Всесвіт дуже однорідний і підстав вважати, що космологічний принцип не працює, у нас немає. Всесвіт величезний. Ми не можемо сказати точно, чи безмежний він, чи ні, і в принципі, ми про це ніколи і не дізнаємося. Всесвіт, як відомо зараз науті, зараз розширюється, він в принципі розширювався з самого початку, з початку свого існування, але зараз він розширюється все швидше і швидше, причому швидкість, з якою він розширюється, вже більша, ніж швидкість світла. І ми можемо бачити лише певний шматок Всесвіту. Це називається видимий Всесвіт або метавсесвіт. Сучасні телескопи дозволяють нам побачити Всесвіт у діаметрі приблизно 100 мільярдів світлових років. Це надзвичайно велика величина. Причому тут можна сказати, що незважаючи на те, в якій ми звикли вимірювати відстань в метрах, кілометрах, сантиметрах, відстань у Всесвіті настільки великий, що в цих звичних для нас одиницях, одиницях системи C майже ніхто в космології не вимірює відстань. Всі в основному користуються космологічними астрономічними одиницями. Це астрономічна одиниця, це світловий рік, про який я вже сказав, і це так званий парсек. Давайте трохи нагадаємо, а може я вам розкажу, що це таке. Коли ми працюємо в межах однієї нашої зореної системи, то нам дуже зручно використовувати як одиницю виміру так звану астрономічну одиницю. Астрономічна одиниця – це середня відстань між центральною зіркою нашої сонячної планети, системом Солнцем і Землею. Земля обертається навколо Солнця, це не зовсім коло. Це все-таки трохи витягнутий еліпс. Тому ми не можемо сказати, що відстань від Землі до Солнця весь час однакова. Однак в середньому ця відстань складає приблизно 150 мільйонів кілометрів. Для порівняння, якщо ми кажемо про нашу планету Земля, яка нам здається такою великою, велика кількість континентів, велика кількість океанів, безбежних океанів, але, незважаючи на це, радіус Землі лише 6371 кілометр, а тут 150 мільйонів. Тобто відстань до Солнця значно більша, ніж будь-які типові розміри, які існують на Землі. Вона трохи відрізняється ця відстань влітку і взимку, але в середньому можна вважати, що це приблизно константа. Коли ми працюємо сонячною системою, коли ми хочемо описати відстань, наприклад, до Венери, чи до Марса, чи до Юпітера, чи до пояса астероїдів, чи до віддалених об'єктів поясу Коптера, чи до певних малих планет, то нам зручно казати, що відстань стільки-то там 2, 3, 10, 12 півастрономічних одиниців. Це типові відстані, які використовуються в межах сонячної системи. Але відстань між зірками настільки великий, що використовувати астрономічні одиниці знову незручно. Тому, коли ми кажемо про відстань між сусідніми зірками, про розміри галактик, ми використовуємо такі одиниці, як світлові роки і парсеки. Найчастіше все-таки використовується світловий рік. Світло завжди рухається зі сталою швидкістю – 300 тисяч кілометрів на секунду. Відповідно, відстань, яку світло проходить за один земний рік, називається світловим роком. Відстань до сусідньої зірки до нас – це система центаври, це альфа-центавра, це проксима-центавра, вона складає приблизно 4 світлових роки, ну трохи менше. І один світловий рік – це приблизно 63 тисячі астрономічних одиниць. Тобто, відстань до сусідньої зірки приблизно в 250 тисяч разів далі, ніж від землі до соця. Тобто, зірки дійсно знаходяться від нас дуже далеко. І ми бачимо зірки не такими, якими вони є зараз, а такими, якими вони були тоді, коли світло, що ці зірки упромінюють, залишло їх. Це означає, що якщо ми бачимо зірку на відстанні 4 світлових роки від нас, то ми бачимо її такою, якою вона була 4 роки тому. Якщо ми бачимо певну зірку на відстанні мільярд світлових років, то ми бачимо цю зірку, ну напевно на відстанні мільярд, ми не можемо побачити окрему зірку, але певну галактику, якою ця галактика була мільярд років тому. Іноді, крім світлових років, використовуються ще одиниці, які називаються парсеки. Це параллак секунда, це пов'язано з певними геометричними міркоманнями. Коли земля рухається по орбіті, якщо певна зірка проходить один кут за пів коберту навколо землі, то це називається паралакс цієї зірки. І якщо зірка має паралакс в одну секунду, то вона знаходиться на відстанні в один парсек. Знов таки, це не так принципово. Один парсек – це приблизно 3,2 світлових років. Тобто можна побірювати відстань в світлових роках, або в парсеках, коли ми кажемо про масштаби галактики, або коли ми кажемо про відстанні між сусідніми галактиками. Якщо ми кажемо про наш Всесвіт, то ми бачимо Всесвіт на відстанні до 50 мільярдів світлових років в кожен бік. Тобто повний діаметр Всесвіту, який ми зараз бачимо, складає приблизно 100 мільярдів світлових років. І на перший погляд, може здатися, що це досить дивна величина. Бо ми знаємо, що нашому Всесвіту 13,7 мільярдів років. Ми знаємо, що на початку наш Всесвіт був точковий. То як це так? Якщо ми бачимо найвіддаленіші об'єкти на відстанні 100 мільярдів, 50 мільярдів світлових років, то це виглядає, нібито ми бачимо їх такими, якими вони були 50 мільярдів років тому, але тоді нічого не існувало. Ну і тут зрозуміло, що відповідь вплигає в тому, що Всесвіт розширюється. Тому віддалення об'єктів, вони від нас постійно віддаляються. І тому, хоча зараз вони знаходяться від нас на відстанні 50 мільярдів світлових років, колись, 13 мільярдів років тому, вони всі були поруч з нами стиснуті в одну крапку в ту саму космологічну циркулярність. Ми не можемо побачити більш віддалені об'єкти, тому що вони віддаляються від нас вже значно швидше, ніж швидкість світла, тому світло від них ніколи до Землі не дійде. Тобто Всесвіт, який ми можемо побачити, весь час буде все менше і менше і менше, і колись людство не побачить навіть того, що може побачити зараз, бо далекі об'єкти підуть з поля зору світла. Всесвіт, незважаючи на те, що він настільки величезний, має досить просту хімічну структуру. Якщо ми кажемо про, наприклад, Землю, то ми знаємо, що Земля складається з величезної кількості різних хімічних елементів. Якщо ми кажемо, наприклад, про нас, про життя, то життя складається з чотирьох основних хімічних елементів – кисень, вуглець, водень і азот. Крім того, життя складається з величезної кількості мікроелементів, крім макроелементів, те саме залізо, той самий кальціх, натріх, магніх – це все обов'язкові хімічні елементи будь-якого живого організму. Якщо ми кажемо про Землю, то основні складові Землі – це кисень, кремній, алюмійній, залізо, тощо. Це поверхня Землі. Якщо ми кажемо про більш глибокі шари Землі, наприклад, про ядро, то ядро Землі зараз вважається, що складається, наприклад, з заліза. І знов таки, це все важкі елементи, і на Землі їх є величезна кількість. Але якщо ми кажемо про Всесвіт в цілому, то всі елементи і Землі, і Життя – вони надзвичайно рідкісні у Всесвіті. Після свого утворення Всесвіт складався майже виключно з двох хімічних елементів – води і гель. І зараз, хоча пройшло вже 13,7 мільярдів років, хоча пройшла вже купа реакцій, яка утворила інші хімічні елементи, і зараз Всесвіт майже повністю складається лише з двох хімічних елементів – води і гель. Всі зірки у Всесвіті складаються майже з двох хімічних елементів – води і гель. Весь міжзоряний міжгалактичний газ – це лише води і гель. Тому, якщо, звичайно, не враховувати ту саму западкову темну матерію і темну енергію, про якій ми нічого не знаємо, ми можемо сказати з досить великою точністю, що наш Всесвіт майже повністю складається з двох хімічних елементів – водню і гель. Як рахувати скільки одного елемента, скільки іншого – це досить важко. В певних місцях може бути більше водню, десь більше гель. Можна рахувати по кількості атомів, можна рахувати по вазі, але, умовно, можна вважати, що три чверті нашого Всесвіту – це водень, одна чверть нашого Всесвіту – це гель. І лише декілька відсотків – це решта елементів – той самий кисень, той самий вуглець, тощо. Їх всіх значно менше, ніж водні гель. І звідки ж взялися оці всі зірки, про які я вам казав? Наше небо, якщо ми поглянемо на нього вночі, заповнено зірками. Якщо ми поглянемо на нього в телескоп, ми побачимо, що цих зірок набагато більше, ніж ми бачимо це. Ми знаємо, що в галактиці навіть нашій чумацький шлях є близько 200-400 мільярдів зірок. Ми знаємо, що на початку існування Всесвіту жодної зірки не існувало. Звідки вони беруться? Як вони з'являються? І що з ними відбувається далі? Наука, яка вивчає еволюцію зірок, в принципі не тільки зірок будь-яких небесних тіл, вона називається космогонія. Від космос, тобто світ, Всесвіт, і ґон, тобто народження. Тобто це наука про народження світу. Це знов таки галузь, можна сказати, і фізики, можна сказати, і космології, яка вивчає походження і розвиток космічних тіл і систем. Тих самих зірок, тих самих галактик, тих самих туманностей. В тому числі космогонія вивчає походження нашої сонячної системи, в якій ми живемо. І якщо ми подивимося трохи назад в історію Всесвіту, про людство мова і не йде. Людство – це досить молода цивілізація, людство – це досить молодий біологічний вид, якому лише два мільйони років, а якщо ми кажемо про людську цивілізацію, це вже взагалі декілька тисяч років. Якщо ми кажемо, наприклад, про нашу сонячну систему, це досить молода система в рамках Всесвіту, їй 4,5 млрд років. А зірки, вони, в принципі, почали утворюватися значно раніше. Як вони почали утворюватися? На початку існування нашого Всесвіту не було жодних великих об'єктів, які щось випромінюють, які якось сруповані, які мають певні світові ефекти. Весь наш світ був заповнений лише газом з двох перших хімічних елементів – водити і галій. Але цей газ, незважаючи на те, що він був майше однорідний, в певних місцях абсолютно випадково мав певні скупчення. Ви можете побачити типову структуру Всесвіту на великих масштабах і ви можете побачити, що в певних місцях випадково ця структура більш згрупована, більш щільна, а в інших місцях вона майже порожня. От ті самі початкові випадкові неоднорідності, неоднорідності початкової щільності елементів, з яких кладеться наш Всесвіт, вони і послужили зарадком, на основі якого потім утворилася велика масштабна структура нашого Всесвіту. І в принципі, називляючи на те, що зараз наш Всесвіт заповнений певними зірками і галактиками, більша частина газу і досі не об'єднана у великій структурі, а ця частина газу і досі перебуває у атомарному стані, це міжзоряний, це міжкалактичний газ, це той самий воденій гелій, який поки що не перетворився на зірки, але стане вихідною сервиною для утворення зірок у майбуті. Отже, у нас є певна частина Всесвіту, певний район Всесвіту. Нехай в цьому районі Всесвіту абсолютно випадково щільність водньої гелію стала трохи більша, ніж навколо. Це певна хмара, це певна газопольова хмара, про жодну зірку тут мовою не йде, про жодну планету не йде, це просто той самий газ, але більшої щільності. Якщо більша щільність, то маса цієї хмари більша, ніж у оточуючого середовища. Це означає, що в неї буде більш сильна гравітація. Ще Ютон казав, чим більша маса, тим більша сила тяжіння, тим більша сила гравітації. Під дію цієї сили гравітації, оця хмара, оце ущільнення, воно починає поступово стискатися. Гравітація намагається стиснути його до якнаймного менших розвитків. Тобто фактично зовнішні шари цієї хмари, вони нібито падають на її центр. А нам відомо, що при будь-якому подідні завжди відбувається нагрівання. Коли будь-який об'єкт, наприклад, падає в атмосфері, він нагрівається. Саме тому, наприклад, метеорити, коли падають через атмосферу Землі, вони часто взгорають. І, наприклад, якщо ми кажемо про певні космічні супутники, якщо людство хоче позбутися цього супутника, щоб він не перетворився на космічне сміття, його знову так опускають в атмосферу, він падає в цій атмосфері і він згорає. Тобто при падінні температура збільшується. І те саме відбувається з цієї газополівої хмари. Сила гравітації її стискає, і при цьому температура цієї газополівої хмари поступово підвищується і підвищується. І саме оці газополіві хмари, хмари міжзореного газу, який ще не перетворився на зірки, але вже став мати більшу щільність, ніж оточуючи його середовище, це ті саме колиски, яких народжуються, ростуть і потім спалахують нові зорі. Типова така газополіва хмара, як вона була сфотографована телескопом Hubble, це, наприклад, туманність Кінська голова. Вона називається ще Barnard 33, це певна темна туманність в судзір'ї оріона, це те саме скупчення газу, яке знаходиться в середині нашої галактики, це не позагалактичний об'єкт. І там ще немає зірок, але потім, можливо, там вони народяться. Такі картинки неможливо побачити неозброєним оком, будь-які картинки, які ви будете бачити в цій презентації, вони сняті через певні фільтри, як правило, вони сняті через певні інфрачервоні області, крім того, якщо навіть це видима область, то кольори штучним чином підсилені. Тому, звичайно, в звичайний телескоп ми це спостерігати не можемо, але це реальні картинки, просто кольори були певним чином перетворені, для того, щоб вони були більш наочні, щоб краще можна було починити об'єкти, які існують в нашому світі. Отже, в нас є певна міжзорина хмара, яка поступово стискається. Ще один приклад такої хмари – це, наприклад, туманність Коріона. Знов таки, це штучні кольори, які були відозмінені на комп'ютері, щоб краще можна було її побачити. Або найулюбленіша моя міжзорина хмара – це так звані стовпи творіння. Це величезні збруповані хмари з водньою гелією. Розмір цих хмар багато світлових років. Тобто, всередині цієї хмари можуть утворюватися багато зірок. Звичайно, що ми бачимо їх не такими, якими вони є зараз, а такими, якими вони були багато років тому. Багато тисяч років тому, може навіть мільйонів років тому, ні тисяч, напевно, все таки. І ми бачимо, що в цій хмарі можуть народжуватися нові зірки, які поступово теж почнуть сяяти, які поступово також перетворяться на справжні зірки з лише певних скупченігазу. Коли йде падіння, температура цієї глобули, цієї хмари збільшується і вона стає протозіркою і починає святитися. Протозірка – це вже об'єкт, який не просто є скупченням газу і пилу, а цей об'єкт, який має високу температуру, але ще не перетворився на справжню зірку. Знов таки, побачити неозброєним оком такі протозірки неможливі. Проте, якщо ми використовуємо певні телескопи, які можуть працювати в інфрачервоній області, як той самий телескоп Джеймс Веб, який нещодавно був виведений у 2023 році, ми можемо спостерігати в інфрачервоній області ці протозорі, як певні частини Всесвіту, які мають певне світіння, Вони ще не є справжніми зорями, хоча вже певним чином світяться. Якщо герітація стискає цю зорю далі і далі, в певний момент часу температура там збільшується до такої межі, що починається термоядерна реакція синтезу гелія з водню. І саме наявність цієї реакції, реакції синтезу гелію з водню, відрізняє зірки від всіх інших об'єктів, які існують в нашому Всесвіті. Фактично той момент, коли ця реакція синтезу гелію з водню починається, є розпаленням і є моментом народження зірки. Тобто зірка – це певний космічний об'єкт, в середині якого температури настільки великі, що гелій, один з двох правильних елементів, може перетворюватися на водень інших правильних елемент, виділяючи при цьому величезну кількість енергії. Фактично ми можемо сказати, що зірки горять в лапках, дужках, лише поки в них є водень для того, щоб перетворювати його на гелій. Саме ядерні термо, ядерні реакції є паливом для зірок. Чому це не справжнє горіння, таке як ми бачимо на Землі? Бо земне горіння – це хімічна реакція. Земне горіння – це реакція окислення, коли вступають певні хімічні елементи у взаємодію з тим самим атмосферним киснем і, відповідно, у нас утворюються окислені елементи. У той час горіння зірок – це горіння в іншому сенсі, це не хімічна, це ядерна реакція. Вона виділяє значно більшу кількість енергії, але для свого перебігу вимагає значно більших температур. І хоча ми знаємо, що на Землі є величезна кількість різних джерел енергії, є викопні джерели енергії, там вугілля, нафта, газ, є відновлювальні джерели енергії, гідроенергія, сонячна енергія, вітряна енергія, але на більш глибокому рівні абсолютно вся енергія, яка існує на Землі, мабуть крім ядерної енергії, якщо ми кажемо про уран, вся енергія, вона іде від Сонця. А вся енергія Сонця – це процес постійного перетворення водньої гелі. Цей процес, який ви можете побачити на цьому слайді зверху у вигляді графіку, знизу у відеоанімації, відбувається у кілька кроків. На першому крокі два водня, протон і протон, вдаряються один водень, формуючи молекулу дейтерія. Потім до цієї молекули дейтерія, до ядра дейтерія, приєднуються ще один водень, формуючи так званих гелі-третіх. Потім два таких гелія-третіх, які складаються з двох протонів і одного нейтрона, вони об'єднуються між собою, формуючи гелій-четвертий систему з двох протонів і двох нейтронів. На кожному крокі такі реакції виділяють величезну кількість енергії. У підсумку ми можемо сказати, що на початку в нас було певна кількість молекул водню, в кінці у нас утворилася певна кількість молекул гелія, при цьому виділилася величезна кількість енергії. І саме отаких трьохкрокових, це так званий протон-протонний цикл, він є джерлом енергії переважної більшості майже всіх зірок нашого Всесвіту. Тобто всі зірки – це фактично великі пічки, які поступово перетворюють водень на гелій. Запаси водню на початку існування нашого Всесвіту, коли він тільки народився, були величезні, але не безмежні. Тому, звичайно, що кількість водню у Всесвіті весь час тільки зменшується. І коли весь водень у Всесвіті закінчиться, то, в принципі, зірки в тому сенсі, в якому вони існують зараз перестають існувати. Тобто зірки, вони весь час спалюють один елемент, виділяючи при цьому енергію і інші хімічні елементи. Ця реакція потребує величезних температур, особливо для першого кроку. Що в нас є? У нас є два ядра водню, це два протони. Протон заряджений позитивно, інший протон заряджений теж позитивно. Щоб вони вступили в реакцію, об'єдналися, утворивши ядро дейтерія, їх треба дуже тісно наблизити один до одного. Але, як відомо з закону Кулона, два додатні заряди будуть відштовхуватися. Тому ми їх намагаємося стиснути, а вони відштовхуються. Ми ще сильніше, а вони ще сильніше відштовхуються. Для того, щоб їх можна було стиснути напряму, об'єднати, щоб цей цикл розпочався, температура повинна бути дійсно надзвичайно велика. Ми не знаємо точно, наскільки ще вистачить водню у нашому Всесвіті. Його дуже багато. Незважаючи на те, що зірки горять вже 13 мільярдів років, вичерпана лише надзвичайно мала частина початкового водню, який існував колись. Можна сказати, що вистачить цього водню ще на мільярди, десятки і сотні мільярдів років, але в будь-якому разі кількість його небезмешна, і колись, в далекому майбутньому, всі зірки згаснуть, і Всесвіт знову таки перетвориться на надзвичайну темну, темний об'єм. Почнуться знову нові темні віки, коли знову не буде вже жодних зірок, жодних галактик, але я думаю, що людство, якщо до того часу де живе, щось вигадає і якось знайде можливість видобувати для себе, для свого існування нову енергию. Що зараз? Чи можемо ми використовувати той самий протон-протонний цикл зараз, щоб видобувати енергию напряму на Землі? На Землі дуже багато вод. Якщо ми кажемо, наприклад, про земні океани, то вони складаються з води. Що таке вода? H2O, одна молекула кисню і дві молекули водню. І потенційно, якщо б ми могли якимось чином водень з води оці два молекул, ці два атоми водню наблизити один до одного напряму і зробити так, щоб вони вступили в реакцію, то можна вважати, що ми б вирішили енергетичні проблеми людства на мільйони і мільярди років наперед. Настільки багато цього водню. І це не той водень, коли кажуть про водневу енергетику, коли кажуть про водені, водневий двигун. Там використовуються хімічні властивості водню. А тут саме ядерні, фізичні властивості. І здавалося б перед нами просто вирішення всіх проблем. Ми можемо залити звичайну воду у бак певного автомобіля і користуватися цим автомобілям десятки і сотні років. Але є проблема. Незважаючи на те, що це потенційно безмежне черело енергії, я просто для цікавості порахував. Я взяв звичайну склянку води. Я оцінив склянці води, скільки там в одному літрі води, хай буде там 10-26 степенів атомів. При кожній реакції виділяється приблизно 17 мегаелектрон-вольт енергії. Це знову таке дуже оцінто. Давайте порівняємо це з бензином. При спаленні одного літра бензину виділяється 34 мега джоуля енергії. Якщо ми переведемо електрон-вольти в джоулі, порівняємо це між собою, то ми можемо бачити, що одного літру води достатньо, щоб отримати таку ж кількість енергії, яку має 8 мільйонів тонн бензину. Тобто ця енергія, прихована у воді, яка може бути виділена, коли цей водень перетворюється на гелій, вона дійсно величезна. Але проблема в тому, що ми, люди, не можемо і, напевно, ніколи не зможемо цю енергію використати. Тому що для цього потрібна дійсно величезна температура. Температура, яка потрібна для того, щоб водень перетворився у гелій, це десь 10-15 мільйонів градусів. Такі температури існують в середній зрок. Така температура існує в середині нашого сонця. До речі, наш сонце на поверхні має температуру лише 6000 градусів. І на поверхні жодних реакцій перетворення не йде. Але в глибині сонця, в самих глибоких його шарах, температура саме десятки мільйонів градусів. Якби таку температуру можна було в стабільному стані досягнути на землі, то мабуть ми могли цю реакцію якось розпочати. Але це абсолютно нереально. Крім того, ця реакція, це так звана слабка взаємодія, це не принципово реакція, дуже мало імовірно. Тому оці величезні запаси водні, які існують у воді і на землі, вони ніколи не будуть використані людством для свого існування як джерело Америки. Однак, таких термоядерних реакцій, крім звичайної сонячної реакції протон-протонного циклу, насправді існує дуже багато. Існують схожі реакції на основі дейтерія, на основі гелія 3, на основі ліція. І вважається, що хоча ці елементи значно більш рідкісні, ніж звичайний водень протіх, але принципово, якщо б ми навчилися використовувати ці елементи для виробництва енергії, ми знов таки змогли б вирішити енергетичні проблеми людства. Людство намагається зробити термоядерні станції, які будуть працювати на основі тих самих принципів. Найбільш відома з них це, напевно, ітер. Це International Thermonuclear Electrical Reactor, який будується у Франції. Він будується вже багато років, і за отінками буде будуватися ще багато десяти річ. Це один з найбільш коштовних взагалі наукових проєктів людства, вартість якого вже багато десятків мільярдів доларів. І вважається, що колись в далекому майбутньому на цьому реакторі можливо буде створити саме схожі термоядерні реакції, як відбуваються в середині з року. Однак не факт, хоча перша термоядерна бомба, яка працює за тим самим принципом, була створена ще на початку 50-53 рік, але і досі, хоча пройшло вже 70 років, певних технічних вирішень, як зробити це джерелом самопостійної енергії, у людства не існує. Тобто ми використовуємо ядерні реакції у сонці, але відтворити їх на землі в стабільному режимі поки що, на жаль, не можемо. Хоча, це було б чудово, і це б нам могло повністю позбутися всіх викопних джерел, повністю позбутися величезної кількості забруднення атмосфери. В будь-якому разі, типова зірка, типу сонця, вона фактично живе, поки вона перетворює водинь у гелі під час цієї термоядерної реакції. Якщо ми кажемо саме про сонце, то воно народилося з цієї великої молекулярної хмари, міжзоряної хмари, з цієї глобули, приблизно 4,5 мільярда років тому на справжню зірку. Тобто 4,5 мільярда років тому розпочалися ці термоядерні реакції у середині нашого сонця. І зараз воно знаходиться приблизно посередині свого існування. Тобто запасів палива, які існують у сонці, вистачить приблизно ще на 5 мільярдів років. Воно поступово нагрівається під час ядерних процесів, які там відбуваються. Тобто в кінці свого життя сонце вже перетвориться на червоний гігант, про який я розкажу трохи далі. Але в будь-якому разі ще декілька мільярдів років воно буде досить стабільним. І воно буде продовжувати поступово спалювати, дуже повільно спалювати водень в своїх більш глибоких шарах, перетворюючи його на гелі. Якщо зірка більш велика, вона еволюціонує значно швидше. Чим більша зірка, тим швидше вона проходить шлях свого життя, тим більше вона спалює це, тим більше активно вона спалює водень, тим швидше вона помре. Сонце невелике і завдяки цьому воно живе досить довго, і завдяки цьому фактично був час Якщо ми кажемо про те, що відбувається з зірками далі, то, в принципі, весь процес еволюції зірок його можна певним типовим чином зобразити на так званому еволюційному треку зірки. Еволюційний трек – це послідовність подій, які відбуваються за кожною зіркою в нашому Всесвіті. Кожна зірка зароджується з великої міжзоряної молекулярної хмари. Кожна зірка під дію сили гравітації поступово стискається, поки не перетвориться на протозірку, поки не запалить в середині себе термоядерні реакції. Після цього еволюція зірок буде залежати від того, наскільки велика кількість речовини потрапила в цю зірку. Якщо речовини дуже мало, якщо речовини приблизно 0,8 від маси Сонця, то на цьому все закінчується. Вона майже розпочнеться, але так і не розпочнеться. І фактично ця протозірка перетвориться на певних коричневих карлик, і далі буде існувати таким коричневим карликом сотні мільйонів-мільярди років, майже нічого не випромінюючи. Це дуже темний, дуже малий об'єкт, чимось схожий на планету Юпітера. І в принципі ту саму планету Юпітер можна було б назвати теж певною другою зіркою і отримав достатньо маси, щоб перетворитися на справжню зірку і щоб запалити термоядрні реакції. Якщо маси більше, зірка проходить шлях свого життя і врешті-решт, коли воно вичерпує майже всі запаси водню, перетворивши його на гелій, вона проходить в стан так званого червоного гіганту. А що це за червоні гіганти і що з ними відбувається далі, ми поговоримо в другій частині нашої елекції.