Дневная звезда. Рассказ о нашем Солнце

В последние годы было высказано много предположений относительно процесса образования звезд и, следовательно, Солнца. Местом рождения звезд является газ межзвездного пространства. Образование новой звезды представляется долгим и медленным, если судить человеческими масштабами времени. Почти все звезды, видимые невооруженным глазом, были на небе еще до появления на Земле человека. И все же мы знаем, что новые звезды должны возникать внутри газовых облаков. Известно, что молодые массивные звезды, живущие всего несколько десятков миллионов лет, обычно образуются вблизи облаков водорода, гелия и других элементов. Кроме того, новые звезды наблюдаются в туманности Ориона, одной из ближайшей к нам областей звездообразования. Наконец, химический состав межзвездного газа подобен химическому составу Солнца и звезд: примерно 3/4 водорода на 1/4 гелия с небольшой (~2%) добавкой более тяжелых элементов.

«Образ» жизни газового облака зависит от баланса гравитационных сил и сил давления, возникающих вследствие нагрева и сжатия. Мы встречались уже с одним из вариантов этой вечной космической битвы при обсуждении устойчивости Солнца. Гравитационные силы стремятся сжать воедино все части облака, которые из-за тепловой энергии стремятся рассеяться в космическом пространстве. Около пятидесяти лет назад кембриджский теоретик сэр Джеймс Джинс показал, при каких условиях облако газа может сжаться, образуя компактное небесное тело. Возможность сжатия, а следовательно, рождения звезды зависит от температуры и массы газа: холодные облака сжимаются при меньшей массе, нежели горячие. Тем не менее даже при температуре в 10° выше абсолютного нуля (10 К) масса довольно плотного газопылевого облака должна быть не меньше 10 масс Солнца. Более теплые облака, чтобы сжаться, должны быть еще массивнее. Теория Джинса объясняет также, почему звезды обычно рождаются семействами, называемыми звездными скоплениями. Полная масса звездного вещества типичного молодого скопления равна нескольким тысячам солнечных масс; из этой массы образуются около 200 звезд. Джинс показал, что межзвездному газу легче образовать 200 звезд, чем, скажем, двадцать.

Как видите, не так легко образовать звезды из межзвездного газа. Если бы это было просто, то тогда уже давно (до образования Солнца!) весь газ превратился бы в звезды. Облаку, в котором зародилось наше Солнце, пришлось преодолеть немало препятствий, так как вначале оно было слишком горячим, вращалось слишком быстро, обладало слишком большим магнитным полем, чтобы образовать звезды. При сжатии облако нагревается. Вы, наверно, замечали, что насос, накачивающий камеру, нагревает воздух. Сжимающееся межзвездное облако должно было избавиться от тепла, чтобы сжатие могло продолжаться. Интересно то, что сама Галактика оказала помощь облаку в этом процессе.

Рис. Туманность «Лагуна» (Мессье 8) —это гигантское скопление космического газа и пыли. Темные сгустки вещества на краю туманности типичны для областей, в которых происходит рождение звезд. Гравитационное притяжение объединяет эти сгустки в единое целое. По мере сжатия эти сгустки распадаются на мелкие фрагменты; часть из них, сжимаясь, достигает плотности, достаточной для «поджигания» ядерных реакций в их центральных частях. Таким образом, перед нами семейство молодых звезд, образовавшихся из межзвездной среды. (Обсерватория Китт-Пик, США.)

Наша Галактика имеет два спиральных рукава, и там, где находится Солнце, газ и звезды делают полный оборот примерно за 250 млн. лет. Периодически (скажем, каждые 125 млн. лет) определенное облако проходит через вращающийся рукав Галактики. При столкновении с более плотной частью рукава облако испытывает удар и сильно сжимается. Этот процесс вызывает дальнейшее резкое сжатие. Оптические и радионаблюдения ближайших галактик отчетливо показывают, что образование звезд эффективнее происходит вдоль границ спиральных рукавов, где скапливается вещество. Таким образом, около 5 млрд. лет тому назад облако, из которого затем родилось Солнце, испытало сильный удар при пересечении со спиральным рукавом. При этом пыль внутри облака нагрелась, облако стало излучать энергию в инфракрасной области спектра, унося тем самым часть гравитационной потенциальной энергии. Обычно области образования звезд содержат много пыли и хорошо видны на небе в инфракрасном диапазоне. Избыток энергии облака может также теряться в виде радиоизлучения молекул. По подсчетам радиоастрономов, некоторые молекулы, в частности молекулы воды, могут очень эффективно уносить энергию плотных облаков, излучая в микроволновом диапазоне. По существу, пары воды действуют как мощный мазер. Таким образом, энергия сжимающегося облака уходит в виде излучения в инфракрасной и микроволновой областях электромагнитного спектра.