Солнце — это огромный огненный шар, который обеспечивает жизнь на Земле светом и теплом. Мы воспринимаем его как нечто постоянное и неизменное, но на самом деле оно находится в состоянии постоянной активности и мощных физических процессов. Один из самых интересных вопросов, который волнует как ученых, так и любознательных людей: сколько весит Солнце и почему оно не взрывается, несмотря на чудовищные температуры и энергии внутри?
Масса Солнца: цифры, которые поражают
Масса Солнца составляет примерно 1,989 × 10³⁰ килограммов. Это число практически невозможно представить — оно равняется массе около 333 000 Земель. Грубо говоря, Солнце составляет 99,86% всей массы Солнечной системы, включая планеты, астероиды, кометы и космическую пыль. Настолько оно массивное, что гравитационное притяжение от него удерживает все небесные тела на своих орбитах.
Чтобы представить эту массу более наглядно, можно использовать следующий пример: если бы Солнце было гигантскими весами, а на другую чашу мы положили бы все планеты вместе взятые, включая Юпитер — самую большую планету Солнечной системы — то чаша с Солнцем даже не шелохнулась бы. Оно тяжелее Юпитера более чем в 1000 раз. Такую массу невозможно получить просто из камня или металла. Солнце состоит в основном из водорода (около 73%) и гелия (примерно 25%), а остальное — это кислород, углерод, неон и другие элементы в ничтожно малых количествах.
Почему Солнце не разлетается от собственного жара?
При такой массе и температуре внутри Солнца (около 15 миллионов градусов Цельсия в ядре) можно было бы ожидать, что оно должно было давно взорваться, как мощнейшая бомба. Однако оно существует в стабильном состоянии уже около 4,6 миллиарда лет и, по расчётам астрономов, будет продолжать светить примерно столько же. В чём же секрет этой устойчивости?
Ответ лежит в тонком балансе двух противоположных сил: гравитационного сжатия и давления радиации от термоядерных реакций. Сила гравитации стремится сжать Солнце внутрь, притягивая все его части к центру. Однако в ядре происходит термоядерный синтез — процесс, при котором атомы водорода сливаются в атомы гелия, выделяя при этом колоссальное количество энергии. Эта энергия порождает свет и тепло, которые изнутри стремятся вырваться наружу. Так формируется давление, противодействующее гравитации. В момент, когда эти силы находятся в равновесии, Солнце остаётся стабильным.
Этот баланс называют гидростатическим равновесием. Оно обеспечивает Солнцу устойчивость и предохраняет его от мгновенного коллапса или, наоборот, от взрыва наружу. Если давление в центре по какой-то причине резко упадёт, гравитация возьмёт верх — Солнце начнёт сжиматься. Если же термоядерные реакции начнут идти быстрее и сильнее, оно начнёт раздуваться. Но подобные изменения происходят крайне медленно, в течение миллионов лет.
Будет ли Солнце когда-нибудь взрываться?
Хотя Солнце и не взрывается прямо сейчас, это не значит, что оно вечно будет оставаться таким. Как и всё в природе, оно имеет жизненный цикл. На данный момент Солнце находится на стадии главной последовательности — это фаза, когда термоядерные реакции в ядре идут стабильно. Эта стадия продлится ещё около 5 миллиардов лет, после чего запасы водорода в ядре начнут иссякать.
Когда это произойдёт, термоядерные реакции ослабнут, и гравитация начнёт сжимать Солнце. Внутри давление возрастёт настолько, что начнётся новый тип реакции — синтез гелия в более тяжёлые элементы. Солнце при этом раздуется до размеров красного гиганта и, возможно, поглотит ближайшие планеты, включая Землю. В конце концов, когда топливо закончится окончательно, Солнце сбросит внешние оболочки и станет белым карликом — небольшим, но плотным и горячим остатком звезды. Это будет очень медленный и относительно спокойный процесс — без взрыва сверхновой, как в случае с более массивными звёздами.
Почему массивные звезды взрываются, а Солнце — нет?
Разница кроется в массе. Чтобы звезда завершила свою жизнь взрывом сверхновой, она должна быть минимум в 8 раз массивнее Солнца. Такие звезды, исчерпав свои запасы водорода и гелия, начинают синтез всё более тяжёлых элементов — до железа. Железо не может участвовать в термоядерных реакциях с выделением энергии, и ядро таких звёзд коллапсирует, что приводит к чудовищному взрыву — сверхновой. Это один из самых мощных процессов во Вселенной. Солнце же слишком лёгкое, чтобы пережить такой финал.
Как учёные узнали массу Солнца?
Интересно, что массу Солнца люди определили задолго до появления спутников и телескопов высокой точности. Основной метод связан с законами движения планет, сформулированными Исааком Ньютоном и позже уточненными Йоханном Кеплером. Изучая орбиту Земли и зная её период обращения, можно вычислить силу гравитационного притяжения, которую оказывает Солнце. А зная эту силу — вычислить массу объекта, её создающего. Современные измерения, конечно, уточнены с помощью космических зондов и высокоточных моделей, но принципы остались теми же.
Заключение
Солнце — это гигантский реактор, в котором каждую секунду происходят процессы, выделяющие больше энергии, чем вся человеческая цивилизация способна произвести за миллионы лет. Его масса колоссальна, и именно она вместе с термоядерными реакциями поддерживает его стабильность. Благодаря точному балансу гравитации и давления энергии Солнце не взрывается и дарит нам свет и тепло. И хотя когда-нибудь оно изменится, у нас впереди ещё миллиарды лет солнечного света.