Сонце by Natalya Maydanska

Пол Брекке

НАША ЖИТТЄДАЙНА ЗІРКА —

СОНЦЕ Книжка фактів для дітей та юнацтва Переклад з норвезької Наталі Іваничук

Передмова Сонце заворожує мене вже багато років. Це, мабуть, і не дивно, бо ж перші свої дитячі кроки я робив у Сонячній обсерваторії на Гарестюа. Там працював мій батько Х’єль Брекке. Під час університетських студій в Осло, на Бліндерні, я познайомився з професором Улавом Хєльсет-Му, який надихнув мене зайнятися вивченням Сонця. Згодом він став науковим керівником моєї дипломної роботи і дисертації. Професор, а також чимало колишніх колеґ з Інституту теоретичної астрофізики відіграли важливу роль у моєму становленні як дослідника Сонця. Вони ж заохотили мене донести знання про Сонце до широкої публіки. Ось так у цій невеличкій книжці фактів для дітей та юнацтва реалізувалося моє бажання розповісти про дослідження нашого Світила. У книжці йде мова про важливі властивості Сонця і про те, як воно тисячі років зачаровувало людство. Довідник написано в популярній формі, він не вимагає від читача жодних спеціальних знань.

Сподіваюся, книжка спонукатиме до зацікавлення нашим сусідом, надзвичайною зіркою, а також приверне більшу увагу до вивчення природничих наук загалом. Сонце — це своєрідні ворота до природознавства, бо впливає на нас у різний спосіб. Фізика Сонця тісно пов’язана з цілою низкою інших природничих наук, як, скажімо, фізика, хімія, біологія та метеорологія. Щиро дякую всім, хто долучився до видання цієї книжки, а надто Науково-дослідному ракетодрому Андьоя. Окрема подяка Улавові Хєльсет-Му Оддбйорнові Енґволду (УвО)1, Бірґіт Стрьомсголм (NAROM)2, Ейрікові Невту за консультації та численні корисні дискусії. Величезне спасибі Трондові Абрагамсену (ARS)3 і Стіл Гілл (NASA) за чудові ілюстрації. Пол Брекке, Осло, 2009 1

УвО — Університет в Осло. NAROM — Національний космічний навчальний центр. 3 ARS — Ракетодром Андьоя. 2

Зірка серед мільярдів зірок Погідної ночі небо над нами всіяне міріадами зірок. А чи замислювався ти коли-небудь, читачу, що це таке — зірка? Чи знав, що Сонце — також зірка? Важко, мабуть, уявити Сонце однією із зірок, до миготіння яких на нічному небі ми звикли. Однак Сонце — все ж зірка. Різниця лише в тому, що зірки на небесному склепінні віддалені від нас на мільярди кілометрів, а Сонце — у кілька мільйонів разів ближче. Тому воно — єдина зірка, за якою ми в змозі спостерігати детальніше. Вивчаючи Сонце, можемо багато довідатися і про інші зірки. Протягом тисяч років люди, дивлячись на нічне небо, милувалися і захоплювалися ним. Вони й не здогадувалися, що ті зірки — такі ж самі, як наше Сонце, що ми — частина великої Галактики, і тих галактик — не один мільярд, а історія нашого перебування у Всесвіті триває лише одну неймовірно коротку мить — 13,7 мільярда років. Нам не під силу розгледіти неозброєним оком інші зоряні

Чумацький шлях стелиться понад горами Аргентини разом з кометою МакНаут (М. Друккмюллер)

системи, галактики й планети. Однак нині ми маємо надпотужні телескопи, розташовані на Землі й у космосі, які допомагають нам досліджувати Всесвіт. Уявляєш, без телескопів ми зараз знали б про існування хіба шести планет, Сонця, Місяця і всього лиш кількох тисяч зірок.

Факти: Сонце — об’єкт на небі, який усі можуть бачити, але ніхто не може роздивитися. Сонце — найяскравіше небесне тіло, воно сяє так потужно, що ми неспроможні дивитися на нього, не пошкодивши очей.

Використовуючи дуже довге експонування, можна сфотографувати рух зірок небосхилом. Як ось тут, біля обсерваторії Ґеміні в Чилі (Обсерваторія Ґеміні/ П. Мішо)

Чумацький Шлях — сонячні околиці Усі зірки, які можна побачити неозброєним оком, належать до нашої галактики — Чумацького Шляху. Чумацький Шлях такий неймовірно велетенський, що світлу знадобляться сотні тисяч років, щоб перетнути його. Сонце і вісім планет містяться на одній з його спіральних відгалужень. Тож наше Сонце — одна з приблизно 200 мільярдів зірок Чумацького Шляху. У Всесвіті налічується понад 100 мільярдів інших галактик, а тому годі злічити, скільки в ньому зірок. Деякі вчені все ж спробували зробити такий підрахунок і прийшли до висновку, що зірок у Всесвіті 70 000 000 000 000 000 000 000 (70 000 мільярдів мільярдів). Кажуть, якщо полічити всі піщинки на Землі (враховуючи піщані пляжі та пустелі), то зірок буде у 100 разів більше. І хоча видимими неозброєним оком із Землі є від 5000 до 8000 зірок, людина з будь-якого конкретного місця на Земній кулі може бачити лише близько 2500 зірок.

Чумацький Шлях — наша домівка у Всесвіті (NASA/М.Вайс).

Факти: На підрахунок зірок у нашій галактиці (при тому, що на одне число витрачається приблизно секунда) піде 3000 років. (Однак через п’ятдесят років легко збитися з рахунку, і тоді доведеться починати все спочатку!)

Факти: Сонце разом із Землею та іншими планетами рухається у нашій галактиці зі швидкістю 250 км/с, тобто 900 000 км/год. Навіть із такою неймовірно високою швидкістю нашій Сонячній системі доведеться витратити приблизно 240 мільйонів років, щоб обійти довкола весь Чумацький Шлях.

Ілюстрація, яка показує, яким нам уявляється Чумацький Шлях.

Відстані у всесвіті Відстані до зірок та інших небесних тіл у Всесвіті незбагненно величезні, тому дуже непрактично вимірювати їх кілометрами чи милями. Астрономи використовують для цього іншу міру — світлові роки. Світловий рік — це відстань, яку проходить світло за один рік. А світло рухається надзвичайно швидко — майже 300 000 кілометрів за одну секунду! Понад один мільярд кілометрів за годину! Ти міг би 300 разів за секунду прокататися тудиназад маршрутом Львів-Київ, якби таке було можливим. Отже, скільки кілометрів становить один світловий рік? Швидкість світла ми знаємо достеменно: 299 792 км/с. Ось підрахунок: 299 792 х 60 секунд х 60 хвилин х 24 години х 365 днів = приблизно 9 460 000 000 000, або ж 9,46 більйонів кілометрів. Майже незбагненне для розуму число!

Для вимірювання відстаней у Всесвіті лінійка не придасться (Т.Абрагамсен/ARS).

Велику кількість галактик різної форми можна побачити за допомогою космічного телескопа Габбл. Відстань до них — приблизно 13 мільярдів світлових років (NASA).

Світло зірки, яка вибухнула п’ять років тому, продовжує рухатися крізь газову хмару навколо неї. Світло рефлектує у газі й робить його видимим (NASA).

Сонце та інші зірки Сонце — зірка середньої величини. Інші зірки у 100-1000 разів більші. А є такі, що в 100 разів менші. Зоря Арктур — справжній гігант у порівнянні з Сонцем. Її діаметр у 25 разів перевищує діаметр нашого світила. Але нам це непомітно, бо вона надзвичайно далеко, аж за 37 світлових років від Землі. Однак Арктура легко віднайти на нічному небі, якщо знаєш розташування сузір’я Великого Воза. Достатньо провести поглядом уздовж дишла «воза», і ти побачиш яскраву зорю. Альдебаран більший діаметром від Сонця у 44 рази, від нас він на відстані 65 світлових років. Антарес більший за Сонце аж у 480 разів і віддалений від нас приблизно на 600 світлових років. Найбільша відкрита досі зірка VY Canis Majoris — зірка VY у сузір’ї Гончих Псів — десь у 2000 разів перевищує розміри Сонця. Вона за 4900 світлових років від нас.

Сузір’я Волопаса

Арктур Великий Віз

Сузір’я Діви

Зірку Арктур легко знайти, провівши поглядом уздовж дишла Великого Воза (Т. Абрагамсен/ARS).

VY Великого Пса Сонце

Зоря VY у сузір’ї Гончих Псів є найбільшою з відомих досі зірок. Сонце супроти неї — лише маленька цятка (Вікіпедія).

Антарес Антарес Риґель Риґель

Альдебаран Альд дебаран Арктур Арктур Полюкс Полюкс Сонце зовсім крихітне у порівнянні з іншими, значно більшими зірками (Т. Абрагамсен/ARS).

Сіріус Сііріус Сонце Сонце

Наші найближчі зорі-сусіди Нашими найближчими сусідами є зірки Проксима й Альфа А та В, які належать до сузір’я Центавра. Зірка-карлик Проксима Центавра (див. стрілку на світлині) має температуру поверхні лише 2400 К і світить у 13 000 разів слабше за Сонце. Це — одна з найменших відомих зірок. Альфа Центавра А, навпаки, майже така завбільшки, як Сонце. Проксима Центавра від нас на відстані 4,22 світлових років. Це відповідає 39 924 576 000 000 км або 39 924 мільярдам км! Отже, світло, яке ми бачимо, йшло до нас трохи більше чотирьох років. А якби тобі захотілося помандрувати до тієї зірки? Гадаєш, нині таке можливо? Зазирни до скриньок із фактами. Наша найближча сусідня галактика — Сузір’я Андромеди — на відстані 2,5 млн світлових років. Світло Андромеди, яке ми бачимо нині, розпочало свій шлях до нас 2,5 млн років тому. Тобто ми на 2, 5 млн років зазираємо назад у час.

На світлині — дві яскраві зірки Альфа Центавра А та В. Проксима Центавра така маленька, порівняно з ними, що її ледь помітно (М. Лоренці).

Факти: Якби ти їхав автом зі швидкістю 100 км/год, дістався б до мети за 47 мільйонів років. А якщо врахувати ще й зупинки на справляння природної потреби, то й усі 50 мільйонів років.

Факти: Та навіть якби ти скористався космічним кораблем, який летить зі швидкістю 27 600 км/год, подорож однаково тривала б дуже довго — аж 168 800 років.

Ета Касс

Альтаїр

Тан Цеті Зірка Бернарда

Сонце

Епсилон Ерідані Проксима Центавра

Вовк 358 Процион Сіріус

Росс 128

Інші відомі зірки Великий Віз — сузір’я, про яке знає більшість людей. Воно є складовою частиною більшої зоряної формації, відомої як Велика Ведмедиця. І хоча здається, ніби зорі на небі розташовані близько одні до одних, насправді вони віддалені між собою багатьма світловими роками. Зірка на самому кінці «дишла» Великого Воза називається Алкаїд (Бенетнаш) і віддалена від Землі на 210 світлових років. До наступної зірки «дишла» — Мізар — лише 88 світлових років. Відстань між ними, отже, складає 122 світлові роки, тобто обидві зорі віддалені одна від одної на більше ніж 100 більйонів кілометрів. Найяскравішою зіркою є Дубге — жовтий гігант, у 145 разів яскравіший за Сонце, він на відстані 100 світлових років від нас. Найяскравіша зірка у добре відомому сузір’ї Оріон — Риґель. До неї приблизно 900 світлових років. Риґель у 60 000 разів яскравіший за Сонце, тож наше щастя, що ця зірка не так близько до нас. Червоно-жовта зоря, крайня ліворуч, є черво-

ним надгігантом Бетельґейзе і віддалена на 518 світлових років. Вона така велетенська, що якби була нашим Сонцем, поглинула б і Землю, і Марс. Плеяди або, як їх іще називають, Стожари є зоряним скупченням (сузір’ям), видимим на нічному небі неозброєним оком. До них — 440 світлових років. Це небесні тіла, які ще 400 років тому вивчав у свій телескоп Галілей. Якби ти через 40 років від нинішнього дня замешкав на якійсь планеті, що обертається навколо однієї із зірок Плеяд, то, глянувши в надпотужний телескоп на Землю, ймовірно, дуже б здивувався: ти міг би побачити Галілея, який дивиться на тебе крізь свій телескоп! Так як світло йде від Плеяд до Землі 440 років, ти б зазирнув углиб часу на 440 років…

Плеяди (Стожари) — видиме неозброєним оком зоряне скупчення в оточенні хмарин тонкого зоряного пилу. Від нас воно на віддалі близько 440 світлових років (Маґнар Фйортофт).

Бенетнаш Міцар Аліот Мегрез

Фекда

Дубге

Мерак

Великий Віз — найвідоміше, мабуть, сузір’я у наших широтах (Т.Абрагамсен/ARS).

Сузіря Оріон складається із зірок різного забарвлення. Велику червоно-жовту зорю Бетельґейзе видно угорі ліворуч, а ясну блакитно-білу зірку Риґель можна побачити у самому низу праворуч (Маґнар Фйортофт).

Новонароджена зірка в туманності Оріона в оточенні газово-пилової хмари. Невдовзі гази згустяться, сформуються у грудки, і постануть планети.

Колиска новонароджених зірок

У туманності Орла можна розгледіти скупчення хмар, які перебувають у процесі ущільнення і які дослідники називають «зоряними зародками». Згодом із цих «зародків» народяться нові зірки (NASA).

Зірки у Всесвіті безупинно народжуються і вмирають. У Космосі є гігантські обшири хмар із пилу та газу. Їх називають зоряними туманностями. Зірки народжуються, коли холодні газово-пилові хмари згущуються і, врешті-решт, стають такими щільними та теплими всередині, аж починається ядерна реакція, яка приводить до злиття. Тоді хмари перестають згущуватися, і народжується зірка. Іноді рештки зоряних туманностей утворюють планети довкола зорі.

На світлинах видно такі туманності. Їх ще називають «зоряними яслами». Дивлячись на світлину, важко осягнути розміри туманностей. На світлині ліворуч бачимо стовп газу протяжністю у майже 10 світлових років, тобто удвічі більшою, ніж відстань між Сонцем та його найближчою зіркою-сусідкою.

Моторошна на вигляд туманність Орла — «пологова зала» для народження нових зірок.

Малюнок новонародженої планети, яка щойно постала з хмар пилу навколо молодої зірки (NASA-Cаltech/Р.Гурт).

МІСЦЕ СОНЦЯ У СОНЯЧНІЙ СИСТЕМІ

Який могла мати вигляд наша новонароджена Сонячна система? Розмір планет залежав насамперед від того, на якій відстані були вони від молодого Сонця (NASA/FUSE/Лінетте Кук).

Поява Сонячної системи Сонячна система з’явилася приблизно 4,6 мільярда років тому. Астрономи припускають, що Сонце і Сонячна система утворилися з газової хмари. Вибух недалекої зорі, супернової або наднової, спричинився

до того, що газова хмара почала згущуватися. У міру того, як хмара внаслідок дедалі більшої гравітації стискалася, вона ставала гарячішою. Зрештою, її ядро розжарилося, і народилася зірка. Навколо нового Сонця

ще залишалися рештки газу та пилу. Вони теж поволі формувалися у згустки, які через багато мільйонів років стали вісьмома великими планетами, відомими нам сьогодні.

Формування Сонячної системи у процесі стиснення газово-пилової хмари. Сонце постало з її найщільнішої та найгарячішої частини в епіцентрі. Планети утворилися з решток туманностей, які розсіялися у Всесвіті внаслідок обертання навколо Сонця (Державний університет у Плімуті).

31 E.

Життєвий цикл Сонця Сонце має 4,6 мільярда років і народилося воно з хмари газів. Газова хмара стиснулася, і коли температура в центрі дуже зросла, у її ядрі відбулася ядерна реакція. Так народилося Сонце. За наступні п’ять мільярдів років Сонце витрачало дедалі більше «палива» — водню, а його температура зростала. Коли водню більше не залишиться, Сонце розбухне до розмірів червоного гіганта й поглине Меркурій, Венеру, а можливо, навіть Землю. Воно стане у 250 разів більшим, ніж нині, й скине з себе зовнішній шар газів, втративши таким чином частину своєї маси. Звільнені гази утворять планетарну туманність. Тепле ядро, яке після Народження Сонця

На думку художника, саме такий вигляд з уже загиблої Землі матиме велетенське, розбухле Сонце (Дж. Бріарт).

цього залишиться, називається білим карликом. Воно приблизно таке ж завбільшки, як Земля. Упродовж кількох мільярдів років «карлик» поступово холону-

Сонце нині

Сонце поступово нагрівається

Мільярди років Життєвий цикл Сонця упродовж 14 мільярдів років (NOAA/Т.Абрагамсен/ARS).

тиме й, зрештою, згасне. Таким зазвичай є життєвий цикл зірок із відносно малою масою, як наше Сонце.

Червоний Планетаргігант на туманність

Білий карлик

Сонце — червоний гігант

Сонце нині

Земля

Меркурій

Венера

Марс Юпітер

Сонце розбухне і поглине найближчі до нього планети через приблизно 5 мільярдів років (Т.Абрагамсен/ARS).

Сонячна система Сонце є центром і найбільшим небесним тілом Сонячної системи. Воно становить понад 99,8% загальної маси усієї Сонячної системи. Навколо Сонця обертаються і утримуються на своїх орбітах, згідно із законом всесвітнього тяжіння, вісім планет. Окрім них, Сонячна система має мільярди інших небесних тіл, серед яких астероїди, комети, місяці й карликові планети.

Чотири найближчі до Сонця планети — Меркурій, Венера, Земля та Марс — називаються кам’яними планетами або ж планетами земної групи. Вони відносно малі. За ними йдуть так звані газові гіганти — Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Найдальше від Сонця обертається карликова планета Плутон. Раніше Плутон вважали планетою, однак потім означили як карликову планету.

Унікальна світлина розташування планет поблизу Сонця, зроблена телескопом LASCO із космічного апарата SOHO. Пластина всередині телескопа захищає від надзвичайно яскравого сонячного випромінювання і створює ефект штучного сонячного затемнення. На світлині можна побачити Меркурій, Венеру, Юпітер, Сатурн і сузір’я Плеяд. Видно також потужний викид газів із поверхні Сонця. Горизонтальні риски, що протинають планети, — це просто ефект камери (ESA/NASA).

Плеяди

Венера

Сонце Меркурій

Юпітер Сатурн