Номер 4, страница 391 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 104. Внутреннее строение солнца и звёзд. Глава 15. Солнце и звёзды - номер 4, страница 391.

Условие.

4. Как устроен красный гигант?

Решение.

Решение 2.

Красный гигант — это звезда на поздней стадии своей эволюции, которая исчерпала запасы водорода в своем ядре. Такая звезда имеет характерное слоистое строение, которое кардинально отличается от строения звезды на главной последовательности (такой, как наше Солнце в настоящее время).

Строение красного гиганта

Внутреннее устройство красного гиганта можно разделить на несколько основных зон:

1. Инертное ядро: В самом центре звезды находится очень плотное и горячее ядро. Оно состоит в основном из гелия — продукта термоядерного синтеза, который происходил на предыдущем этапе жизни звезды. В этом ядре термоядерные реакции уже не идут, так как водород выгорел, а температура и давление еще недостаточны для запуска синтеза гелия в углерод. Ядро сжимается под действием собственной гравитации, что приводит к его дальнейшему разогреву.

2. Слой горения водорода: Вокруг инертного гелиевого ядра располагается тонкая сферическая оболочка (слой), где термоядерные реакции все еще продолжаются. Здесь оставшийся водород превращается в гелий в ходе протон-протонного цикла или CNO-цикла. Этот процесс, называемый слоевым горением водорода ($4^1H \rightarrow ^4He + 2e^+ + 2\nu_e + \gamma$), выделяет огромное количество энергии, даже большее, чем выделялось в ядре звезды на главной последовательности. Именно эта энергия является причиной последующего раздувания звезды.

3. Протяженная конвективная оболочка: Внешние слои звезды, составляющие большую часть ее объема, сильно расширяются под давлением излучения от слоя горения водорода. Радиус звезды может увеличиться в 100-1000 раз. Из-за этого колоссального расширения плотность внешних слоев падает, а их поверхность остывает до температуры 2500–4000 K. При такой низкой температуре газ становится непрозрачным, и энергия переносится к поверхности в основном за счет конвекции — гигантские пузыри горячей плазмы поднимаются вверх, отдают тепло и опускаются обратно. Эта огромная, "кипящая" оболочка и составляет основную часть видимого гиганта.

4. Фотосфера: Это видимая поверхность звезды. У красного гиганта она имеет очень большую площадь, но низкую температуру. Согласно закону смещения Вина, максимум излучения такой холодной поверхности приходится на красную и оранжевую часть спектра, что и обуславливает цвет звезды. Несмотря на низкую температуру поверхности, общая светимость красного гиганта очень высока из-за его гигантского размера.

Ответ: Красный гигант имеет слоистую структуру: в центре находится плотное, инертное гелиевое ядро, в котором прекратились термоядерные реакции. Это ядро окружено тонким слоем, где продолжается горение водорода. Энергия, выделяемая в этом слое, заставляет внешние слои звезды сильно расширяться, образуя огромную, разреженную и относительно холодную конвективную оболочку, которая придает звезде ее красный цвет и гигантские размеры.