Ответьте на вопросы, страница 199 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему не обнаружены планеты у голубых и красных гигантов? У белых карликов?

2. Что произойдет с планетами Солнечной системы в момент превращения Солнца в белый карлик?

3. Какую стадию в своей эволюции должно пройти Солнце до своей смерти?

1. Почему не обнаружены планеты у голубых и красных гигантов? У белых карликов?
На самом деле, утверждение о том, что планеты у этих типов звезд не обнаружены, уже не является полностью точным. Однако их обнаружение сопряжено с большими трудностями, а условия для их существования очень специфичны.
У голубых гигантов:
Эти звезды очень массивны, горячи и живут очень недолго — всего несколько миллионов лет. Этот срок может быть недостаточным для формирования планет из протопланетного диска. Кроме того, мощное излучение и звёздный ветер голубого гиганта могут попросту "сдуть" газопылевой диск, не дав планетам образоваться. Методы обнаружения также малоэффективны: из-за огромного размера и яркости звезды заметить крошечное падение блеска при прохождении планеты (транзитный метод) почти невозможно.
У красных гигантов:
Красный гигант — это поздняя стадия эволюции звезды типа Солнца. В этой фазе звезда сильно расширяется. Это расширение приводит к поглощению и уничтожению близких планет (в Солнечной системе такая участь ждет Меркурий, Венеру и, возможно, Землю). Планеты, находящиеся на более далеких орбитах, могут выжить. Однако звезда на стадии красного гиганта нестабильна, её яркость пульсирует, что сильно затрудняет обнаружение планет методом радиальных скоростей, так как пульсации звезды маскируют слабый сигнал от планеты. Тем не менее, несколько десятков планет у красных гигантов уже обнаружено.
У белых карликов:
Белый карлик — это сверхплотное ядро, оставшееся после того, как звезда типа Солнца сбросила свои внешние оболочки. Процесс превращения в белого карлика включает стадию красного гиганта, которая уничтожает внутренние планеты. Внешние планеты могут уцелеть, но их орбиты сильно изменятся из-за потери звездой значительной части своей массы. Обнаружить планеты у белых карликов чрезвычайно сложно: они очень маленькие и тусклые. Несмотря на это, были найдены доказательства существования планетных систем у белых карликов: например, "загрязнение" их атмосфер тяжёлыми элементами, которые могли попасть туда только из-за падения на звезду астероидов или обломков планет. В последние годы были открыты и полноценные планеты, вращающиеся вокруг белых карликов.

Ответ: Планеты у этих типов звёзд трудно обнаружить и/или им сложно выжить. Голубые гиганты слишком короткоживущие и мощные. Красные гиганты расширяются, уничтожая близкие планеты, а их пульсации мешают наблюдениям. Белые карлики — результат бурной эволюции звезды, и они слишком малы и тусклы для лёгкого обнаружения их планет. Однако, вопреки предположению в вопросе, планеты и их остатки были обнаружены у красных гигантов и белых карликов.

2. Что произойдет с планетами Солнечной системы в момент превращения Солнца в белый карлик?
Превращение Солнца в белый карлик — это финальный этап длительного процесса эволюции, который кардинально изменит Солнечную систему. Ключевые события произойдут на стадии красного гиганта, которая предшествует появлению белого карлика.
1. Стадия красного гиганта: Примерно через 5 миллиардов лет Солнце исчерпает водородное топливо в ядре и начнёт расширяться, превращаясь в красного гиганта. Его радиус увеличится примерно в 200 раз, и его внешние слои поглотят Меркурий и Венеру. Судьба Земли неоднозначна: она может быть поглощена Солнцем, либо, из-за потери Солнцем массы, её орбита может расшириться и позволить ей избежать поглощения. Однако даже в этом случае поверхность Земли будет выжжена до состояния расплавленной породы, а атмосфера и океаны испарятся.
2. Изменение орбит внешних планет: В процессе превращения в красного гиганта и последующего сброса оболочек Солнце потеряет около половины своей массы. Из-за ослабления гравитационного притяжения орбиты выживших планет (Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) расширятся. Их новый радиус орбиты $r_f$ будет примерно равен $r_f \approx r_i \cdot (M_{i} / M_{f})$, где $r_i$ и $M_i$ — начальные радиус орбиты и масса Солнца, а $M_f$ — конечная масса Солнца (белого карлика). Поскольку $M_f \approx 0.5 M_i$, орбиты планет увеличатся примерно вдвое.
3. Солнечная система с белым карликом: После сброса внешних оболочек (которые образуют красивую, но недолговечную планетарную туманность) на месте Солнца останется очень горячий, но маленький и постепенно остывающий белый карлик размером с Землю. Выжившие планеты продолжат вращаться вокруг него по своим новым, более широким орбитам. Солнечная система станет тёмным и холодным местом, так как белый карлик излучает на много порядков меньше света и тепла, чем Солнце сегодня.

Ответ: Внутренние планеты (Меркурий, Венера и, вероятно, Земля) будут уничтожены на стадии красного гиганта. Внешние планеты выживут, но их орбиты значительно расширятся из-за потери Солнцем массы. В итоге они будут вращаться в холоде и темноте вокруг маленького, тусклого белого карлика.

3. Какую стадию в своей эволюции должно пройти Солнце до своей смерти?
"Смерть" звезды типа Солнца — это её остывание до состояния чёрного карлика. Этому предшествует ряд эволюционных стадий после завершения текущей фазы — горения водорода на главной последовательности.
Основные этапы эволюции Солнца после главной последовательности:
1. Стадия субгиганта: Переходный, относительно короткий этап, когда горение водорода в ядре прекращается, ядро начинает сжиматься, а внешние слои звезды — расширяться.
2. Стадия красного гиганта: Солнце сильно увеличится в размерах, его внешние слои остынут. В это время в оболочке вокруг гелиевого ядра будет происходить горение водорода.
3. Горизонтальная ветвь: После того как ядро разогреется до достаточной температуры, в нём начнётся реакция горения гелия (превращение гелия в углерод и кислород). Звезда сожмётся и станет горячее.
4. Асимптотическая ветвь гигантов (АВГ): Когда гелий в ядре закончится, Солнце снова начнёт расширяться, причём станет ещё больше и ярче, чем на стадии красного гиганта. В этот период горение будет происходить в двух слоях: водородном и гелиевом. На этой стадии звезда интенсивно теряет массу в виде звёздного ветра.
5. Стадия планетарной туманности: Внешние оболочки звезды будут сброшены в окружающее пространство, образовав расширяющуюся светящуюся туманность, подсвечиваемую горячим ядром звезды.
6. Стадия белого карлика: От звезды останется только её горячее, сверхплотное ядро, состоящее в основном из углерода и кислорода. Белый карлик больше не производит энергию за счёт термоядерных реакций и будет светить только за счёт накопленного тепла, медленно остывая.
Конечным итогом, или "смертью", станет превращение белого карлика в гипотетический объект — чёрный карлик, когда он полностью остынет и перестанет излучать. Этот процесс займёт триллионы лет.

Ответ: После текущей стадии главной последовательности Солнце пройдёт через стадии субгиганта, красного гиганта, горения гелия (горизонтальная ветвь), снова гиганта (асимптотическая ветвь), сбросит внешние слои в виде планетарной туманности и закончит свою активную жизнь как белый карлик, который затем будет медленно остывать.