Задание №177512: Турнир Ломоносова 2008

1. Указана гравитация как причина концентрации вещества в 2 небесные тела. Стратификация слоёв вещества по плотности под действием 3 силы тяжести. Различные фазовые состояния вещества (плазма—газ—жидко 5 сть—вязкий расплав—твёрдое) в зависимости от температуры и давления данного слоя. Условие гидростатического равновесия слоёв (кроме внешней 3 твёрдой коры и ячеек конвекции). Возможность тепловой конвекции вещества для жидких и вяз 3 ких слоёв. Железо (и никель) — наиболее обильные (Fe 34,6%) и плотные 2 составляющие планет, как конечные элементы нуклеосинтеза в обычных звёздах. Информацию о составе внутренностей Земли, планет и звёзд, оче видно, нельзя получить непосредственно. Поэтому любой «правиль ный» ответ на такой вопрос в любом случае будет предположитель ным и должен содержать аргументацию: какие есть основания пола гать, что дело обстоит именно так — какие именно методы исследо ваний и/или наблюдения легли в основу такой аргументации. Из чего состоит ядро Земли? За время существования Земли, как планетного тела, около 2 4,6 млрд лет, произошел нагрев ее вещества, его расплавле ние, разделение по составу и концентрация наиболее плотных составляющих в центре. Основной метод исследования внутренних слоёв Земли — зон 2 дирование сейсмическими волнами и анализ градиентов скоро стей продольных и поперечных S-волн. Дополнительно — моделирование движения полюсов, приливов 1 и прецессии тела Земли. Внутреннее кристаллическое ядро (глубина от 6371 до 5120 км) 3 состоит в основном из железа и никеля, плотность 13 г/см3, давление 3,5 · 106 атм, температура ≈ 6400 К. 191 Внешнее жидкое ядро (глубина от 4980 до 2900 км) — плот 2 ность ≈ 10 г/см3, давление ≈ 2·106 атм, температура ≈ 5000 К. Снижение скорости объёмных волн и высокая электропровод ность. Что находится в центре других планет? Метод исследования — модельные построения, для Луны — 1 частично сейсмография (на спускаемых аппаратах), гравимет рия коры и собственные движения. Резкое отличие химического состава планет земной группы от 2 солнечного — преобладание Fe, O, Si, Mg. В коре — окислы SiO , Al O . Почти полное отсутствие летучих соединений. 2 2 3 Жидкое ядро у Венеры и Меркурия. 1 Уменьшение относительной доли ядра (металлических элемен 1 тов) от Меркурия к Марсу и Луне. Планеты-гиганты (Юпитер) — солнечный состав внешних 2 слоёв (H, He), с глубиной переход водорода в жидкую и метал лическую (с 25000 км) фазу. В центре — каменное ядро раз мерами с Землю, глубже возможно также металлическое ядро. Температура в центре до 30000 К. А что в центре звёзд? Гидростатическое равновесие звезды (сила тяжести — давле 2 ние газа). Тепловое равновесие звезды (выделение энергии — перенос 2 энергии вовне). Рост давления и температуры к центру звезды. 1 Солнце — в центре (696000 км) Т = 15,5 млн. К, давление 1 ц 3 · 1011 атм., плотность 160 г/см3. Звёзды главной последовательности — гомогенные (однород 2 ные по химическому составу, зоны конвекции) от M0 (0,5 масс Солнца, Т = 8 млн. К, pp-реакция горения водорода) до B0 ц (20 масс Солнца, Т = 34 млн. К, С-цикл горения водорода). ц Красный гигант — «гелиевое ядро» без ядерных реакций (1,3 2 масс Солнца, Т = 40 млн. К, давление 3 · 1015 атм., плотность ц 3,5 · 105 г/см3). 192 Белый карлик — состояние вырожденного газа (0,9 масс 2 Солнца, радиус 10000 км, Т = 8 млн. К, давление 1018 атм., ц плотность 3 · 107 г/см3). Нейтронная звезда — вспышка сверхновой — нейтронная жид 2 кость + твёрдая кора Fe (1,4–2,7 масс Солнца, радиус 10–18 км, Т = 8 млн. К, давление 1026 атм., плотность 1015 г/см3). ц У каких звёзд могут быть железные ядра? Сжатие гелиевого ядра красного гиганта — гелиевые реакции 2 синтеза тяжёлых элементов C, O, Ne, Mg, ... — до Fe. Конвективное перемешивание слоёв выносит на поверхность 1 звезды продукты ядерных реакций из выгоревшего ядра. Металлические звезды (класс Am). 1 Вспышки гелиевого слоевого источника — продукты медлен 1 ного захвата нейтронов ядрами — Ba, Pm, Zn.