Сила тяжести (mg) - это сила с которой Земля притягивает тело, находящееся на её поверхности или вблизи этой поверхности. Сила тяжести направлена строго вертикально к центру Земли; в зависимости от расстояния до поверхности земного шара ускорение свободного падения (g) различно. У поверхности оно около 9,8 м/с2, а по мере удаления от поверхности g уменьшается.

Закон всемирного тяготения, предложенного в 1666 году Исааком Ньютоном.

F = G.m.M/r2, Н,
где:
F - сила гравитационного притяжения, Н,
G - коэффициент гравитационной постоянной; G = 6,7.10\-11, Н.м\2/кг\2,
m - массы Луны, m = 7,35.10\22, кг,
M - масса Земли, M = 6.10\24, кг,
r - расстояние между телами по центрам, r = 3,844.10\8, м.

F = 6,7.10\-11.7,35.10\22.6.10\24:(3,844.10\8)\2 = 295,671.10\35:14,776.10\16=
20,01.10\19, Н

Вес тела (сила веса) (Р) - это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или растягивает подвеску, при этом тело неподвижное. Вес тела и сила тяжести отличаются по своей природе: вес тела является проявлением действия межмолекулярных сил, а сила тяжести имеет гравитационную природу. При ускорении a=0, Р=mg, Н, где m - масса тела в кг; при движении вниз Р=mg-ma, Н; вверх P=mg+ma, Н; а при a=g, Р=0. Состояние тела, в котором его вес равен нулю, есть невесомость.

Рассмотрим несколько примеров:
1. На плите 1 (рис. 1) лежит тело 2. Сила веса тела Р=mg направлена строго вертикально к центру Земли, где P в Н, m в кг, g в м/с\2.

2. Тело 2 (рис. 2) поставили на плиту на боковую грань. Опять сила веса груза направлен к центру Земли. Как бы тело не стояло направление силы веса не меняется.

3. Груз 2 подняли на некоторое расстояние от Земли и удерживаем в горизонтальном положении. Сила веса тела Р направлена вниз. Для удержания тела в неподвижном состоянии прикладываем силу Т, направленную вверх, Т=Р. Третий закон: "Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению". Повернём тело на некоторый угол, тогда получим: Т+В=Р+К, где В - усилие, затраченное на поворот тела, К - сила сопротивления, возникающая при повороте тела. Следовательно, можно сказать, что на тело воздействовала сила К, которая расходовалась на разворот чего-то внутри, причём в обратную сторону. Отпускаем из рук тело на Землю. Тело падает вниз, при этом Р=0, но падая тело не разворачивается, возникает вопрос, куда расходовалась сила затраченная на поворот тела перед падением. На трение, на преодоление магнитных свойств Земли, но так ли это на самом деле? Физики ответить на этот вопрос затрудняются и, разводя руками, заявляют: "А как может быть иначе".

4. Стенд для исследования веса вращающегося тела (рис. 3): Электродвигатель 1 постоянного тока. Мультипликатор 2 (механизм, увеличивающий частоту вращения вала). Гибкий вал 3 (стальной канат в гибком рукаве, передающий вращение от мультипликатора 2 валу 4, который изготовлен с одной установки на токарном электронном станке и имеющий незначительное эксцентричное смещение оси вращения вала относительно центра окружности). Опоры 5 с наружной обоймой подшипника. Высокочувствительные электронные весы 6.

Вес вала с опорами фиксируется. Включив электродвигатель, постепенно увеличиваем силу тока и частоту вращения вала 4. При увеличении скорости вращения вес вала 4 уменьшается, а при большой частоте вращения вал становится невесомым. Опоры можно убрать, но при большой скорости вращения возникают большие центробежные силы, которые могли бы уравновесить себя, если бы валы не имели эксцентричного смещения оси вращения относительно центра окружности вала. За счёт эксцентричного вращения валы начинают вибрировать и без подшипников они не могут работать. Но куда делся вес вала?

Гипотеза: "При вращении тел в их атомах происходят существенные изменения".

Атом. Первоначально слово атом обозначало неделимую частицу на более мелкие части. Но согласно современным научным представлениям атом состоит из мелких частиц. Он состоит из электронов, протонов и нейтронов. И вполне вероятно, что ещё имеются более мелкие частицы, чем кварки, но ещё не обнаруженные современными методами исследования. Нейтроны имеются во всех атомах, но в атомах водорода они иногда отсутствуют. Атомы не имеют отчётливо выраженной внешней границы, поэтому их размеры определяют условно: по расстоянию между ядрами одинаковых атомов.

Электрон относится к самой лёгкой частицы с массой 9,11.10\-31, кг. Он имеет отрицательный электрический заряд е=1,6.10\-19 кулона, а его размер слишком мал для измерения современными методами, но считается, что его размер не превышает 10\-20, см.

Положительно заряженный протон (1,6726.10\-27, кг) в 1836 раз тяжелее электрона. А нейтрон (1,6749.10\-27, кг), не обладающий лишним электрическим зарядом, в 1839 раз тяжелее электрона. Протоны и нейтроны имеют сравнительные размеры порядка 2,5.10\-15, м., но эти размеры определены с погрешностью.

Как протоны, так и нейтроны состоят из элементарных частиц - кварков, которые являются основной составляющей материи. Существует шесть типов частиц кварков с дробным электрическим зарядом равным +2/3е или -1/3е элементарного заряда. Протоны состоят из трёх кварков: двух +2/3u-кварка и -1/3u-кварка, и одного +2/3d -кварка. Нейтрон тоже состоит из трёх кварков: двух +2/3d-кварка и -1/3d-кварка, и одного -1/3u-кварка. Из этих соотношений протон является положительно заряженной частицей, а нейтрон - нейтрален. Масса ядра является составляющей суммой всех протонов и нейтронов, а учитывая малый вес электронов, масса атома равна массе ядра.

Кварки связаны между собой силовыми ядерными взаимосвязями, которые называются глюонами, являясь элементарными частицами, переносчиками сильного взаимодействия.

Электроны в атоме притягиваются к ядру, но между ними действует кулоновское взаимодействие, описывающее силовое взаимодействие между неподвижными точечными электрическими зарядами. Эти же силы удерживают электроны внутри потенциального барьера, окружающего ядра. Считалось, что электроны в атоме движутся по орбитам, но согласно квантовой механики это неверно. В каждом теле множество молекул с атомами. Атомы зажаты между собой, в результате электроны имеют ограниченную свободу перемещения. Между протонами, нейтронами и электронами одноимённых атомов соблюдается строго определённое расстояние.

С точки зрения обычной механики это можно представить так, что между электронами как бы расположены "пружины", которые давят на электроны с небольшим усилием. Электроны начинают смещаться к ядру, сжимая по три "пружины" (две своего атома, третью из соседнего атома), а с обратной стороны действие трёх "пружин" ослабевает и между ними образуются зазоры. В результате сжатые "пружины" отбрасывают электроны в противоположные стороны от ядра. И тогда каждый электрон начинает метаться (в покое он находиться не может), образуя свободное пространство, которое значительно больше, чем электрон. Для наблюдателя электрон как бы есть и его как бы нету. Электрон в данной точке пространства в данный момент времени размыт, пульсирует.

Исследовать атом можно сканирующим туннельным электронным микроскопом при увеличении в миллион - полтора миллиона раз.

Атомы в молекулах и сами молекулы в теле увязаны взаимосвязями. На рис. 4 атомы и ядра с протонами и нейтронами изображены в горизонтальной плоскости. Положительно заряженные частицы u-кварки и d-кварки в протонах и нейтронах находятся на определенных расстояниях между собой и с соседними кварками атомов, расположенных в соседних рядах.

При развороте тела на 90 градусов, то есть тело развернулось из горизонтальной плоскости в вертикальную, тогда картина расположения кварков обязательно должна изменится. Положительные частицы кварков +2/3u-кварк и +2/3d-кварк сместятся вниз к отрицательному полю Земли, иначе и быть не может,как изображено на рис. 5. Ядро тоже деформирует и образуется эксцентричное смещение центров положительных частиц кварков относительно центра атома. Чем больше частиц кварков, тем больше эксцентриситет атома в вертикальной плоскости.

При свободном падении тела сила веса Р=0, частицы кварков перераспределяются, то есть они в горизонтальной и вертикальной плоскостях имеют одинаковую картину расположения, как изображёно на рис. 4. При ударе тела о Землю частицы кварков перераспределяются, картина их расположения меняется, как изображено на рис. 5.

Гипотеза: "Вес тела основан на электромагнитной природе взаимодействия и обеспечивается величиной смещения положительных частиц кварков в направлении к центру Земли и зависит от количества положительных кварков в атоме и теле. Смещение положительно заряженных кварков к Земле вызывает нарушение соосности атома, а суммарная сила, нарушающая соосность атома, создаёт силу веса тела".

С точки зрения обычной механики это можно представить так, что атомы в горизонтальной плоскости расположены в строевом порядке. Следующий нижний слой атомов тоже в строевом порядке, но все атомы смещены относительно верхнего слоя на половину расстояния между ними вправо и влево, вперёд и назад. И так каждый слой атомов. В невесомости расстояние между атомами строго выдержаны, и как бы между атомами расположены "пружины", которые давят на атомы с одинаковым усилием. Вес тела нулевой.

В свободно лежащем теле на Земле, "пружины" давят на атомы не с одинаковым усилием, хотя расстояния между атомам в горизонтальной и вертикальной плоскостях одинаковые. За счёт притяжения положительно заряженных кварков к отрицательно заряженной поверхности Земли, кварки нарушают соосность расположения их в атоме, что и создаёт силу веса тела на опору.

Поскольку сила тяжести равная нулю образуется при ускорении падения g=9,8 м/c\2, то через секунду скорость падения V=g.t=9,8.1=9,8 м/c. В космических кораблях такая скорость падения поддерживается постоянно, а все тела невесомые.

Тогда угловая скорость вращения вала, при которой вес вала становится равный нулю, определиться: w=V/R, рад/c, при радиусе вала R=0,01 м, w=9,8/0,01=
980 рад/с, а частота вращения вала в минуту N=30.w/3,14=9373 рад/мин.

Гипотеза: "Угловая скорость смещения u-кварк, d-кварк, глюонов и электронов (w/1) в ядре атома происходит до угловой скорости вращения вала (w), то есть w/1 меньше 980 рад/с. Если w/1 больше 980 рад/с, то вращающийся вал с нагрузкой на него становятся как бы невесомые, так как положительно заряженные частицы кварков не успевают перестроиться в направлении к центру Земли, тем более, что тела в основном построены из разных атомов".

Гипотеза: "Коэффициент гравитационной постоянной G в законе Ньютона не является постоянной величиной. При вращении тела, ось которого перпендикулярна другому телу, коэффициент G уменьшается в пределах угловой скорости вращения w/1 до 980 рад/с, а при w/1 больше 980 рад/с становится равным нулю (G=0), то есть сила тяжести равна нулю (mg=0).

Известно, что у поверхности Земли ускорение свободного падения равно
g=9,8 м/c2, при удалении от поверхности g уменьшается, а пространство-время (pv) искажается в сторону увеличения. Ньютон считал, что пространство и время есть констант, а согласно теории относительности любой объект вокруг себя искривляет пространство-время, то есть пространство и время не постоянные величины и зависят от величины ускорения свободного падения g и определяются по формуле:

Где:
G - коэффициент гравитационной постоянной, G=6,7.10\-11, Н.м\2/кг\2,

Pv=9,8/6,7.10\-11=1,46.10\11, кг/м\2,

Тогда формула силы гравитационного притяжения примет вид:

F=m.M/r\2.pv=7,35.10\22.6.10\24:(3,844.10\8)\2.1,46.10\11=
2,04.10\19, кг.

Парадокс. Если груз, лежащий на горизонтальной поверхности, перемещается от веса гири 1 кг, а по Ньютону от 1Н=9,8 кг.м/с\2, но,тогда спрашивается, где 9,8 кг, где м, где с\2? Когда мы знаем, что груз перемещался от 1 кг.

Гипотеза: "При свободном падении тела на каждом километре падения пространство-время замедляется, сила гравитационного притяжения увеличивается в зависимости от величины ускорения свободного падения".

Подвесим тело на нитке. Вытягиваясь, нитка начнёт вращать тело до тех пор пока не остановится. Усилие, затраченное на раскручивание нитки, затрачивается на пересечение положительно и отрицательно заряженных частиц кварков и электронов магнитных силовых линий Земли в горизонтальной плоскости, но на смещение соосности в атомах усилие раскручивания нитки не оказывает никакого влияния.

Автомобиль движется по дороге. Вес автомобиля распределяется на четыре колеса. Автомобиль разгоняется до скорости порядка 900 км/час, при этом угловая скорость вращения колёс будет порядка 1000 рад/с, тогда нагрузка от веса автомобиля, передаваемая через колёса на Землю, будет нулевая, но за счёт аэродинамических свойств автомобиль будет прижат к Земле, но может и взлететь, оказавшись в невесомости.

Так случилось в Крыму на трассе Джанкой - Симферополь. Гонщик на спортивной машине разогнался так, что на небольшом повороте взлетел, поднявшись на пять метров от Земли. Спортивный автомобиль срубил, словно подрезал, верхушки деревьев на расстоянии 50 - 60 метров. Испугавшись, гонщик затормозил, колёса перестали вращаться, двигатель заглох и автомобиль резко стал падать вниз срезов несколько деревьев почти под корень. Сотрудники ГАИ долго "ломали себе головы", почему несколько секунд автомобиль летел горизонтально, а не по параболе, но ни к чему не пришли.

Во всех вращающихся механизмах при изготовлении деталей изначально заложено эксцентричное смещение оси вола относительно центра окружности, что вызывает их вибрацию, поэтому износ подшипников происходит по всей поверхности диаметра обоймы подшипника, а не снизу, куда приложена сила тяжести вала. При этом усилие от вибрации превосходит вес самого вала.

В токарных станках кулачковые механизмы, зажимающие валы при обработке, сами имеют эксцентричное смещение, иначе их невозможно изготовить, поэтому и детали, изготовленные на этих станках, имеют эксцентричное смещение. Электродвигатели в основном выпускаются с частотой вращения порядка от 900 до 3500 оборотов в минуту, но вращающиеся механизмы не работают на таких частотах вращения из-за вибрации, поэтому применяют редукторы, уменьшающие частоту вращения рабочего органа.

И ещё интересный момент. На фото 6 представлена кладка камней стены древнего сооружения. Блоки идеально подогнаны друг к другу, так что человеческий волос невозможно просунуть между блоками. Спрашивается: древним строителям делать было нечего как шлифовать и подгонять блоки друг к другу? Естественно, они были не дураки и использовали бы материалы, подобно нашим кирпичам. Проще и во много раз быстрее. Но древние строители знали секрет, они могли каменные блоки превращать в текущую массу, которая подобно жидкой смоле стекала, приобретая причудливую форму, отшлифованную в атомной чистоте обработки.

Латышский иммигрант Эдуард Лидскалнин каким-то образом в одиночку построил замок из многотонных валунов. Он перемещал камни весом 30 тонн. При жизни он свой секрет не открыл, но сказал: "Я открыл секрет строения пирамид".

В одной из телевизионной передачи Игоря Прокопенко приводилась фотография старинного рисунка на камне. Художник изобразил огромный стотонный блок. Сбоку стояли священнослужители с длинными трубами и дудели в них. Естественно, что художник это изобразил с натуры, а не фантазировал. Можно считать, что древний художник оставил нашему поколению подсказку.

Священнослужители дудели в трубы, создавая определённый звук, а звук - это волны, которые резонировали с волнами кварков атомов. В результате кварки приходили в движения, происходила их раз балансировка, и сила веса блока становилась равной нулю. Два раба подхватывали ничего не весивший блок, и в сопровождении священнослужителей заносили его на верх, устанавливая в нужном месте. Священнослужители меняли программу звукового исполнения, происходило размягчение блока, и он приобретал нужную форму, так что между блоками невозможно просунуть лезвие бритвы.
[email protected]

Рецензии

Впечатляет глубина проникновения в микромир, на порядки превышающая возможности туннельного микроскопа.Вы поднимаете вопросы, которые, казалось бы,уже разрешены, но на самом деле физический смысл их далеко не прост, поэтому, ни в коей мере не претендуя на истину в последней инстанции, коснусь этих проблем, как я их понимаю.
3.возникает вопрос, куда расходовалась сила затраченная на поворот тела перед падением. На трение, на преодоление магнитных свойств Земли, но так ли это на самом деле? - Сила затрачивается на работу по преодолению силы тяжести, приложенной к телу, а также на изменение точек приложения высвобожденной инерциальной силы инертной массы самого тела.
4. Но куда делся вес вала?
Допустим, вал неподвижен.
Сила тяжести уравновешена реакцией опор. Сила тяжести на поверхности Земли - равнодействующая силы притяжения и осестремительной силы. Сила притяжения(втягивания) - взаимодействие совместного вакуумного потенциала Земли на какой-либо уровенной(геодезической) поверхности Земли с телом, находящимся на этой поверхности. Нижерасположенная уровенная поверхность имеет более высокую "плотность" вакуумного потенциала в сравнении с вышерасположенной. Нижний потенциал втягивает верхний безотносительно от того, стоит ли на верхней поверхности вал.Но там поставили вал на опорах, чтобы имел возможность вращаться. Каждая элементарная частица вала имеет собственную "монопольку" вакуумного потенциала, ориентированную по вертикали втягивания, т.е. по радиусу Земли. Как и всякое "порядочное" поле, монополька каждой частицы складывается с гравитационным полем Земли. Инертная масса этой частицы в ЭТОМ направлении не удерживаемая своей монополькой, устремляется следом за ней (или её частью). В других направлениях инертная масса этой частицы уравновешена. Итак, каждая инертная масса каждой частицы, каждого колечка вала, на всей его длине находится под воздействием втягивающего потенциала Земли, пропорционального массе частицы, и соответствующей ей высвобожденной инерциальной силы своей инертной массы.
Вал начинает вращаться.
Инертная масса нижней полусферы вала начинает подниматься выше уровенной поверхности(геодезической), увлекая за собой свою монопольку, приложенную к вакуумному потенциалу Земли на этой поверхности. Но это табу похлеще того, что два электрона не могут находиться в одном месте в одинаковом состоянии. Поэтому вакуумный потенциал поверхности, намертво удерживаемый нижними слоями вакуумного потенциала Земли, попросту сдергивает, сдирает с боков вращающегося вала эти монопольки, отправляя их на своё место внизу вала. Однако, они уже будут лишними на этой геодезической. Возникшее переполнение монопольками, вакуумный потенциал Земли вбирает в себя. Низ вала со следующими монопольками начинает подниматься, а на их место, мгновенно, из глубины вала, из опор поступают следующие порции из совместного вакуумного потенциала вала с целью удержания выскользающей из вала инертной массы частиц, находящихся под воздействием своей высвобожденной инерциальной силы. Процесс сдёргивания и пополнения повторяется многократно. К тому же вращение вала добавляет к этой силе ещё и центробежные силы. Дальнейшее вращение вала соответствующей частоты приводит к тому, что вакуумный потенциал частиц перетекает в Землю. А по всем радиусам вала его инертная масса, оставшаяся без удерживающих связей, в том числе, и межатомных, и межмолекулярных - "выстреливает" во все 360 градусов сначала своей инертностью - вал теряет вес, а потом уже и самой инертной массой, разрушая вал.
Это тот же гироскоп, только протяжённый, имеющий множество концентрических окружностей, по радиусам которых стремится вылететь его инертная масса, получившая невесомость.
Под воздействием своих высвобожденных инерциальных сил инертной массы(которые пока никто не признаёт), возможно, и взлетала когда-то "летающая тарелка" третьего рейха. С уважением.

Ежедневная аудитория портала Проза.ру - порядка 100 тысяч посетителей, которые в общей сумме просматривают более полумиллиона страниц по данным счетчика посещаемости, который расположен справа от этого текста. В каждой графе указано по две цифры: количество просмотров и количество посетителей.

Гипотезу о существовании нейтронных звезд выдвинули астрономы В.Бааде и Ф.Цвикки сразу после открытия нейтрона в 1932. Но подтвердить эту гипотезу наблюдениями удалось лишь после открытия пульсаров в 1967.

Нейтронные звезды образуются в результате гравитационного коллапса нормальных звезд с массами в несколько раз больше солнечной. Плотность нейтронной звезды близка к плотности атомного ядра, т.е. в 100 млн. раз выше плотности обычного вещества. Поэтому при своей огромной массе нейтронная звезда имеет радиус всего ок. 10 км.

Из-за малого радиуса нейтронной звезды сила тяжести на ее поверхности чрезвычайно велика: примерно в 100 млрд. раз выше, чем на Земле . От коллапса эту звезду удерживает «давление вырождения» плотного нейтронного вещества, не зависящее от его температуры. Однако если масса нейтронной звезды станет выше примерно 2 солнечных, то сила тяжести превысит это давление и звезда не сможет противостоять коллапсу .

У нейтронных звезд очень сильное магнитное поле, достигающее на поверхности 10 12 –10 13 Гс (для сравнения: у Земли ок. 1 Гс). С нейтронными звездами связывают небесные объекты двух разных типов.

Пульсары

(радиопульсары). Эти объекты строго регулярно излучают импульсы радиоволн. Механизм излучения до конца не ясен, но считают, что вращающаяся нейтронная звезда излучает радиолуч в направлении, связанном с ее магнитным полем, ось симметрии которого не совпадает с осью вращения звезды. Поэтому вращение вызывает поворот радиолуча, периодически направляющегося на Землю.

Рентгеновские двойные.

С нейтронными звездами, входящими в двойную систему с массивной нормальной звездой, связаны также пульсирующие рентгеновские источники. В таких системах газ с поверхности нормальной звезды падает на нейтронную звезду, разгоняясь до огромной скорости. При ударе о поверхность нейтронной звезды газ выделяет 10–30% своей энергии покоя, тогда как при ядерных реакциях этот показатель не достигает и 1%. Нагретая до высокой температуры поверхность нейтронной звезды становится источником рентгеновского излучения. Однако падение газа не происходит равномерно по всей поверхности: сильное магнитное поле нейтронной звезды захватывает падающий ионизованный газ и направляет его к магнитным полюсам, куда он и падает, как в воронку. Поэтому сильно нагреваются только районы полюсов, которые на вращающейся звезде становятся источниками рентгеновских импульсов. Радиоимпульсы от такой звезды уже не поступают, поскольку радиоволны поглощаются в окружающем ее газе.

Состав.

Плотность нейтронной звезды растет с глубиной. Под слоем атмосферы толщиной всего несколько сантиметров находится жидкая металлическая оболочка толщиной несколько метров, а ниже – твердая кора километровой толщины. Вещество коры напоминает обычный металл, но гораздо плотнее. В наружной части коры это в основном железо; с глубиной в его составе увеличивается доля нейтронов. Там, где плотность достигает ок. 4Ч 10 11 г/см 3 , доля нейтронов увеличивается настолько, что некоторые из них уже не входят в состав ядер, а образуют сплошную среду. Там вещество похоже на «море» из нейтронов и электронов, в которое вкраплены ядра атомов. А при плотности ок. 2Ч 10 14 г/см 3 (плотность атомного ядра) вообще исчезают отдельные ядра и остается сплошная нейтронная «жидкость» с примесью протонов и электронов. Вероятно, нейтроны и протоны ведут себя при этом как сверхтекучая жидкость, подобная жидкому гелию и сверхпроводящим металлам в земных лабораториях.

Вещества такого объекта в несколько раз превышает плотность атомного ядра (которая для тяжёлых ядер составляет в среднем 2,8⋅10 17 кг/м³). Дальнейшему гравитационному сжатию нейтронной звезды препятствует давление ядерной материи, возникающее за счёт взаимодействия нейтронов.

Многие нейтронные звёзды обладают чрезвычайно высокой скоростью вращения, - до нескольких сотен оборотов в секунду. Нейтронные звёзды возникают в результате вспышек сверхновых звёзд .

Общие сведения

Среди нейтронных звёзд с надёжно измеренными массами большинство попадает в интервал от 1,3 до 1,5 масс Солнца , что близко к значению предела Чандрасекара . Теоретически же допустимы нейтронные звёзды с массами от 0,1 до примерно 2,16 солнечных масс. Самые массивные нейтронные звёзды из известных - Vela X-1 (имеет массу не менее 1,88±0,13 солнечных масс на уровне 1σ , что соответствует уровню значимости α≈34 %) , PSR J1614–2230 en (с оценкой массы 1,97±0,04 солнечных) , и PSR J0348+0432 en (с оценкой массы 2,01±0,04 солнечных). Гравитация в нейтронных звёздах уравновешивается давлением вырожденного нейтронного газа . Максимальное значение массы нейтронной звезды задаётся пределом Оппенгеймера-Волкова , который зависит от (пока ещё плохо известного) уравнения состояния вещества в ядре звезды. Существуют теоретические предпосылки к тому, что при ещё большем увеличении плотности возможно перерождение нейтронных звёзд в кварковые .

К 2015 году открыто более 2500 нейтронных звёзд. Порядка 90 % из них - одиночные. Всего же в нашей Галактике могут существовать 10 8 -10 9 нейтронных звёзд, то есть где-то по одной на тысячу обычных звёзд. Для нейтронных звёзд характерна высокая скорость движения (как правило, сотни км/с). В результате аккреции вещества о́блака, нейтронная звезда может быть в этой ситуации видна с Земли в разных спектральных диапазонах, включая оптический, на который приходится около 0,003 % излучаемой энергии (соответствует 10 звёздной величине) .

Строение

В нейтронной звезде можно выделить пять слоёв: атмосфера, внешняя кора, внутренняя кора, внешнее ядро и внутреннее ядро.

Атмосфера нейтронной звезды - очень тонкий слой плазмы (от десятков сантиметров у горячих звёзд до миллиметров у холодных), в ней формируется тепловое излучение нейтронной звезды .

Внешняя кора состоит из ионов и электронов, её толщина достигает нескольких сотен метров. Тонкий (не более нескольких метров) приповерхностный слой горячей нейтронной звезды содержит невырожденный электронный газ, более глубокие слои - вырожденный электронный газ, с увеличением глубины он становится релятивистским и ультрарелятивистским .

Внутренняя кора состоит из электронов, свободных нейтронов и атомных ядер с избытком нейтронов. С ростом глубины доля свободных нейтронов увеличивается, а доля атомных ядер уменьшается. Толщина внутренней коры может достигать нескольких километров .

Внешнее ядро состоит из нейтронов с небольшой примесью (несколько процентов) протонов и электронов. У маломассивных нейтронных звёзд внешнее ядро может простираться до центра звезды .

У массивных нейтронных звёзд есть и внутреннее ядро. Его радиус может достигать нескольких километров, плотность в центре ядра может превышать плотность атомных ядер в 10-15 раз. Состав и уравнение состояния внутреннего ядра достоверно неизвестны. Существует несколько гипотез, три наиболее вероятные из которых - 1) кварковое ядро, в котором нейтроны разваливаются на составляющие их верхние и нижние кварки; 2) гиперонное ядро из барионов, включающих в себя странные кварки; и 3) каонное ядро, состоящее из двухкварковых мезонов, включающих в себя странные (анти)кварки. Однако в настоящее время невозможно подтвердить или опровергнуть ни одну из этих гипотез .

Остывание нейтронных звёзд

В момент рождения нейтронной звезды (в результате вспышки сверхновой), её температура очень высока - порядка 10 11 K (то есть на 4 порядка выше температуры в центре Солнца), но она очень быстро падает за счёт нейтринного охлаждения . Всего за несколько минут температура падает с 10 11 до 10 9 K, за месяц - до 10 8 K. Затем нейтринная светимость резко снижается (она очень сильно зависит от температуры), и охлаждение происходит гораздо медленнее за счёт фотонного (теплового) излучения поверхности. Температура поверхности известных нейтронных звёзд, у которых её удалось измерить, составляет порядка 10 5 -10 6 K (хотя ядро, видимо, гораздо горячее) .

История открытия

Нейтронные звёзды - один из немногих классов космических объектов , которые были теоретически предсказаны до открытия наблюдателями.

Впервые мысль о существовании звёзд с увеличенной плотностью ещё до открытия нейтрона, сделанного Чедвиком в начале февраля 1932 года, высказал известный советский учёный Лев Ландау . Так, в своей статье «О теории звёзд» , написанной в феврале 1931 года и по неизвестным причинам запоздало опубликованной 29 февраля 1932 года (более чем через год), он пишет: «Мы ожидаем, что всё это [нарушение законов квантовой механики] должно проявляться, когда плотность материи станет столь большой, что атомные ядра придут в тесный контакт, образовав одно гигантское ядро».

«Пропеллер»

Скорость вращения уже недостаточна для эжекции частиц, поэтому такая звезда не может быть радиопульсаром . Однако скорость вращения всё ещё велика, и захваченная магнитным полем окружающая нейтронную звезду материя не может упасть, то есть аккреция вещества не происходит. Нейтронные звёзды данного типа практически не имеют наблюдаемых проявлений и изучены плохо.

Аккретор (рентгеновский пульсар)

Скорость вращения снижается настолько, что веществу теперь ничего не препятствует падать на такую нейтронную звезду. Падая, вещество, уже будучи в состоянии плазмы, движется по линиям магнитного поля и ударяется о твёрдую поверхность тела нейтронной звезды в районе её полюсов, разогреваясь до десятков миллионов градусов. Вещество, нагретое до столь высоких температур, ярко светится в рентгеновском диапазоне . Область, в которой происходит столкновение падающего вещества с поверхностью тела нейтронной звезды, очень мала - всего около 100 метров. Это горячее пятно из-за вращения звезды периодически пропадает из вида, поэтому наблюдаются регулярные пульсации рентген-излучения. Такие объекты и называются рентгеновскими пульсарами .

Георотатор

Скорость вращения таких нейтронных звёзд мала и не препятствует аккреции. Но размеры магнитосферы таковы, что плазма останавливается магнитным полем раньше, чем она будет захвачена гравитацией. Подобный механизм работает в магнитосфере Земли , из-за чего данный тип нейтронных звёзд и получил своё название.

Примечания

1. Дмитрий Трунин. Астрофизики уточнили предельную массу нейтронных звезд (неопр.) . nplus1.ru. Дата обращения 18 января 2018.
2. H. Quaintrell и др. The mass of the neutron star in Vela X-1 and tidally induced non-radial oscillations in GP Vel // Astronomy and Astrophysics. - апрель 2003. - № 401 . - С. 313-323 . - arXiv :astro-ph/0301243 .
3. P. B. Demorest, T. Pennucci, S. M. Ransom, M. S. E. Roberts & J. W. T. Hessels. A two-solar-mass neutron star measured using Shapiro delay (англ.) // Nature. - 2010. - Vol. 467 . - P. 1081-1083 .

НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА
звезда, в основном состоящая из нейтронов. Нейтрон - это нейтральная субатомная частица, одна из главных составляющих вещества. Гипотезу о существовании нейтронных звезд выдвинули астрономы В.Бааде и Ф.Цвикки сразу после открытия нейтрона в 1932. Но подтвердить эту гипотезу наблюдениями удалось лишь после открытия пульсаров в 1967.
См. также ПУЛЬСАР . Нейтронные звезды образуются в результате гравитационного коллапса нормальных звезд с массами в несколько раз больше солнечной. Плотность нейтронной звезды близка к плотности атомного ядра, т.е. в 100 млн. раз выше плотности обычного вещества. Поэтому при своей огромной массе нейтронная звезда имеет радиус всего ок. 10 км. Из-за малого радиуса нейтронной звезды сила тяжести на ее поверхности чрезвычайно велика: примерно в 100 млрд. раз выше, чем на Земле. От коллапса эту звезду удерживает "давление вырождения" плотного нейтронного вещества, не зависящее от его температуры. Однако если масса нейтронной звезды станет выше примерно 2 солнечных, то сила тяжести превысит это давление и звезда не сможет противостоять коллапсу.
См. также ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС . У нейтронных звезд очень сильное магнитное поле, достигающее на поверхности 10 12-10 13 Гс (для сравнения: у Земли ок. 1 Гс). С нейтронными звездами связывают небесные объекты двух разных типов.
Пульсары (радиопульсары). Эти объекты строго регулярно излучают импульсы радиоволн. Механизм излучения до конца не ясен, но считают, что вращающаяся нейтронная звезда излучает радиолуч в направлении, связанном с ее магнитным полем, ось симметрии которого не совпадает с осью вращения звезды. Поэтому вращение вызывает поворот радиолуча, периодически направляющегося на Землю.
Рентгеновские двойные. С нейтронными звездами, входящими в двойную систему с массивной нормальной звездой, связаны также пульсирующие рентгеновские источники. В таких системах газ с поверхности нормальной звезды падает на нейтронную звезду, разгоняясь до огромной скорости. При ударе о поверхность нейтронной звезды газ выделяет 10-30% своей энергии покоя, тогда как при ядерных реакциях этот показатель не достигает и 1%. Нагретая до высокой температуры поверхность нейтронной звезды становится источником рентгеновского излучения. Однако падение газа не происходит равномерно по всей поверхности: сильное магнитное поле нейтронной звезды захватывает падающий ионизованный газ и направляет его к магнитным полюсам, куда он и падает, как в воронку. Поэтому сильно нагреваются только районы полюсов, которые на вращающейся звезде становятся источниками рентгеновских импульсов. Радиоимпульсы от такой звезды уже не поступают, поскольку радиоволны поглощаются в окружающем ее газе.
Состав. Плотность нейтронной звезды растет с глубиной. Под слоем атмосферы толщиной всего несколько сантиметров находится жидкая металлическая оболочка толщиной несколько метров, а ниже - твердая кора километровой толщины. Вещество коры напоминает обычный металл, но гораздо плотнее. В наружной части коры это в основном железо; с глубиной в его составе увеличивается доля нейтронов. Там, где плотность достигает ок. 4*10 11 г/см3, доля нейтронов увеличивается настолько, что некоторые из них уже не входят в состав ядер, а образуют сплошную среду. Там вещество похоже на "море" из нейтронов и электронов, в которое вкраплены ядра атомов. А при плотности ок. 2*10 14 г/см3 (плотность атомного ядра) вообще исчезают отдельные ядра и остается сплошная нейтронная "жидкость" с примесью протонов и электронов. Вероятно, нейтроны и протоны ведут себя при этом как сверхтекучая жидкость, подобная жидкому гелию и сверхпроводящим металлам в земных лабораториях.

При еще более высоких плотностях в нейтронной звезде образуются наиболее необычные формы вещества. Может быть, нейтроны и протоны распадаются на еще более мелкие частицы - кварки; возможно также, что рождается много пи-мезонов, которые образуют так называемый пионный конденсат.
См. также
ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ;
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ ;
СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ .
ЛИТЕРАТУРА
Дайсон Ф., Тер Хаар Д. Нейтронные звезды и пульсары. М., 1973 Липунов В.М. Астрофизика нейтронных звезд. М., 1987

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Смотреть что такое "НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА" в других словарях:

НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА, очень маленькая звезда с большой плотностью, состоящая из НЕЙТРОНОВ. Является последней стадией эволюции многих звезд. Нейтронные звезды образуются, когда массивная звезда вспыхивает в качестве СВЕРХНОВОЙ звезды, взрывая свои… … Научно-технический энциклопедический словарь

Звезда, вещество которой, согласно теоретическим представлениям, состоит в основном из нейтронов. Нейтронизация вещества связана с гравитационным коллапсом звезды после исчерпания в ней ядерного горючего. Средняя плотность нейтронных звезд 2.1017 … Большой Энциклопедический словарь

Строение нейтронной звезды. Нейтронная звезда астрономический объект, являющийся одним из конечных продук … Википедия

Звезда, вещество которой согласно теоретическим представлениям состоит в основном из нейтронов. Средняя плотность такой звезды Нейтронная звезда2·1017 кг/м3, средний радиус 20 км. Обнаруживается по импульсному радиоизлучению см. Пульсары … Астрономический словарь

Звезда, вещество которой, согласно теоретическим представлениям, состоит в основном из нейтронов. Нейтронизация вещества связана с гравитационным коллапсом звезды после исчерпания в ней ядерного горючего. Средняя плотность нейтронной звезды… … Энциклопедический словарь

Гидростатически равновесная звезда, в во к рой состоит в осн. из нейтронов. Образуется в результате превращения протонов в нейтроны при гравитац. коллапсе на конечных стадиях эволюции достаточно массивных звёзд (с массой, в неск. раз превышающей… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Нейтронная звезда - одна из стадий эволюции звезд, когда в результате гравитационного коллапса она сжимается до таких малых размеров (радиус шара 10 20 км), что электроны оказываются вдавленными в ядра атомов и нейтрализуют их заряд, все вещество звезды становится… … Начала современного естествознания

Калвера Нейтронная звезда. Была обнаружена астрономами из Пенсильванского государественного университета США и канадского университета Макгилла в созвездии Малой медвидице. Звезда необычна по своим характеристикам и не похожа ни на одну… … Википедия

- (англ. runaway star) звезда, которая движется с аномально высокой скоростью по отношению к окружающей межзвездной среде. Собственное движение подобной звезды часто указывается именно относительно звездной ассоциации, членом которой… … Википедия

Художественное изображение звезды Вольфа Райе Звёзды Вольфа Райе класс звёзд, для которых характерны очень высокая температура и светимость; звёзды Вольфа Райе отличаются от других горячих звёзд наличием в спектре широких полос излучения водорода … Википедия

При достаточно высоких плотностях равновесие звезды начинает нарушаться процессом нейтронизации звёздного вещества. Как известно, при b - -распаде ядра часть энергии уносится электроном, а остальная часть – нейтрино. Эта суммарная энергия определяет верхнюю энергию b - -распада . В том случае, когда энергия Ферми превышает верхнюю энергию b - -распада, то становится весьма вероятным процесс, обратный b - -распаду: ядро поглощает электрон (электронный захват). В результате последовательности таких процессов концентрация электронов в звезде уменьшается, при этом уменьшается и давление вырожденного электронного газа, поддерживающего звезду в равновесии. Это ведёт к дальнейшему гравитационному сжатию звезды, а с ним и к дальнейшему повышению средней и максимальной энергии вырожденного электронного газа - вероятность захвата электронов ядрами возрастает. В конце концов, нейтронов может накопиться так много, что звезда будет состоять преимущественно из нейтронов. Такие звёзды называются нейтронными . Нейтронная звезда не может состоять из одних нейтронов, так как необходимо давление электронного газа, чтобы предотвратить превращение нейтронов в протоны. В нейтронной звезде имеется небольшая примесь (около 1¸2%) электронов и протонов. Благодаря тому, что нейтроны не испытывают кулоновского отталкивания, средняя плотность вещества внутри нейтронной звезды очень высока - примерно такая же, как в атомных ядрах. При такой плотности радиус нейтронной звезды с массой порядка солнечной примерно равен 10 км. Теоретические расчёты на моделях показывают, что верхний предел массы нейтронной звезды определяется оценочной формулой М пр »(2-3)М Q .

Расчеты показывают, что при взрыве сверхновой с M ~ 25M Q остается плотное нейтронное ядро (нейтронная звезда) с массой ~ 1.6M Q . В звездах с остаточной массой M > 1.4M Q , не достигших стадии сверхновой, давление вырожденного электронного газа также не в состоянии уравновесить гравитационные силы и звезда сжимается до состояния ядерной плотности. Механизм этого гравитационного коллапса тот же, что и при взрыве сверхновой. Давление и температура внутри звезды достигают таких значений, при которых электроны и протоны как бы “вдавливаются” друг в друга и в результате реакции (p + e - ®n + n e ) после выброса нейтрино образуются нейтроны, занимающие гораздо меньший фазовый объем, чем электроны. Возникает так называемая нейтронная звезда, плотность которой достигает 10 14 - 10 15 г/см 3 . Характерный размер нейтронной звезды 10 - 15 км. В некотором смысле нейтронная звезда представляет собой гигантское атомное ядро. Дальнейшему гравитационному сжатию препятствует давление ядерной материи, возникающее за счет взаимодействия нейтронов. Это также давление вырождения, как ранее в случае белого карлика, но - давление вырождения существенно более плотного нейтронного газа. Это давление в состоянии удерживать массы вплоть до 3.2M Q

Нейтрино, образующиеся в момент коллапса, довольно быстро охлаждают нейтронную звезду. Согласно теоретическим оценкам температура ее падает с 10 11 до 10 9 K за время ~ 100 с. Дальше темп остывания несколько уменьшается. Однако он достаточно высок по астрономическим масштабам. Уменьшение температуры с 10 9 до 10 8 K происходит за 100 лет и до 10 6 K - за миллион лет. Обнаружить нейтронные звезды оптическими методами довольно сложно из-за малого размера и низкой температуры.

В 1967 г. в Кембриджском университете Хьюиш и Белл открыли космические источники периодического электромагнитного излучения - пульсары. Периоды повторения импульсов большинства пульсаров лежат в интервале от 3.3·10 -2 до 4.3 с. Согласно современным представлениям, пульсары - это вращающиеся нейтронные звезды, имеющие массу 1 - 3M Q и диаметр 10 - 20 км. Только компактные объекты, имеющие свойства нейтронных звезд, могут сохранять свою форму, не разрушаясь при таких скоростях вращения. Сохранение углового момента и магнитного поля при образовании нейтронной звезды приводит к рождению быстро вращающихся пульсаров с сильным магнитным полем В магн ~ 10 12 Гс.

Считается, что нейтронная звезда имеет магнитное поле, ось которого не совпадает с осью вращения звезды. В этом случае излучение звезды (радиоволны и видимый свет) скользит по Земле как лучи маяка. Когда луч пересекает Землю, регистрируется импульс. Само излучение нейтронной звезды возникает за счет того, что заряженные частицы с поверхности звезды двигаются вовне по силовым линиям магнитного поля, испуская электромагнитные волны. Эта модель механизма радиоизлучения пульсара, впервые предложенная Голдом, показана на рис. 9.6.

Рис. 9.6 . Модель пульсара .

Если пучок излучения попадает на земного наблюдателя, то радиотелескоп фиксирует короткие импульсы радиоизлучения с периодом, равным периоду вращения нейтронной звезды. Форма импульса может быть очень сложной, что обусловлено геометрией магнитосферы нейтронной звезды и является характерной для каждого пульсара. Периоды вращения пульсаров строго постоянны и точности измерения этих периодов доходят до 14-значной цифры.

В настоящее время обнаружены пульсары, входящие в двойные системы. Если пульсар вращается по орбите вокруг второго компонента, то должны наблюдаться вариации периода пульсара вследствие эффекта Допплера. Когда пульсар приближается к наблюдателю, регистрируемый период радиоимпульсов из-за допплеровского эффекта уменьшается, а когда пульсар удаляется от нас, его период увеличивается. На основе этого явления и были обнаружены пульсары, входящие в состав двойных звезд. Для впервые обнаруженного пульсара PSR 1913 + 16, входящего в состав двойной системы, орбитальный период обращения составил 7 часов 45 мин. Собственный период обращения пульсара PSR 1913 + 16 равен 59 мс.

Излучение пульсара должно приводить к уменьшению скорости вращения нейтронной звезды. Такой эффект также был обнаружен. Нейтронная звезда, входящая в состав двойной системы, может быть и источником интенсивного рентгеновского излучения. Структура нейтронной звезды массой 1.4M Q и радиусом 16 км показана на рис. 9.7 .

I - тонкий внешний слой из плотно упакованных атомов. В областях II и III ядра расположены в виде объемно-центрированной кубической решетки. Область IV состоит в основном из нейтронов. В области V вещество может состоять из пионов и гиперонов, образуя адронную сердцевину нейтронной звезды. Отдельные детали строения нейтронной звезды в настоящее время уточняются.