Температура звезды
Возможно, вы не знали, что цвет звезды напрямую зависит от температуры небесного тела. Еще более удивительно, что наиболее холодные – красные, а максимально раскаленные – синие. Но цвет играет роль индикатора, а вот на саму температуру влияет масса. Внимательно изучите нижнюю таблицу и отметьте зависимость цвета звезды от температуры.
Если брать наиболее распространенный вид звезд, то это красные карлики. Их обычная масса достигает 7.5% солнечной (50% – максимум). Из-за этого они расходуют водородный запас очень медленно. Например, красный карлик при массе в 10% от солнечной способен просуществовать 10 триллионов лет. Согласитесь, это приличное число по сравнению с солнечными 12 миллиардами. Поверхностная температура повышается до 3500 Кельвинов.
Зависимость цвета звезды от ее температуры
Солнце – желтый карлик с поверхностной температурой 5800 Кельвинов. Из-за этого большая часть света высвобождается в желтом/белом свете. Пребывает в главной последовательности 4.5 миллиардов лет и пробудет в этой стадии еще примерно 7 миллиардов лет.
График зависимости цвета звезды от температуры ее поверхности
Максимально горячие звезды – синие. Их температурные показатели начинаются с отметки в 10000 К и могут достигать 40000 К. На поверхности накапливается такое огромное количество энергии, что их можно отнести к ультрафиолетовым звездам, чей свет не улавливается без использования техники. Выходит, что вы для определения температуры звезд можете использовать ее цвет, а затем уже ориентироваться по массе и прочим характеристикам.
Источник
Температура звезд и от чего она зависит
Как известно, температура внутри звезд очень высокая. Ведь благодаря ей и запускаются термоядерные реакции. При сжатии молекулярного облака гравитационными силами происходит нагрев, который при достаточной массе молекул всё увеличивается и увеличивается. Так, начинается синтез гелия из водорода или, проще говоря, рождается звезда.
Рождение звезды
Несмотря на то, что все облака состоят из молекул водорода, они отличаются друг от друга количеством его частиц. В итоге получается разная масса протозвезд. Хотя процесс формирования светил примерно одинаковый.
Главным образом, температура звезд повышается при их начальном образовании, а затем при реакциях, происходящих в их ядре. В свою очередь, тепло, производимое в центральной части светила, поднимается и в его верхние слои (то есть на поверхность). А так как у разных тел она разная в недрах, соответственно, она отличается и на поверхности.
Стоит отметить, что внутри и снаружи нагрев светила не может быть одинаковым. Что интересно, звёздная корона (внешняя часть атмосферы) во много раз горячее нижних атмосферных слоёв, но, разумеется, ядерный жар самый высокий.
Структура звезды
От чего зависит температура звезды
В действительности, она обуславливается двумя основными факторами.
Во-первых, уровнем производимой ядром энергии. По данным учёных, ядро разогревается до 15 млн градусов. Однако излучается только тепло, полученное в результате термоядерных реакций. А вот энергия от гравитационного сжатия остаётся в самом центре. Таким образом, температура поверхности звезд напрямую зависит от силы внутренних процессов, а также какие элементы в них задействованы. Например, если происходит синтез не только гелия из водорода, но и синтез с участием тяжёлых элементов, то и излучающая энергия будет в разы больше. Как следствие, поверхностный нагрев увеличится.
А во-вторых, важное значение имеет площадь поверхности, которая излучает внутреннюю энергию. Дело в том, что звёздные объекты производят и в то же время отдают энергию в космическое пространство. И сколько они её отдадут, зависит от внешней оболочки, то есть от излучаемой поверхности.
Когда у звёзд расширяются внешние границы, увеличивается и ядро. А чем оно плотнее, тем горячее. Но так лишь внутри, а снаружи (в фотосфере) такие звезды имеют низкую температуру. Проще говоря, чем больше площадь, тем больше энергетический расход.
Помимо этого, прослеживается связь размеров, масс, светимостей и температур звёздных объектов. К примеру, чем массивнее звёздное тело, тем выше его светимость, а значит и нагрев. Стоит отметить, что температура звезды определяет её цвет. Взаимосвязь характеристик светил отображена на диаграмме Герцшпрунга-Расела.
Диаграмма Герцшпрунга — Рассела
Как видно, спектральные классы отличаются между собой набором характеристик.
Как определить и в чем измеряется температура звезд
Стоит отметить, что для данной характеристики используют эффективную величину нагретости тела. Другими словами, насколько горячий объект, настолько он излучает энергию. В случае со звёздными телами, их накал даёт характеристику светимости.
А вот для определения эффективной температуры звезд применяют закон Стефана-Больцмана. Он гласит, что мощность излучения нагретого тела прямо пропорциональна площади поверхности и температуры четвёртой степени.
P=σST⁴
где σ — это постоянный коэффициент 5,7*10-8,
S — площадь, а P — излучаемая мощность.
На самом деле, определяется температура звезд в Кельвинах (К). Правда, можно перевести в градусы Цельсия (С).
Какие температуры поверхности могут иметь звезды
По оценке учёных, показатели отдельных светил разные. Более холодные обладают теплом 2000-5000 К, средняя температура (у жёлтых и оранжевых) тел составляет 5000-7500 К, а горячие представители достигают значений 7500-80000 К.
Наос (самая горячая звезда)
Какие звезды имеют самую низкую температуру
Наименьшую температуру поверхности имеют звезды красных цветов. Правда, называть их холодными не совсем точно. Потому как их нагретость равняется 2000-3000К.
Звезда Барнарда (одна из самых холодных звёзд)
У какого типа звезд наибольшая температура
Как вы думаете, какая температура на поверхности самых горячих звезд?
Между прочим, наиболее жаркие светила имеют голубой или белый цвет. Хотя самый высокий уровень у синих. Только вдумайтесь, их уровень тепла может достигать 40000К.
Итак, мы выяснили, что температура и размеры звёзд могут быть разными. Вдобавок их характеристики связаны между собой.
Также очевидно, что температура в центре звезды отличается от температуры поверхности, которые они могут иметь. Это лишний раз доказывает, что каждый небесный объект уникален. Даже если одни его свойства схожи с другими телами, обязательно будет отличие в каком-либо другом параметре.
Источник
Астрономия. Вычисление температуры звезд.
Вычисление температуры звезд производится по их излучению с помощью тех или иных теоретических предположений.
Эффективная температура ТЕ звезды является температурой абсолютно черного тела, размеры которого аналогичны размерам звезды и полное излучение которого идентично полному излучению звезды.
Этот параметр, характеризует светимость (полную мощность излучения) небесного тела.
Эффективная температура звезды вычисляется из закона Стефана – Больцмана. В соответствии с этим законом светимость L сферического абсолютно чёрного тела с радиусом R, отсюда площадь излучающей поверхности, вычисляется по формуле:
L = 4 π R 2 σ Т 4 Е ,
где σ— это постоянная Стефана-Больцмана, составляет 5,67·10 -8 Вт/(м 2 К 4 ).
Таким образом, эффективная температура объекта равняется температуре абсолютно чёрного тела, с единицы поверхности которого в единицу времени излучается энергия L /4 πR.
Когда известно относительное распределение интенсивности излучения звезды во всем видимом диапазоне, то цветовую температуру звезды можно определить по закону Вина.
Согласно закону Вина, длина волны на которую приходится максимум излучения нагретого тела обратно пропорционально абсолютной температуре:
Источник
Все о температуре и цвете звезд.
Легко заметить, что звезды имеют различные цвета — одни белые, другие желтые, третьи красные и т. п. Белый цвет имеют, например, Сириус и Вега, желтый — Капелла, красный — Бетельгейзе и Антарес. Звезды различных цветов имеют различные спектры и различные температуры. Подобно накаливаемому куску железа, белые звезды более горячие, а красные — менее.
Установлено, что наиболее горячими являются голубые, затем белые звезды. Температура их поверхностей составляет от 10 000 до 30 000° С, но иногда встречаются и более горячие звезды с температурой до — 100 000° С. Желтые звезды холоднее: температура их поверхностей около 6000° С. Наименее раскалены красные звезды: температура их поверхностей всего 3000° С, а иногда даже 2000° С и менее. В недрах звезд, как и в недрах Солнца, температура доходит до многих миллионов градусов.
Сравнивая Солнце по спектру и по температуре со звездами, мы приходим к заключению, что Солнце является желтой звездой средней температуры (6000° С).
Кроме различия в температурах по спектрам звезд, обнаруживают и некоторые различия в их химическом составе, который у всех звезд в общем сходен и близок к химическому составу Солнца и Земли. Изучая звездные спектры, мы обнаруживаем на звездах те же химические элементы, которые нам известны на Земле и на Солнце. Это подтверждает материальное единство вещества, из которого состоят Земля и другие небесные тела, и опровергает религиозные утверждения о различии между земным и небесным.
Существуют звезды, которые по светимости принадлежат к звездам-карликам, имеют белый цвет и высокую температуру. По размерам белые звезды-карлики являются наименьшими из звезд (иногда даже меньше Земли). Примером белого карлика является спутник Сириуса. Эта слабая звезда обращается около Сириуса подобно планете, однако ее масса почти равна массе Солнца, и она (звезда) излучает собственный свет.
Большинство звезд подчиняется важной закономерности — чем больше их масса, тем больше и их светимость. Эта связь отражает физические условия, при которых могут устойчиво существовать звезды.
Массы звезд-гигантов больше, чем массы звезд-карликов, но различия эти не так велики, как различия в светимости. Массы тяжелых звезд раз в 10 больше массы Солнца. Крайне редки звезды с массами в несколько десятков масс Солнца. Следовательно, по своей массе Солнце тоже является средней звездой.
Чёрный карлик — это белый карлик, который остыл до температуры реликтового излучения (космического микроволнового фона), и поэтому стал невидим. В отличие от красных карликов, коричневых карликов и белых карликов, чёрные карлики — это гипотетические объекты во Вселенной.
Когда звезда эволюционировала в белого карлика , она больше не имела источника тепла и сияла всего лишь потому, что всё ещё была горячая. Как будто что-то достали из духовки. Если оставить белого карлика в покое, со временем он остынет до температуры, окружающей его среды. В отличие от сегодняшнего ужина, который остывает за счёт конвекции, теплопроводности и излучения, белый карлик охлаждается только через излучение.
Источник
Для чего измеряют температуру звёзд? Астрофизики впервые очень точно определили температуру звезды красный гигант
Как измерить температуру звезды? Ученые уже давно научились измерять температуру многих объектов во вселенной на расстоянии. Астрономы используют абсолютную шкалу температур, от 0 K (-273 град по Цельсию), с шагом в 1 кельвин. Так самая горячая звезда будет голубого цвета, менее горячая ближе к желтому цвету и холодные звезды ближе к красному цвету.
Для измерения температуры далеких объектов ученые используют приборы ночного видения, ИК радиометры. Этот прибор умеет выделять инфракрасное излучение из спектра и работает как термосканер. Чтобы найти значение температуры, зная максимальную светимость и длину волны или частоту, где интенсивность света максимальна, используют закон оптики “Закон смещения Вина”.
Наше солнце на внешних границах имеет температуру около 6000 градусов по Цельсию.
Аспирант Дайсукэ Танигути со своей командой из Токийского университета впервые смогли точно узнать температуру внешней поверхности красного гиганта. Зачем вообще это нужно? Ученые мечтают научиться прогнозировать наступление сверхновой у какой-нибудь видимой звезды, например у Бетельгейзе .
От этого красного гиганта ждут взрыва сверхновой при нашей жизни. Дело в том, что взрыв сверхновой очень редкое явление, но очень занимательное. Если ученые получат еще больше данных о сверхновой, то это может заполнить многие пробелы, да и просто нас тогда ждет множество новых открытий.
Звезды бывают разных размеров. Например, наше солнце относительно небольшое в сравнении с Бетельгейзе. Эволюция звезд очень увлекательна и тема заслуживающая отдельного разговора. Я коснусь ее кратко, чтобы было понятно для чего японские астрофизики научились точно измерять температуру красного гиганта.
Красные сверхгиганты это такой класс звезд, у которых почти закончился водород (топливо для термоядерных реакций в недрах звезды). Что происходит, когда заканчивается топливо? Звезда начинает сжиматься, в ее центральной области образуется большой избыток энергии, который уходит на синтез более тяжелых элементов, углерода, кремния, вплоть до железа. Тут стоп, железо стабилизирует звезду от коллапса (примерно на этой стадии сейчас находится Бетельгейзе). Что происходит дальше? Если звезда обладает очень большой массой, то она может продолжить дальше сжиматься и продолжится синтез более тяжелых элементов, практически всех известных, вплоть до Калифорния. Дальше звезда просто яростно разрывается вспышкой сверхновой и разбрасывает все возможные элементы по вселенной. Красота и загадка возникновения жизни. Без этого события не было бы нашей планеты, такой родной.
Особенности структуры внешней фотосферы красного гиганта до сих пор не позволяли измерить его температуру.
«Чтобы измерить температуру красных сверхгигантов, нам крайне важно найти видимое или спектральное свойство, которое станет маркером — сказала аспирант Дайсукэ Танигути из факультета астрономии Токийского университета.
И они смогли найти такой маркер, им стали спектральные линии светимости железа, а точнее учёные взяли соотношение двух соседних линий, что предсказуемо показало прямую связь с температурой. Японские ученые использовали в своей научной работе спектральный инструмент WINERED. Он работает в паре с современным телескопом.
Используя соотношение спектральных линий поглощения железа и точного расстояния до звезды (по данным космической обсерватории Gaia Европейского космического агентства), ученые нашли формулу для точного определения температуры красного гиганта. Правильность своих расчетов они потвердили подстановкой точного расстояния до звёзды, чтобы узнать её светимость (а это значение совпало с уже теоретически известным ранее). Таким образом полученные на практике данные очень точно совпали с теорией. Ученым еще предстоит много разузнать о красных гигантах. Вот и от Бетельгейзе многие ожидали вспышки сверхновой, а она вдруг неожиданно в 2019-2020 гг померкла. Теперь открытая японскими учеными методика может стать востребованной для прогноза такого масштабного события во вселенной, как вспышка сверхновой. К сожалению, я не смог найти в источнике полученные у исследователей значение температуры внешней поверхности Бетельгейзе. Ранее считалось, что температура красного гиганта имеет величину около 3600 градусов по Цельсию. Возможно скоро астрофизики узнают когда же Бетельгейзе вспыхнет сверхновой?
Ждем новых открытий. Будущее рядом.
Источники-Sensing suns | The University of Tokyo (u-tokyo.ac.jp)Источники-Sensing suns | The University of Tokyo (u-tokyo.ac.jp)Источники-Sensing suns | The University of Tokyo (u-tokyo.ac.jp)Источники- Sensing suns | The University of Tokyo (u-tokyo.ac.jp)
Источник