Звезды
Вселенная составлена из материи, организованной в самые разнообразные формы: газ, пыль, твердое и холодное вещество (планеты), высокотемпературные газ и плазма (звездные туманности и звезды), а также загадочная темная материя.
Звезда представляет собой массивный газово-плазменный шар, излучающий собственный свет, в отличие от планет, которые светят отраженным светом. Типичная звезда — наше Солнце. Впрочем, звезды посылают нам не только свет (видимое излучение), но тепло (инфракрасное излучение), радиоволны и другие виды электромагнитного излучения.
Звезды можно назвать главными объектами во Вселенной, ведь в них заключено более 9/10 всего наблюдаемого нами вещества. Все звезды очень далеки от нас: расстояние до каждой из них (кроме Солнца) во много раз превышает расстояние от Земли до любой из планет Солнечной системы.
Сколько звезд во Вселенной?
В 2004 ученые из Австралии попытались определить примерное количество звезд. Для расчетов они выбрали случайный квадрат неба и измерили его яркость. Полученный результат разделили на среднюю яркость одной звезды и узнали количество звезд в этом квадрате. Затем этот результат распространили на всю небесную сферу, и у них получилось, что во Вселенной находится 70 000 000 000 000 000 000 000 звезд! Это намного больше, чем общее количество песчинок на нашей планете.
Рождение и жизнь звезды
Звезды, как и живые существа, рождаются, живут и умирают. Продолжительность их жизни настолько велика (до десятков миллиардов лет), что астрономы не могут проследить жизнь хотя бы одной из них от начала до конца. Зато ученых есть возможность наблюдать за звездами, находящимися на разных стадиях развития.
Образуются звезды из газопылевых облаков. Они сжимаются, потому что частицы притягиваются друг к другу. При этом температура и плотность вещества сильно возрастает. На данной стадии это уже не облако, но еще и не звезда. Поэтому его называют протозвездой (от греч. «протос» — «первый»). Постепенно ее температура достигает нескольких миллионов градусов, и тогда начинаются термоядерные реакции. Протозвезда становится звездой и многие миллиарды лет излучает энергию.
Звезда светит до тех пор, пока ее внешние слои не начинают остывать. Постепенно истощаются запасы водорода, что приводит к затуханию термоядерных реакций в недрах звезды. Остывающие внешние слои начинают светиться красным, и звезда превращается в красного гиганта. Красный гигант продолжает терять яркость до тех пор, пока не гаснет. В зависимости от размера красные гиганты могут, например, превратиться в красного карлика, или взорваться, превратившись в белого карлика, который впоследствии либо угаснет, либо превратится в нейтронную звезду, или сжаться в черную дыру.
Какие бывают звезды?
Звезды различаются по температуре, возрасту, массе, размерам, плотности, светимости и химическому составу.
По температуре различают красные, желтые, белые, голубые. Среди них самые холодные красные: температура на поверхности такой звезды составляет не более 3000°С. Желтые звезды — к ним относится и наше Солнце — имеют температуру около 6000°С; белые «разогреты» от 10 000 до 20 000°С; голубоватые же звезды — самые горячие — раскалены более чем до 30 000°С (иногда до 100 000°С). Но это температура поверхности звезд. Внутри этих светил еще жарче — до 20 млн °С.
В зависимости от размеров звезды величают гигантами (самые большие) и карликами (наименьшие). Диаметр так называемых белых карликов может быть в 100 с лишним раз меньше диаметра Солнца, при этом масса таких звезд примерно равна солнечной. По численности такие карлики составляют от 3 до 10% звездного «населения» нашей галактики.
Чем больше звезды, тем реже они встречаются в пространстве. Особенно редки гиганты. Самыми крупными являются красные гиганты. К примеру, диаметр красной звезды Бетельгейзе из созвездия Ориона более чем в 300 раз превосходит диаметр Солнца. А красный Антарес в созвездии Скорпиона по диаметру в 450 раз больше нашего светила и даже превышает орбиту Марса.
Одной из самых больших ныне известных звезд является красный сверхгигант Мю Цефея. Внутри этой звезды могли бы уместиться орбиты планет Солнечной системы вплоть до Юпитера. Мю Цефея, также известная как «гранатовая звезда Гершеля», является красным сверхгигантом и находится в созвездии Цефея.
Около половины звезд являются одиночными (как Солнце), остальные образуют двойные (например, Сириус), тройные и более сложные системы. Чем больше звезд в системе, тем реже она встречается. Известны звездные системы из семи членов, но более сложные пока не обнаружены.
Самые яркие
- Самая яркая звезда во Вселенной — голубая звезда UW СМа.
- Самая яркая звезда на видимом небосклоне—Денеб.
- Самая яркая из ближайших звезд — Сириус.
- Самая яркая звезда в Северном полушарии — Арктур.
- Самая яркая звезда на нашем северном небе — Вега.
Межзвездные расстояния
Выражать расстояния между космическими телами в километрах неудобно. Это слишком мелкая единица измерения. Например, между Солнцем и ближайшей к нему звездой Проксима Центавра — 40 700 000 000 000 км.
Внутри Солнечной системы для измерения расстояний часто используют астрономическую единицу (а. е.). Одна астрономическая единица равна длине большой полуоси орбиты Земли. Это около 150 000 000 км. Расстояние до ближайшей звезды тогда можно записать как 270 000 а. е.
Но астрономическая единица тоже неудобна, поскольку расстояния между звездами обычно гораздо больше, чем между Солнцем и звездой Проксима Центавра. Для таких масштабов используют другие единицы: световой год и парсек. Световой год — это не время, а расстояние, проходимое светом за один земной год. В этом случае 270 000 а. е. записываются как 4,3 светового года.
Путь короче не стал, но звезда кажется как-то поближе. Большинство звезд, хорошо заметных невооруженным глазом, удалено на десятки и сотни световых лет.
Еще меньше это расстояние выглядит в парсеках (пк) — 1,32 пк (1 пк=3,26 светового года).
Что такое звездное скопление?
Звезды обычно объединяют в группы, которые называют скоплениями. Существуют шаровые и рассеянные скопления. Шаровое скопление состоит из большого количества звезд. В рассеянном их меньше, а само скопление имеет неправильную форму.
Термоядерные реакции
Звезду можно представить как гигантский ядерный очаг. Термоядерная реакция внутри нее превращает водород в гелий в ходе слияния (синтеза) ядер водорода, благодаря чему рождается столь необходимая для звезды энергия. Атомные ядра водорода — протоны — объединяются в ядра атомов гелия с двумя нейтронами. Однако протоны — электрически заряженные элементарные частицы, которые при приближении отталкиваются друг от друга. Так что из двух протонов новое ядро не построишь. Нужен какой-то элемент, причем более крепкий, чем силы электрического отталкивания. Эту роль в атомных ядрах играет другая ядерная частица — нейтрон.
Ядро обычного атома водорода имеет всего один протон. Но у его разновидностей — дейтерия и трития — в ядрах кроме одного протона имеется и нейтрон: у дейтерия один, а у трития два. Оба они также присутствуют в недрах звезд.
Атом дейтерия соединяется с атомом трития, образуя атом гелия и свободный нейтрон. Именно из гелия и формируется ядро звезды. В нем также содержатся более тяжелые химические элементы (например, железо), которые были захвачены из «материнской» туманности или же образуются во время термоядерных реакций. В результате этого процесса высвобождается огромное количество энергии.
Скорость протекания ядерного синтеза пропорциональна массе звезды в четвертой степени. Это значит, что если масса одной звезды больше массы второй в два раза, то на первой ядерное топливо горит в 16 раз (2 в четвертой степени) раз быстрее.
Следовательно, массивные звезды сгорают быстрее. Самые тяжелые сжигают весь водород за несколько сотен тысяч лет, а легкие красные звезды могут «тлеть» несколько миллиардов лет.
Если говорить о возрасте, то молодыми считаются звезды очень большой массы и очень высокой светимости, то есть те, которые излучают энергии во много раз больше, чем Солнце. Они гораздо моложе нашего светила, потому что столь интенсивно теряют энергию, что в состоянии существовать только сравнительно короткое по астрономическим масштабам время. Недавно возникшие звезды — это, прежде всего, гигантские горячие звезды голубоватого цвета, так называемые голубые сверхгиганты.
Источник
Звезды
На протяжении веков каждую ночь мы видим в небе загадочные огоньки – звезды нашей Вселенной. В древности люди видели фигуры животных в скоплениях звезд, и позже они начали называться созвездиями. На текущий момент ученые выделяют 88 созвездий, которые разделяют ночное небо на участки. Звезды – это источники энергии и света для Солнечной системы. Они способны создавать тяжелые элементы, которые необходимы для начала жизни. Таким образом, Солнце дарит свое тепло всему живому на планете. Степень яркости звезд определяется их размерами.
Звезда Canis Majoris из созвездия Большого Пса является самой крупной во Вселенной. Она находится в 5 тыс. световых лет от Солнечной системы. Ее диаметр – 2,9 миллиарда километров.
Конечно же, не все звезды в Космосе такие огромные. Есть и звезды-карлики. Величину звезд ученые оценивают по шкале – чем звезда ярче, тем ее номер меньше. Самая яркая звезда в ночном небе Сириус. По цветам звезды делятся на классы, которые указывают на их температуру. К классу О относятся самые горячие, они голубого цвета. Звезды красного цвета являются самыми холодными.
Следует заметить, что звезды не мерцают. Этот эффект похож на то, что мы наблюдаем в жаркие дни лета, посмотрев на раскаленный бетон или асфальт. Кажется, что мы смотрим через дрожащее стекло. Этот же процесс вызывает иллюзию мерцания звезды. Чем ближе она к нашей планете, тем больше она «мерцает».
Виды звезд
Главная последовательность – время существования звезды, которое зависит от ее размера. Маленькие звезды сияют дольше, крупные, наоборот, меньше. Массивным звездам топлива хватит на пару сотен тысяч лет, а малые будут гореть на протяжении миллиардов лет.
Красный гигант – большая звезда оранжевого или красноватого оттенка. Звезды этого типа очень крупных размеров, которые превышают обычные в сотни раз. Самые массивные из них становятся сверхгигантами. Бетельгейзе, из созвездия Орион, является самой яркой среди красных супергигантов.
Белый карлик – это остатки обычной звезды, после красного гиганта. Эти звезды довольно плотные. Их размер не больше нашей планеты, но их массу можно сравнить с Солнцем. Температура белых карликов достигает 100 тыс. градусов и больше.
Коричневые карлики еще называют субзвездами. Это газовые массивные шары, которые больше Юпитера и меньше Солнца. Эти звезды не излучают тепла и света. Они являют собой темный сгусток материи.
Цефеида. Цикл ее пульсации колеблется между несколькими секундами и несколькими годами. Все зависит от разновидности переменной звезды. Цефеиды изменяют свою светимость в конце жизни и в начале. Они могут быть внешними и внутренними.
Большинство звезд – это часть звездных систем. Двойные звезды – две гравитационно связанные звезды. Ученые доказали, что у половины звезд галактики есть пара. Они могут затмевать друг друга, потому что их орбиты находятся под малым углом к лучу зрения.
Новые звезды. Это тип катаклизмических переменных звезд. Их блеск меняется не так резко, по сравнению со сверхновыми. В нашей галактике выделяют две группы новых звезд: новые балджа (медленные и слабее) и новые диска (быстрее и ярче).
Сверхновые. Звезды, которые заканчивают эволюцию во взрывном процессе. Этим термином были названы звезды, которые вспыхнули сильнее новых. Но ни одни, ни другие не являются новыми. Всегда вспыхивают звезды, которые уже существуют.
Гиперновые. Это очень крупная сверхновая звезда. Теоретически они могли бы создать Земле серьезную угрозу сильной вспышкой, но на данный момент подобных звезд поблизости нашей планеты нет.
Цикл жизни звезд
Звезда берет свое начало в виде облака газа и пыли, которое называют туманностью. Взрывная волна сверхновой или гравитация соседней звезды способна заставить ее сжиматься. Элементы облака собираются в плотную область, которая называется протозвездой. При следующем сжатии она нагревается и достигает критической массы. После происходит ядерный процесс, и звезда проходит все фазы существования. Первый является самым стабильным и долгим. Но со временем топливо заканчивается, и мелкая звезда становится красным гигантом, а большая – красным супергигантом. Эта фаза будет длиться, пока топливо полностью не закончится. Туманность, которая останется после звезды, может расширяться на протяжении миллионов лет. После чего на нее подействует взрывная волна или гравитация, и все повторится сначала.
Основные процессы и характеристики
Звезда имеет два параметра, которые определяют все внутренние процессы, – химический состав и масса. Задав их одиночной звезде, можно предсказать спектр, блеск и внутреннюю структуру звезды.
Расстояние
Есть много способов для определения расстояний до звезды. Самый точный – измерение параллаксов. До звезды Веги расстояние измерил астроном Василий Струве в 1873. Если звезда находится в звездном скоплении, расстояние до звезды можно принять равным расстоянию до скопления. Если звезда из класса цефеид, расстояние можно вычислить из зависимости абсолютная звездная величина – период пульсации. Чтобы определить расстояние к далеким звездам, астрономы используют фотометрию.
Масса
Точная масса звезды определяется, если это компонент двойной звезды. Для этого используется третий закон Кеплера. Также можно косвенно определить массу, к примеру, из зависимости светимость – масса. В 2010 году ученые предложили еще один способ вычисления массы. Он основывается на наблюдениях за прохождением планеты со спутником по диску звезды. Применив законы Кеплера и изучив все данные, определяют плотность и массу звезды, период вращения спутника и планеты и другие характеристики. На данный момент этот способ использовался на практике.
Химический состав
Химический состав зависит от вида звезды и ее массы. Крупные звезды не обладают элементами тяжелее гелия, а красные и желтые карлики относительно на них богаты. Это помогает звезде зажечься.
Структура
Выделяют три внутренние зоны: конвективную, ядро и зону лучистого переноса.
Конвективная зона. Здесь за счет конвенции происходит перенос энергии.
Ядро – центральная часть звезды, где проходят ядерные реакции.
Лучистая зона. Здесь перенос энергии происходит благодаря излучению фотонов. У малых звезд эта зона отсутствует, у крупных находится между конвективной зоной и ядром.
Атмосфера находится над поверхностью звезды. Она состоит из трех частей – хромосферы, фотосферы и короны. Фотосфера является самой глубокой ее частью.
Звездный ветер
Это процесс, при котором вещество из звезды стекает в межзвездное пространство. Он играет немаловажную роль в эволюции. В результате звездного ветра масса звезды уменьшается, значит, ее жизнь полностью зависит от интенсивности этого процесса.
Принципы обозначения звезд и каталоги
В галактике находится больше 200 миллиардов звезд. На фотоснимках крупных телескопов их настолько много, что не имеет смысла давать им всем имена и даже считать. Примерно 0,01 процента звезд нашей галактики занесено в каталоги. У каждого народа самые яркие звезды получили имена. К примеру, Алголь, Ригель, Альдебаран, Денеб и другие происходят с арабского.
В Уранометрии Байера звезды обозначаются буквами греч. алфавита в порядке убывания блеска (α – самая яркая, β – вторая по блеску). Если греческого алфавита не хватало, использовался латинский. Некоторые звезды называют именами ученых, которые описывали их уникальные свойства.
Большая Медведица
Созвездие Большая Медведица являет собой 7 эффектных звезд, которые отыскать на небе довольно просто. Помимо этих, в созвездии насчитывается еще 125 звезд. Это созвездие одно из самых крупных и захватывает на небе 1280 кв. градусов. Ученые выяснили, что звезды ковша находятся от нас на неравном расстоянии.
Ближе всех расположена звезда Алиот, самая дальняя – Бенетнаш. Для любителей астрономии это созвездие способно служить «тренировочным полигоном»:
· Благодаря Большой Медведице можно с легкостью найти и другие созвездия.
· В течение года оно четко показывает обращение неба за сутки и перестроение его вида.
· Если запомнить угловые расстояния между звездами, можно проводить угловые приближенные измерения.
· Имея едва ощутимый телескоп, можно рассмотреть переменные и двойные звезды в Большой Медведице.
Легенды и мифы созвездия
«Ковш» известен нам с давних времен. Древние греки утверждали, что это нимфа Калисто, которая была спутницей Артемиды и возлюбленной Зевса. Она проигнорировала правила и навлекла немилость богини. Та обратила ее в медведицу и натравила собак. Чтобы возлюбленная Зевса была в безопасности, он поднял ее на небо. Событие это темное, и каждый раз в эту историю пытаются добавить что-то новое, как, например, подругу нимфы Каллисто, которую превратили в Малую Медведицу.
Источник