Реферат на тему мир звезд
Обновлено: 04.07.2024
В ясные безоблачные ночи высоко на небе можно увидеть множество звезд. Наверно, каждый человек хоть раз задавался вопросом, откуда же берутся эти завораживающие светящиеся объекты, и что они собой представляют.
Звезды – это космические тела, гигантские шары горячего газа. Они появляются из облаков газа и пыли, находящихся в космосе. Глубоко внутри этих облаков содержится великая сила – турбулентность – которая заставляет их разрушаться под собственной силой тяжести. Всё это происходит под воздействием очень высоких температур. Вследствие чего в центре образуется кипящее ядро , которое позже и станет звездой. Вокруг ядра собирается газовая оболочка.
Когда облака разрушаются, они могут разделиться на несколько частей, из-за чего и получаются целые скопления звёзд.
После разрушения газового облака может случиться так, что не все его части войдут в состав новой звезды. Какие-то из них могут стать материалом для образования, например, планеты или астероида, или же так и остаться в виде космической пыли.
Точно так же, как и люди, звезды растут. Только очень медленно. Такой звезде, как наше Солнце требуется целых 50 000 000 лет, чтобы стать взрослой. Для того, чтобы расти, звёздам необходимо питаться. Они используют химические элементы, такие как водород и гелий, чтобы увеличивать свою энергию.
Как несложно догадаться, звезды бывают самых разных типов. Они различаются по цветам, размерам и яркости, благодаря чему их можно классифицировать. Далее будут представлены лишь некоторые, самые основные, виды звёзд. На самом же деле учёными их выделяется гораздо больше.
Красные карлики
Эти звезды самые маленькие и холодные, конечно, лишь по сравнении с другими видами звезд. Но зато живут они почти 14 миллиардов лет. И по количеству их больше всего во Вселенной. К числу красных карликов относятся Проксима Центавра, Звезда Бернарда, Вольф 359 и другие.
Жёлтые карлики
Красные гиганты
Такими звёздами являются, например, Альдебаран, Арктур, Мира и Гакрукс. Красные гиганты очень яркие. Благодаря накопленному гелию, их ядро сжимается и становится ещё горячее. Водород остаётся на поверхности, размер самой звезды увеличивается, и она начинает светить сильнее.
Голубые гиганты
Это крупные, молодые, очень горячие и яркие звезды. Они могут в десять или даже в двадцать раз превышать массу Солнца. Чтобы светить настолько ярко, они довольно быстро расходуют свою энергию, поэтом время их жизни сравнительно невелико (примерно 10 миллионов лет).
Супергиганты
В силу огромного выброса энергии, который они производят, звезды-супергиганты живут всего около одного или двух миллионов лет. Это самые крупные звезды во Вселенной, они в сотни раз превышают Солнце в размерах. Сейчас в нашей галактике таких звёзд практически не осталось, но когда-то давным-давно они встречались гораздо чаще.
Космос
Вид звездного неба завораживает. Кажется, что им можно любоваться бесконечно. Столько там таинственности и загадочности. Но что же собой представляют звезды? Какие космические объекты так называют?
Что такое звезды
Звезды – это большие небесные тела, разбросанные по всему космическому пространству. Силой взаимного притяжения в них удерживаются определенные вещества. Звезды имеют высокую температуру, благодаря чему излучают свет, который могут увидеть наблюдатели с Земли. Объекты раскалены до такой степени, что любое вещество, даже металлы, находятся в них в газообразном состоянии, а их совокупность называется плазмой.
Почему звезды светятся
Звезды светятся благодаря трансформации водорода в гелий
Все дело в разнице температур ядра и поверхности. Внутри звезды она может достигать 10 млн градусов и больше. Благодаря этому, в космическом объекте постоянно происходят термоядерные реакции, что превращает одни химические элементы в другие. К примеру, водород, из которого состоит большая часть звезд, становится в их недрах гелием. Благодаря этому возникает свечение, которое и видят земляне.
Интересный факт: человек видит на небе звезды из трех ближайших галактик: Андромеда, Треугольник и Млечный путь. Для того, чтобы посмотреть на более далекие космические объекты, нужны мощные телескопы.
Наименование звезд
Карта звездного неба с наименованиями звезд (нажать для увеличения)
Имена отдельным космическим телам и созвездиям люди стали давать еще в глубокой древности. В то время человеку небо представлялось обиталищем различных мифических существ, в честь которых им и давали названия. Большинство из них используются до сих пор.
Разительно отличаются названия созвездий в Северном и Южном полушариях. Здесь преобладают не мифические существа, а различные части кораблей и морских обитателей. Дело в том, что Южное полушарие в древнем мире было слабо известно учеными. Его активное освоение началось с эпохой великих географических открытий. Логично, что многие созвездия южного полушария были впервые обнаружены моряками, которые и давали им название, исходя из собственных предпочтений. Так на небосводе появились Киль, Корма и пр.
Отдельные звезды обозначают буквенно-цифровой аббревиатурой. Кроме того, небесные тела классифицируют по цвету и размерам. К примеру, голубые гиганты или коричневые карлики.
Формирование звезды
Схема формирования звезды
Моментом рождения звезды является объединение молекул водорода и гелия в одно облако. Оно начинает вращаться. Появляется внутренняя гравитация. Это обстоятельство ускоряет вращение.
Постепенно внешнее пространство облака начинает напоминать диск, а внутреннее – сферическое скопление. Температура материала повышается, как и его плотность. Это приводит к образованию шарообразной протозвезды.
Со временем давление и тепло повышаются до 1 млн.оС. Это приводит к слиянию атомных ядер. В этот момент и зажигается новая звезда. Небесное тело при этом практически незаметно для глаз наблюдателя, т.к. его окутывает мощное газо-пылевое облако.
Постепенно вследствие ядерного синтеза происходит преобразование некоторого количества атомной массы в энергию.
Все это время звезда из-за воздействия различных сил находится в движении. В основном она вращаются вокруг галактик или космических объектов с мощным гравитационным полем.
Интересный факт: в космосе звезды видны в любое время суток, ведь время там не разделяется на день и ночь.
Звездная эволюция
Схема эволюции звезды
У любого космического тела есть определенный цикл развития, который называется эволюцией. Большое влияние на этот процесс оказывает масса звезды. Чем больше весит объект, тем менее продолжительным будет его жизненный цикл.
Космические тела с промежуточной массой, т.е. в 1,5-8 раз тяжелее Солнца, зарождаются из облака, размер которого может достигать 100000 световых лет. Когда температура внутри достигает 3725 оС, из туманности образуется протозвезда. После начала слияния водорода она преобразуется в объект с переменными колебаниями в яркости. Благодаря сжатию силы тяжести, уравновешивается процесс расширения. Звезда начинает получать энергию от синтеза водорода, происходящего в ее ядре. На формирование объекта уходит около 10 млн. лет.
После того, как весь водород преобразовался в гелий, под действием силы гравитации материя становится ядром, которое начинает быстро нагреваться. Происходит расширение внешних слоев, которые благодаря воздействию внешней среды быстро охлаждаются. Так образуется красный гигант. Далее начинаются химические процессы с гелием. Когда он полностью преобразуется в другие вещества, ядро под действием увеличивающейся температуры расширяет оболочку. Это приводит к образованию белого карлика, температура которого может достигать 100000 оС. Продукты, необходимые для нагревания, окончательно иссякают. Поэтому объект начинает постепенно охлаждаться. Через несколько миллиардов лет он становится черным карликом и заканчивает свой жизненный путь.
Наиболее быстро эволюция протекает у звезд большой массы. От формирования объекта до окончания жизненного цикла проходит от 10000 до 100000 лет. В начале своей жизни они имеют высокую температуру, яркость и большие размеры. Звезда отличается насыщенным голубым цветом. Постепенно она становится красным сверхгигантом, внутри которого идет активное сплавление углерода в тяжелые элементы. Благодаря этому образуется железное ядро. Его ширина может достигать 6000 км. Его ядерное излучение не может сопротивляться силе притяжения.
Интересный факт: первую карту звездного неба составили примерно 3000 лет назад.
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Тёмной, безоблачной ночью на небе можно увидеть тысячи мерцающих звёзд. Звёзды – огромные раскалённые газовые шары, такие же как наше Солнце, но светят они намного слабее Солнца, потому что расположены гораздо дальше от нас. Даже от ближайших к нам звёзд свет идёт целые годы. Мы смотрим на звёзды сквозь слой воздуха, который всё время находится в движении, поэтому свет звёзд непостоянен – нам кажется, что они мерцают.
Наше Солнце – самая обычная звезда среди миллионов других звёзд. В центре всех звёзд частицы газа водорода ударяются друг о друга и выделяют огромное количество ядерной энергии. Этот процесс называют ядерным синтезом. Благодаря ему звёзды так ярко сияют. Звёзды несутся сквозь космическое пространство с колоссальными скоростями, но нам они кажутся неподвижными – это тоже следствие их невероятной удалённости от нас. Группы, которые звёзды образуют в небе, остаются неизменными. Эти группы, образующие чёткие узоры в какой-либо части небесного свода, называют созвездиями.
Одни яркие звёзды выглядят почти красными, другие – алмазно-белыми или синеватыми. Наше Солнце – жёлтая звезда. Звёзды излучают свет разного цвета, потому что один из них гораздо горячее других. Температура поверхности Солнца около 6000 0 С. Красные звёзды холоднее, а бело-голубые горячее: их температура достигает 10 000 0 С и более. Здесь приводится таблица приблизительной температуры на поверхности некоторых звёзд:
В 1997 году учёные открыли в нашей Галактике новую звезду, которая крупнее всех известных до сих пор звёзд. Она более чем в 100 тыс. раз больше нашего Солнца. Если бы эта звезда находилась в центре нашей Солнечной системы, она поглотила бы все планеты до самого Марса. С Земли эту звезду увидеть нельзя: она заслонена газом и пылью.
Гиганты и карлики
Астрономы вычислили, что звёзды сильно различаются по размерам. Самые большие звёзды называют гигантами, а самые маленькие – карликами. Солнце – небольшая звезда, но бывают звёзды и ещё меньше. Диаметр так называемых белых карликов более чем в сто раз меньше диаметра нашего Солнца.
В противоположность карликам существуют звёзды действительно колоссальных размеров, так называемые красные гиганты. Они больше нашего Солнца в сотни раз. Яркая красная звезда Бетельгейзе из созвездия Орион в 500 раз превосходит Солнце по размерам.
Солнце – одиночная звезда, но большинство звёзд двойные. Сила гравитации удерживает их вместе, и они обращаются одна относительно другой, подобно тому как планеты обращаются вокруг Солнца. Иногда одна из пары звёзд проходит непосредственно перед другой (если смотреть на них с Земли), тем самым закрывая часть излучаемого обеими звёздами света, и в результате двойная звезда на короткое время выглядит менее яркой. Самая яркая звезда на небе – Сириус – двойная.
Звёзды не живут вечно. В конце концов водородное топливо в их ядрах исчерпывается. Когда это происходит, звезда изменяется и постепенно умирает. Старые звёзды раздуваются, превращаясь в красные гиганты. Они могут развеять часть своего газа в пространстве в виде большого туманного кольца. Астрономы наблюдают такие звёзды в центрах оболочек раскалённого газа.
Возраст Солнца уже насчитывает около 5 млрд лет. Подсчитано, что это примерно середина его жизненного пути. В отдалённом будущем Солнце превратится в красного гиганта и поглотит ближайшие к нему планеты. После этого оно начнёт сжиматься и будет уменьшаться и уплотняться до тех пор, пока всё его вещество не окажется сжатым в шар размером с Землю. Тогда Солнце станет белым карликом и тихо угаснет.
Звёзды значительно более массивные, чем Солнце, заканчивают своё существование грандиозным взрывом, который называют сверхновой звездой или просто сверхновой. Когда звезда взрывается в сверхновую, с ней происходит странная вещь. Звезда сокращается так сильно, что вся её материя сплющивается в небольшое тело. Такая звезда обладает настолько мощной силой притяжения (гравитацией), что захватывает в плен всё, окружающее её , даже свет, и поглощает это навсегда. Такое явление называется чёрной дырой. Когда сверхновая появляется, она за несколько дней излучает света в миллион раз больше, чем Солнце. За последние 1000 лет в нашей Галактике было надёжно зафиксировано появление всего лишь трёх сверхновых.
В 1987 году в галактике под названием Большое Магелланово Облако взорвалась сверхновая. Эта галактика расположена очень близко к нашей и видна из стран Южного полушария.
Когда появляется сверхновая, то оставшаяся после взрыва внутренняя часть звёздного вещества превращается в звезду, излучающую радиоволны, - так называемый пульсар. Пульсары излучают радиосигналы в виде серий быстрых, коротких радиоимпульсов. Впервые их обнаружили в 1967 г. Радиоастрономы Кембриджского университета (Англия). Самый знаменитый пульсар находится в центральной части Крабовидной туманности в созвездии Тельца. Пульсар Крабовидной туманности каждую секунду излучает 30 радиоимпульсов.
Многим ярким звёздам даны имена. Большинство названий дали им ещё арабские астрономы, которые жили многие века назад. Арабские названия часто начинаются с двух букв Ал – например, Альтаир, Альдебаран, Алголь. Другие названия звёзд пришли к нам из греческого или латинского языков – например, Кастор и Поллукс, небесные близнецы в созвездии Близнецы. Часто звёзды называют также по созвездию, в котором они находятся, с добавлением греческой буквы – например, Альфа Кентавра, ближайшая к нам (после Солнца) яркая звезда. У более слабых звёзд нет собственных имён, и они известны лишь по своим номерам в каталогах.
Вряд ли когда-нибудь человек сможет сказать, что знает о звездах все. Но если учесть, что ближайшая из них удалена от нас на расстояние 149,6 млн км, то становится понятно, как много сложностей возникает у астрономов при изучении звезд. Однако, несмотря на все преграды, к настоящему времени человечество накопило массу информации об этих небесных телах, а астрономы каждый день открывают новые звезды.
То, что светящиеся точки на ночном небе — это звезды, в наши дни знают абсолютно все. А вот в глубокой древности люди по-разному воспринимали звезды. Одни считали, что у них над головой находится хрустальный купол с серебряными гвоздями, другие думали, что звезды — это глаза богов, постоянно наблюдающих за жизнью на Земле, третьи полагали, что звезды — это отверстия, сквозь которые на Землю проникает свет. И только знание законов природы и долгие наблюдения позволили понять, что же из себя представляют эти далекие и таинственные небесные тела.
Как образуется звезда?
Звезды, как и другие небесные тела, образуются из космических газопылевых облаков. Происходит это следующим образом. Мелкие пылинки притягиваются друг к другу. Постепенно их скопление становится все больше и больше. Постоянно увеличиваясь, пылевой сгусток принимает форму шара. Растет и его масса, при этом увеличивается и сила тяготения. Из-за нее возникает сжатие пылевого сгустка, внутренняя часть которого постепенно разогревается. А когда температура внутри этого образования достигает нескольких миллионов градусов, начинаются термоядерные реакции. Так рождается новая звезда!
Почему звезда горит?
Когда люди поняли, что звезда — это огненный шар, их стало интересовать, почему же она горит и не гаснет. А все потому, что звезда состоит из водорода, который, как известно, в ее ядре превращается в гелий — в результате этого процесса высвобождается огромное количество энергии в виде света. А не гаснет звезда в связи с тем, что термоядерные реакции внутри ее ядра происходят постоянно.
Иногда кажется, что звезды мерцают. Причиной такого зрительного эффекта является атмосфера нашей планеты. Лучи света, идущие от звезды к Земле , искажаются потоками воздуха , находящегося в атмосфере. Вследствие перехода из одной среды в другую луч света отклоняется , создавая эффект, будто звезда на мгновение исчезла.
Запомни: звезда излучает собственный свет. Этим она отличается от планеты , которая может только отражать свет.
Строение звезды
В самом центре звезды, в ядре, происходят термоядерные реакции, в результате которых водород превращается в гелий и выделяется энергия. Ядро окружает зона переноса излучения. Выше нее находится конвективная зона, в которой перенос энергии осуществляется за счет перемешивания вещества: холодный газ опускается, а горячий — поднимается. Конвективная зона покрыта фотосферой, которая дает основную часть излучения звезды. Такое строение является достаточно условным, так как существует большое количество типов звезд, у которых оно отличается.
Какие бывают звезды?
Звезды отличаются друг от друга по размерам, цвету, массе и температуре. Ученые делят их на красных и белых карликов, голубых и красных гигантов и супергигантов.
Красные карлики — это небольшие и относительно холодные звезды, наиболее распространенные в нашей галактике. Они не очень ярко светят и медленно сжигают свое топливо. Несмотря на явное преобладание красных карликов во Вселенной, из-за пониженной светимо
Запомни: чем больше масса звезды, тем меньше срок ее жизни. Это связано с тем, что большие звезды гораздо быстрее расходуют свое внутреннее топливо для термоядерных реакций, т.е. для поддержания собственного существования.
Как астрономы наблюдают за звездами?
Звезд в нашей галактике огромное количество, тем не менее существуют возможности наблюдения за ними на разных этапах их развития. Все светила, доступные для исследований, собраны в одну большую диаграмму, по которой можно проследить жизнь звезды.
Это интересно.
Когда мы смотрим на самую дальнюю из видимых звезд, мы смотрим на 4 миллиарда лет в прошлое. Свет от нее, путешествующий со скоростью почти в 300 000 км/секунду достигает нас только через много лет.
Солнце – ближайшая к нам звезда, благодаря которой возможна жизнь на нашей планете. Поэтому изучение Солнца, его активности, жизненного цикла, химического состава так важно для нас. Но прежде необходимо ответить на следующие вопросы: что такое звезды; как они классифицируются; какой их жизненный цикл; какой жизненный цикл нашего Солнца. Ответив на эти вопросы, мы лучше поймем, что происходит с нашей звездой, что ждать от нее в будущем и как это отразится на жизни Земли.
1. Звезды.
Начнем с определения звезды. Звезда - небесное тело, в котором идут, шли или будут идти термоядерные реакции. Но чаще всего звездой называют небесное тело, в котором идут в данный момент термоядерные реакции [1].
Звезда - раскаленный газовый шар, а основным свойством газа является стремление расшириться и занять любой предоставляемый ему объем. Это стремление вызвано давлением газа и определяется его температурой и плотностью. В каждой точке внутри звезды действует сила давления газа, которая старается расширить звезду. Но в каждой же точке ей противодействует другая сила - сила тяжести вышележащих слоев, пытающихся сжать звезду. Однако ни расширения, ни сжатия не происходит, звезда устойчива. Это означает, что обе силы уравновешивают друг друга. А так как с глубиной вес вышележащих слоев увеличивается, то давление, а следовательно, и температура возрастают к центру звезды.
Звезда излучает энергию, вырабатываемую в ее недрах. Температура в звезде распределена так, что в любом слое в каждый момент времени энергия, получаемая от нижележащего слоя, равняется энергии, отдаваемой слою вышележащему. Сколько энергии образуется в центре звезды, столько же должно излучаться ее поверхностью, иначе равновесие нарушится. Таким образом, к давлению газа добавляется еще и давление излучения. Лучи, испускаемые звездой, получают свою энергию в недрах, где располагается ее источник, и продвигаются через всю толщу звезды наружу, оказывая давление на внешние слои. Если бы звездное вещество было прозрачным, то продвижение это осуществлялось бы почти мнгновенно, со скоростью света. Но оно непрозрачно и тормозит прохождение излучения. Световые лучи поглощаются атомами и вновь испускаются уже в других направлениях. Путь каждого луча сложен и напоминает запутанную зигзагообразную кривую. Иногда он "блуждает" многие тысячи лет, прежде чем выйдет на поверхность и покинет звезду.
2. Классификация звезд
2.1 Основная (Гарвардская) спектральная классификация
По спектрам звезд астрономы изучают состав и строение звезд, физические процессы, протекающие в них, определяют расстояния до звезд и исследуют движение звезд в пространстве.
Спектры звезд впервые стали исследовать в начале XIX в. Однако в то время еще не были известны законы спектрального анализа (см. Электромагнитное излучение небесных тел). Лишь после открытия этих законов в середине XIX в. стали систематически наблюдать звездные спектры.
Первые наблюдения были визуальными, производились они с помощью спектроскопа. Применение фотографии во второй половине XIX в. открыло широкую дорогу спектральным исследованиям. Фотопластинка, помещенная в телескопе, перед объективом которого ставили призму, регистрировала сотни звездных спектров за одну экспозицию.
На основе многочисленных снимков спектров звезд, полученных в США на Гарвардской обсерватории, в начале XX в. была разработана детальная классификация звездных спектров. С небольшими изменениями она применяется и в настоящее время. Эта классификация звездных спектров называется гарвардской. Отдельные классы звезд обозначаются в ней буквами. Подклассы в каждом спектральном классе нумеруются цифрами от 0 до 9 после буквы, обозначающей класс. В классе О подклассы начинаются с О5. Последовательность спектральных классов отражает непрерывное падение температуры звезд по мере перехода к все более поздним спектральным классам.
В спектральном классе М имеется разветвление, указывающее на три немногочисленные группы холодных звезд спектральных классов R, N и S.
Подавляющее большинство звезд относится к последовательности от О до М. Эта последовательность непрерывна: характеристики звезд плавно изменяются при переходе и одного класса к другому.
Гарвардская спектральная классификация звезд основана на виде и числе спектральных линий (см. таблицу 1). В обычном звездном спектре, как и в спектре Солнца, они выглядят темными линиями на светлом фоне непрерывного спектра. Линии принадлежат различным химическим элементам. Их вид в спектре обусловлен в основном температурой звезды. Приведем ниже более подробное описание спектральных классов и назовем яркие звезды, являющиеся типичными представителями их.
Класс О — самые горячие звезды во Вселенной. Температура (Т) их поверхности — в среднем около 40 000 К. В их спектрах основными линиями являются слабые линии водорода и ионизованного и нейтрального гелия. Пример: δ, λ и ξ Ориона.
Класс В — менее горячие звезды. Т ~ 15 000 К. Линии водорода и гелия более четки, чем в классе О. Пример: Спика, Беллатрикс.
Гарвардская спектральная классификация звезд
Класс
температура, К
цвет
Масса, Мсолнца
Радиус, R солнца
Светимость, L солнца
Класс А характеризуется интенсивными широкими линиями водорода, линий гелия нет, появляются слабые линии металлов. Г=8500 К. Пример: Вега, Сириус.
Класс F - - линии водорода стали слабее, чем у класса А, много линий ионизованных металлов, в частности железа. Т —6600 К. Пример: Канопус, Процион.
Класс G — звезды со спектром, подобным солнечному. Т~5500 К. Пример: Капелла, альфа Центавра, Солнце.
Класс К — звезды, более холодные, чем Солнце. Т~ 4100 К. Линии водорода очень слабы, линии нейтральных металлов усилены, видны слабые полосы молекул СН и CN. Пример: Арктур.
Класс М — самые холодные звезды. Г~2800 К. Интенсивны линии металлов, а также полосы молекул (особенно окиси титана). В классах R и N видны темные полосы углерода и циана, а в классе S — окиси циркония. Примеры: Бетельгейзе, Антарес, Мира Кита.
Хотя спектральная классификация звезд основана на характеристиках спектральных линий, непрерывный спектр, на фоне которого эти линии наблюдаются, также существенно изменяется при переходе от класса О к классу М. У горячих звезд О и В усилена синяя часть спектра и слаба красная; звезды F и G-имеют наибольшую интенсивность излучения в желтых лучах, а звезды М светят преимущественно в красной области и крайне мало излучают в синей. В соответствии с этим изменяется цвет звезд: О и В — голубоватые звезды, А — белые, F и G — желтые, К — красноватые (оранжевые), М — красные.
Классификация, рассмотренная выше, является одномерной, так как основной характеристикой, учитываемой в ней, является температура звезды. Но среди звезд одного и того же спектрального класса есть звезды-гиганты и звезды-карлики. Они различаются по плотности газа в атмосфере, площади поверхности, светимости. Эти различия отражаются на спектрах звезд [2].
2.2. Йеркская классификация с учетом светимости звезд
В 1953 г. была разработана новая, уточненная двумерная классификация звезд. По этой классификации у каждой звезды кроме спектрального класса указывается еще класс светимости. Он обозначается римскими цифрами от I до VII[2], [].
Ia+ или 0 – гипергиганты;
I, Ia, Iab, Ib — сверхгиганты;
II, IIa, IIb — яркие гиганты;
III, IIIa, IIIab, IIIb — гиганты;
V, Va, Vb — карлики (звезды главной последовательности);
VII — белые карлики.
Новая классификация позволяет определять расстояния до звезд по их спектрам и видимым звездным величинам. Сейчас она является общепринятой и широко используется в астрономии.
2.3 Диаграмма Герцшпрунга — Рассела
Диаграмма Герцшпрунга — Рассела (см. рисунок 1) (варианты транслитерации: диаграмма Герцшпрунга — Рессела, Расселла, или просто диаграмма Г-Р или диаграмма цвет — звёздная величина) показывает зависимость между абсолютной звёздной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды. Неожиданным является тот факт, что звёзды на этой диаграмме располагаются не случайно, а образуют хорошо различимые участки.
Рисунок 1 - Диаграмма Герцшпрунга — Рассела
Была предложена в 1910 году независимо Эйнаром Герцшпрунгом (Дания) и Генри Расселом (США). Диаграмма используется для классификации звёзд и соответствует современным представлениям о звёздной эволюции.
Диаграмма даёт возможность (хотя и не очень точно) найти абсолютную величину по спектральному классу. Особенно для спектральных классов O—F. Для поздних классов это осложняется необходимостью сделать выбор между гигантом и карликом. Однако определённые различия в интенсивности некоторых линий позволяют уверенно сделать этот выбор.
Около 90 % звёзд находятся на главной последовательности. Их светимость обусловлена ядерными реакциями превращения водорода в гелий. Выделяется также несколько ветвей проэволюционировавших звёзд — гигантов, в которых происходит горение гелия и более тяжёлых элементов. В левой нижней части диаграммы находятся полностью проэволюционировавшие белые карлики [3].
3. Эволюция звезд
Хотя по человеческой шкале времени звезды и кажутся вечными, они, подобно всему сущему в природе, рождаются, живут и умирают. Согласно общепринятой гипотезе газопылевого облака звезда зарождается в результате гравитационного сжатия межзвездного газопылевого облака. По мере уплотнения такого облака сначала образуется протозвезда, температура в ее центре неуклонно растет, пока не достигает предела, необходимого для того, чтобы скорость теплового движения частиц превысила порог, после которого протоны способны преодолеть макроскопические силы взаимного электростатического отталкивания и вступить в реакцию термоядерного синтеза.
При вторичном сгорании гелия в ядре звезды выделяется так много энергии, что звезда начинает буквально раздуваться. При этом совокупная энергия излучения звезды остается примерно на том же уровне, что и в течение основной фазы ее жизни, но, поскольку излучается эта энергия теперь через значительно большую площадь поверхности, внешний слой звезды остывает до красной части спектра. Звезда превращается в красный гигант.
Звезды более массивные (класса A, B, O) ждет куда более зрелищный конец. После сгорания гелия их масса при сжатии оказывается достаточной для разогрева ядра и оболочки до температур, необходимых для запуска следующих реакций нуклеосинтеза — углерода, затем кремния, магния — и так далее, по мере роста ядерных масс. При этом при начале каждой новой реакции в ядре звезды предыдущая продолжается в ее оболочке. На самом деле, все химические элементы вплоть до железа, из которых состоит Вселенная, образовались именно в результате нуклеосинтеза в недрах умирающих звезд этого типа. Но железо — это предел; оно не может служить топливом для реакций ядерного синтеза или распада ни при каких температурах и давлениях, поскольку как для его распада, так и для добавления к нему дополнительных нуклонов необходим приток внешней энергии. В результате массивная звезда постепенно накапливает внутри себя железное ядро, не способное послужить топливом ни для каких дальнейших ядерных реакций.
Как только температура и давление внутри ядра достигают определенного уровня, электроны начинают вступать во взаимодействие с протонами ядер железа, в результате чего образуются нейтроны. И за очень короткий отрезок времени — некоторые теоретики полагают, что на это уходят считанные секунды, — свободные на протяжении всей предыдущей эволюции звезды электроны буквально растворяются в протонах ядер железа, всё вещество ядра звезды превращается в сплошной сгусток нейтронов и начинает стремительно сжиматься в гравитационном коллапсе, поскольку противодействовавшее ему давление вырожденного электронного газа падает до нуля. Внешняя оболочка звезды, из под которой оказывается выбита всякая опора, обрушивается к центру. Энергия столкновения обрушившейся внешней оболочки с нейтронным ядром столь высока, что она с огромной скоростью отскакивает и разлетается во все стороны от ядра — и звезда буквально взрывается в ослепительной вспышке сверхновой звезды. За считанные секунды при вспышке сверхновой может выделиться в пространство больше энергии, чем выделяют за это же время все звезды галактики вместе взятые.
После вспышки сверхновой и разлета оболочки у звезд класса O, Bпродолжающийся гравитационный коллапс приводит к образованию нейтронной звезды, вещество которой сжимается до тех пор, пока не начинает давать о себе знать давление вырожденных нейтронов — иными словами, теперь уже нейтроны (подобно тому, как ранее это делали электроны) начинают противиться дальнейшему сжатию, требуя себе жизненного пространства. Это обычно происходит по достижении звездой размеров около 15 км в диаметре. В результате образуется быстро вращающаяся нейтронная звезда, испускающая электромагнитные импульсы с частотой ее вращения; такие звезды называются пульсарами. Наконец, если масса ядра звезды превышает 30 солнечных масс (класс О), ничто не в силах остановить ее дальнейший гравитационный коллапс, и в результате вспышки сверхновой образуется черная дыра.
4. Эволюция солнца
Как и все звёзды, Солнце родилось в сжавшейся газопылевой туманности. Когда столь грандиозная масса сжималась, она сама себя сильно разогрела внутренним давлением до температур, при которых в её центре смогли начаться термоядерные реакции. В центральной части температура на Солнце равна 15.000.000 К, а давление достигает сотни миллиардов атмосфер. Так зажглась новорожденная звезда (не путайте с новыми звёздами).
Масса Солнца составляет 99,866 % от суммарной массы всей Солнечной системы. Солнце состоит из водорода (~73 % от массы и ~92 % от объёма), гелия (~25 % от массы и ~7 % от объёма) и других элементов с меньшей концентрацией: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома. На 1 млн атомов водорода приходится 98 000 атомов гелия, 851 кислорода, 398 углерода, 123 неона, 100 азота, 47 железа, 38 магния, 35 кремния, 16 серы, 4 аргона, 3 алюминия, по 2 атома никеля, натрия и кальция, а также совсем немного всех прочих элементов. Средняя плотность Солнца составляет 1,4 г/см³, то есть равна плотности воды в Мёртвом море.
За время жизни - 5 миллиардов лет, в центре нашего светила, где температура достаточно высока, сгорело около половины всего имеющегося там водорода. Где-то столько же, 5 миллиардов лет, Солнцу осталось жить.
Заключение
После того, как запас водорода иссякнет, наше Солнце будет напоминать постоянно расширяющийся воздушный шар или, говоря научными терминами, Красный гигант. При этом будет можно утверждать, что будут полностью уничтожены Венера и Меркурий, а также, скорее всего и Земля, так как при расширении Красные гиганты увеличиваются в размерах в тысячи раз.
В итоге внешние слои Красного гиганта остынут и будут отброшены, оставив лишь ядро звезды или, к тому моменту это уже будет не ядро, а так называемый Белый Карлик, температура которого примерно равна температуре нынешнего Солнца, а вот размеры сопоставимы с размером Земли.
Читайте также: