Почему светят звезды кратко

Обновлено: 02.07.2024

Существуют звёзды самых разных цветов — в зависимости от температуры видимой поверхности (фотосферы). Температура определяет класс звезды: от голубых звёзд класса О до красных звёзд классов М и L. Солнце принадлежит к классу G — оно жёлтое. Дополнительный класс Т введён для коричневых карликов с температурами 550–1300 К. Иллюстрация: Isna Kasamee / Wikimedia Commons / CC BY 3.0

Понадобились столетия, пока учёные, пользуясь научными методами, не только нашли ответы на эти вопросы, но и задали новые вопросы, а потом ответили и на них. Любой научный ответ приводит к новому вопросу и никогда не становится ответом окончательным. Так развивается наука.

Красная звезда с планетой в представлении художника. Иллюстрация: NASA / JPL-Caltech

В 1838 году немецкий математик и астроном Фридрих Бессель (1784–1846) первым достоверно определил расстояние до довольно слабой звёздочки 61 Лебедя, которая описывала за год на небе довольно большую окружность. Бессель предположил, что на самом деле звезда не движется, а наблюдаемая окружность — отражение движения Земли по её орбите вокруг Солнца. Чем ближе звезда, тем больше окружность, которую она описывает на небе. Измерив угловой размер окружности, описываемой 61 Лебедя, и зная диаметр земной орбиты, Бессель рассчитал расстояние до звезды. Оказалось, 61 Лебедя находится от нас на огромном расстоянии — 10,3 светового года (современное значение 11,4 с. г.). Свету нужно более 10 лет, чтобы пройти этот путь! Так в астрономию пришёл ставший широко известным метод определения звёздных расстояний по параллаксу.

Годичным параллаксом называют угол, на который смещается звезда в течение полугода из-за того, что Земля движется по орбите вокруг Солнца. Зная этот угол и расстояние от Земли до Солнца, можно вычислить расстояние от Земли до ближайших звёзд

В те же годы британский астроном Томас Хендерсон (1798–1844) методом параллакса определил расстояние до самой яркой звезды на южном небе — Альфы Центавра. Оно оказалось равным 3,25 светового года (современное значение 4,36 с. г.). Значит, звёзды подобны Солнцу — такие же огромные раскалённые тела, а точками они выглядят только потому, что находятся от нас во много раз дальше Солнца.

Размеры звёзд зависят от их массы и возраста. На рисунке изображены сравнительные размеры Солнца, красного карлика, в 12 раз менее массивного, чем Солнце, молодого голубого сверхгиганта в 150 раз массивнее Солнца и старой звезды — красного сверхгиганта, масса которого в 5 раз больше солнечной. Иллюстрация: NASA / ESA / A. Field (STScI)

Почему у звёзд такие разные температуры? Потому что изначально все они горячие, но, излучая энергию, неодновременно остывают. Когда звезда остывает совсем, она перестаёт быть видимой.

Но, если звезда — раскалённый шар, почему внутреннее давление газа не разрывает её, разбрасывая в пространстве? И на этот вопрос наука ответить смогла: благодаря гравитации. Сила тяжести противостоит давлению раскалённого газа, и обычная звезда находится в равновесии: она имеет такой размер, при котором газовое давление уравновешивается силой тяжести.

Внутреннее строение звезды солнечного типа. В центре — ядро, температура которого достигает 10–20 млн градусов. Ядро окружено зонами радиации и конвекции. В наружной области — хромосфере — происходят вспышки, а ещё выше располагается разреженная и очень горячая плазма короны. Иллюстрация: NASA / Jenny Mottar

Излучая энергию, звезда остывает, давление газа уменьшается, и сила тяжести сжимает звезду. Сила взаимного притяжения вещества звезды увеличивается, энергия переходит в тепло, звезда нагревается и продолжает светить. Значит, решили учёные, ответ на загадку найден: звёзды светят потому, что в тепло переходит энергия гравитации. Но этот ответ (как и многие другие — ведь гипотез было много!) оказался неправильным: энергии тяготения недоставало, чтобы звёзды светили достаточно долго.

В ХХ веке физики открыли, что лёгкие атомы могут соединяться и образовывать атомы более тяжёлых химических элементов. Эксперименты показали, что если соединяются два атомных ядра, то масса возникшего более тяжёлого ядра — меньше, чем сумма масс первоначальных ядер! Куда девается лишняя масса? Ответ следовал из закона о взаимосвязи массы и энергии Е = mc 2 , выведенного великим Альбертом Эйнштейном (1879–1955). Лишняя масса — это лишняя энергия, энергия излучения. Когда ядра атомов водорода, соединяясь, образуют ядро атома гелия, выделяется огромная энергия. Частично эту энергию уносят возникающие в реакции элементарные частицы, но очень большая её доля выделяется в виде электромагнитного излучения — света.

На основании этого английский астрофизик сэр Артур Эддингтон (1882–1944) предложил идею, которая, казалось, могла ответить наконец, почему излучают звёзды. В глубине звёзд очень высокие температуры и давления. Такие высокие, что начинают идти реакции соединения атомов водорода и превращения их в атомы гелия. Выделяется огромная энергия — она-то и идёт на излучение!

Давление раскалённой плазмы внутри звезды (красные стрелки) заставляет её расширяться, а силы тяжести (зелёные стрелки) — сжиматься. Звезда стабильна, когда эти силы уравновешивают друг друга. Рисунок: astro.osu.edu

Идея была великолепная, но противники её оспорили. По расчётам, в недрах звёзд температуры и давления оказались слишком малы, чтобы атомы водорода, столкнувшись, смогли взаимодействовать таким образом. Ведь положительно заряженные ядра атома водорода (протоны) должны сильнейшим образом отталкивать друг друга! В принципе, реакция превращения водорода в гелий может объяснить свечение звёзд. Но ядра атомов водорода должны сильно сблизиться, чтобы началась реакция синтеза. А они этого сделать не могут — мешает электрическая сила отталкивания!

Но учёные не сдались. Как раз тогда — в двадцатых годах ХХ века — возникла новая физическая дисциплина: квантовая механика. Мир элементарных частиц оказался совсем не таким, каким его представляли, исходя из законов классической физики. Кроме электромагнитных и гравитационных взаимодействий в микромире существуют ещё и ядерные силы — мощнейшие силы притяжения, действующие на очень коротких расстояниях, сравнимых с размерами атомных ядер. Они способны уравновесить электрические силы отталкивания и удержать в ядрах тяжёлых элементов многочисленные протоны, которые иначе никогда не смогли бы собраться в единое целое.

Да, существует энергетический барьер, который не позволяет двум протонам сблизиться. Но аналогичный барьер мешает протону, находящемуся в ядре атома, покинуть его и вылететь наружу. Между тем, когда Эддингтон предложил идею ядерного синтеза в звёздах, физикам уже было знакомо противоположное явление — ядерный распад, получивший название радиоактивности. Как показывали эксперименты, ядро радия время от времени выбрасывало ядро атома гелия — два протона и два нейтрона, альфа-частицу. Эти протоны покидали ядро радия, несмотря на то, что на их пути стоял тот самый энергетический барьер! Только перескочить через него ядро гелия должно было изнутри наружу.

Туннельный эффект. Классическая частица, не обладающая достаточной энергией, ни при каких обстоятельствах не способна преодолеть энергетический барьер (А). Для квантовой частицы существует не равная нулю вероятность оказаться по ту сторону барьера (Б). Иллюстрация: Giuseppe Augello

Ядерные реакции синтеза ядра атома гелия из ядер атомов водорода в звезде солнечного типа

Итак, мы выяснили, что за барьером соединиться и образовать ядро атома гелия протонам помогают ядерные силы, которые на расстояниях, сравнимых с размерами ядра, становятся гораздо больше сил электромагнитных, так что электрическое отталкивание протонов перестаёт играть какую-либо роль. А температура для синтеза при этом нужна вовсе не в миллиарды градусов — достаточно десятка миллионов, и это как раз такая температура, которая, согласно тем же расчётам, существует в недрах звёзд!

Звезды – это основные объекты видимой для нас Вселенной. Космический мир необыкновенный и разнообразный. Тема о вселенских светилах неисчерпаема. Солнце создано для того, чтобы светить днем, а звезды - для того, чтобы освещать человеку земной путь ночью. В этой статье пойдет речь о том, как образуется видимый нами свет, исходящий от удивительных небесных тел.

Зарождение

Рождение звезды, так же как и ее угасание, можно визуально увидеть на ночном небе. Астрономы давно наблюдают за этими явлениями и уже сделали множество открытий. Все они описаны в специальной научной литературе. Звезды - это светящиеся огненные шары невероятно больших размеров. Но почему они светятся, мерцают и переливаются разными цветами?

Эти небесные тела рождаются из диффузной газопылевой среды, возникшей в результате гравитационного сжатия в более плотных слоях, плюс воздействие собственного тяготения. Состав межзвездной среды – это в основном газ (водород и гелий) с пылью твердых минеральных частиц. Наше главное светило – звезда по имени Солнце. Без него жизнь для всего сущего на нашей планете невозможна. Интересно, что многие звезды намного больше Солнца. Почему мы не ощущаем их воздействия и спокойно можем без них существовать?

Наш источник тепла и света расположен близко к Земле. Поэтому для нас существенно ощутим его свет и тепло. Звезды горячее Солнца, больше его по размерам, но они находятся на столь далеких расстояниях, что мы можем только наблюдать их свет, и то только ночью.

Они кажутся всего лишь мерцающими точками на ночном небосводе. А почему мы не видим их днем? Звездный свет похож на лучики от фонарика, который днем едва увидишь, а ночью без него не обойтись – он хорошо освещает дорогу.

Когда ярче всего и почему светятся звезды на небе ночном?

Однако интересно то, что на самом деле это не звезда падает, а сгорает метеор. Как бы там ни было, а явление это очень красивое! Времена идут, поколения людей сменяют друг друга, но небо все то же – прекрасное и загадочное. Так же как и мы, на него смотрели наши предки, угадывали в звездных скоплениях фигуры различных мифологических персонажей и предметов, загадывали желания и мечтали.

Как появляется свет?

Некоторые небесные объекты имеют белый свет, а другие – голубой или оранжевый. Есть и такие, что переливаются разными оттенками. С чем это связано и почему звезды светятся разными цветами? Дело в том, что они являются огромными шарами, состоящими из раскаленных до очень высоких температур газов. Поскольку эта температура колеблется, звезды имеют разное свечение: самые горячие – это голубые, далее следуют белые, еще холоднее – желтые, затем оранжевые и красные.

Мерцание

Многим интересно: почему звезды светятся ночью и свет их мерцает? Прежде всего – они не мерцают. Это нам лишь кажется. Дело в том, что звездный свет проходит сквозь толщу земной атмосферы. Луч света, преодолевая такие длительные расстояния, подвергается большому числу преломлений и изменений. Для нас эти преломления выглядят в виде мерцаний.

Звезда имеет свой жизненный цикл. На разных этапах этого цикла она светится по-разному. Когда время ее существования подходит к завершению, она начинает постепенно превращаться в красного карлика и охлаждается. Излучение умирающего светила пульсирует. Так создается впечатление мерцания (мигания). Днем свет от звезды никуда не исчезает, но его затмевает слишком яркое и близкое солнечное сияние. Поэтому ночью мы их видим благодаря тому, что нет лучей Солнца.

Звёзды

Почему светят звёзды? – один из тех вопросов, которые на первый взгляд кажутся простыми и звучат по-детски, но в то же время хранят за собой массу информации, известной не каждому взрослому человеку. И если вы задались им – добро пожаловать в эту статью.

Развитие научной мысли

Как и в случае с любым очевидным вопросом, гипотезы о причине свечения звёзд копились в умах людей на протяжении долгих веков. Если абстрагироваться от мифических, бытовых и религиозных объяснений этого феномена и сконцентрировавшись на научных, можно заметить, что люди всегда пытались применить к звёздам выводы самых недавних научных открытий. С развитием химии идея об известном всем горении заменилась на теорию об экзотермических реакциях, а современные физика и астрономия, начиная с двадцатого века и вовсе предоставляют другую трактовку. Именно за ней закреплено право зваться самой современной и передовой и о ней и стоит поговорить.

Физика света

Для начала нужно понять, что означает само слово “светить”. В физическом понимании этого слова свечение – это излучение света (который в данном случае выступает в качестве волны, а не фотонов). Излучение – одно из действий, которые можно производить со светом наряду с отражением и поглощением. На самом деле природа света куда сложна и до сих пор не до конца исследована учёными, но этой дополнительной информации будет достаточно для того, чтобы разобраться в функционировании звёзд.

Устройство звезды

Для лучшего понимания того, почему светят звёзды, попробуем разобраться в том, что такое звёзды в принципе. В простом объяснении, которое наверняка приходилось слышать любому, звёзды – гигантские шары, целиком состоящие из газа. Однако такой вариант всё ещё не объясняет того, почему они излучают свет.

Попробуем углубиться в анатомию звезды подробнее. Стоит оговориться, что существует множество разных типов звёзд и все они выглядят и эволюционирую по-разному. При ответе на заданный выше вопрос нас будет интересовать только определённый отрезок жизни некоторых из этих типов. Итак, изначально звезда состоит из водорода и гелия, которые навсегда остаются основными её составляющими. Но затем в результате ядерных реакций в её ядре образуются всё более и более тяжёлые элементы периодической таблицы – вплоть до железа и дальше.

Современное объяснение

Процесс, описанный выше, широко известен всем под названием “ядерный синтез”, и именно в нём современная наука находит причину того, почему светят звёзды. Дело в том, что одним из его последствий является генерация энергии, которую космическое тело вынуждено излучать во внешнюю среду. Часть из получившегося излучения приходится на видимый спектр – и её может воспринять человеческий глаз. На то, чтобы выбраться из недр звезды свету, вероятно, требуются многие тысячи лет, поэтому светила ещё долго не гаснут даже после полной остановки процессов ядерного синтеза.

Поправка на расстояние

Более того, в ответе на вопрос о том, почему светят звёзды, стоит поговорить и о расстоянии. Наверняка все, кто сталкивался в жизни с наукой или научной фантастикой, не раз слышали о том, что все космические дистанции измеряются в световых годах – почему-то именно эта мера длины стала самой популярной среди людей и затмила парсеки и астрономические единицы. К тому же помимо лет световыми могут быть любые другие единицы измерения времени: месяцы, дни, минуты и секунды.

Ещё один популярный факт – 8 минут, за которые свет проходит расстояние до Земли от ближайшей к ней звезды – Солнца. Именно так и образованы световые единицы расстояния – они отражают время, необходимое свету чтобы преодолеть эту дистанцию. Если восьмиминутная задержка не слишком влияет на землян, то десятки и сотни тысяч лет, на расстоянии которых расположены некоторые из звёзд ночного неба, кажутся уже гораздо более значимыми. Поэтому за светящейся точкой на небе не всегда можно найти настоящую звезду – многие из них давно окончили свой жизненный цикл. Точно так же многие новые космические объекты в тысячах световых лет от Земли пока ещё не видны с её поверхности.

Почему звезды светятся на небе – описание для детей: почему ярко светятся ночью разными цветами, из чего состоят, температура поверхности, размер и возраст.

Расскажем о том, почему звезды сияют на доступном для детей языке. Данная информация будет полезна детям и их родителям.

Дети любуются ночным небом и видят миллиарды ярких огоньков. Согласитесь, что нет ничего прекраснее, чем сияющая звезда. Конечно, стоит объяснить детям, что их количество и уровень яркости зависит от того, где вы живете. В городах заметить яркие звезды сложнее из-за искусственного освещения, которое перекрывает свет. Для самых маленьких следует отметить, что звезды – это солнца, подобные нашему. Если бы вы перенеслись в другую галактику и посмотрели на наше Солнце, то оно бы напомнило привычный огонек.

Чтобы дать понятное объяснение для детей, родители или учителя в школе должны рассказать о составе звезд. Если по-простому, то это круглая светящаяся плазма. Она настолько горячая, что нам даже сложно вообразить эту температуру. Поверхность звезды, вроде нашего Солнца, прохладнее (5800 Кельвинов), чем ее ядро (15 миллионов Кельвинов).

Они обладают своей гравитацией и выделяют часть тепла в космос. Звезды отличаются по размерам. Дети должны запомнить, что чем больше ее размер, тем меньше она существует. Наше Солнце имеет средние размеры и прожило уже миллионы лет.

Процесс пополнения тепла включает слияние. Энергия накапливается внутри солнца миллионы лет, но она нестабильна и постоянно пытается вырваться. Как только ей удается подняться на поверхность, она сбегает в космическое пространство в виде солнечного ветра.

Стоит также вспомнить о роли скорости света. Он двигается, пока не сталкивается с преградой. Когда мы видим звезды, то это свет, расположенный на огромной дистанции. Мы можем наблюдать даже за лучом, посланным миллионы лет назад сияющей звездой. Нужно объяснить детям, что это важный момент, ведь ему пришлось преодолеть множество преград, чтобы прорваться к нам.

Поэтому, когда вы смотрите на сияющие звезды, вы буквально видите прошлое. Если бы мы смогли попасть туда, то заметили, что все уже давно изменилось. Более того, некоторые даже могли умереть, стать белым карликом или суперновой.

Так что звезды сияют, потому что это энергетический источник, обладающий огромнейшим раскаленным ядром, высвобождающим энергию во Вселенную в виде светового луча. Теперь вы понимаете, почему сияют звезды. Используйте наши фото, видео, рисунки и подвижные модели онлайн, чтобы лучше разобраться в описании и характеристике объектов космоса.

Читайте также: