Звёзды
Размер и яркость звёзд
Как размер, так и температура звезды определяют, сколько энергии излучения она испускает каждую секунду: это фактическая яркость или светимость звезды. В астрономии светимость определяется как количество света, испускаемого объектом в единицу времени. Светимость обычно выражается в терминах солнечной светимости. Одна солнечная светимость равна светимости Солнца, или 1033 эрг в секунду. Самые яркие звезды излучают несколько миллионов солнечных светимостей.
Светимость - это абсолютная мера силы излучения. То есть его величина не зависит от того, насколько удален объект от наблюдателя. Однако чем ближе звезда к земле, тем больше энергии ее излучения действительно достигнет Земли и тем ярче она будет казаться.
Астрономы обычно выражают яркость звезды в терминах её величины. В общем, чем ярче звезда, тем ниже ее назначенная величина. Для описания звезды используются два значения величины - видимое и абсолютное. Видимая величина относится к тому, насколько яркой звезда выглядит с Земли.
Видимая величина Солнца составляет -26,7; видимая величина полной Луны составляет около -11. Сириус, самая яркая звезда в ночном небе, имеет видимую величину -1,5. Напротив, самые слабые объекты видны через космический телескоп Хаббла имеют (приблизительно) видимую величину 30.
Абсолютная величина - это то, насколько яркой будет выглядеть звезда, если смотреть на нее с расстояния 10 парсеков, или 32,6 световых лет. Абсолютная величина Солнца равна 4,8. Видимая величина основана на размере звезды, температуре и расстоянии.
Температура определяется по её спектру; если расстояние известно, астрономы могут вычислить размер звезды и назначить значение для её абсолютной величины.
Звёздное скопление:
Некоторые звезды, яркость которых регулярно меняется, предоставляют астрономам важный способ оценки расстояний до удалённых галактик. У таких звезд абсолютная величина тесно связана с периодом изменения их яркости. Астрономы могут использовать наблюдаемый период для определения абсолютной величины, а затем сравнить ее с видимой яркостью, чтобы оценить расстояние.
Астрономы открыли все виды звезд - от огромных, ярко-красных сверхгигантов, более чем в 100 раз превосходящих диаметр Солнца, до чрезвычайно плотных нейтронных звезд всего лишь около десятка миль в поперечнике. Солнце находится примерно в среднем диапазоне размеров и яркости звезд.
Самые большие звёзды - это холодные красноватые сверхгиганты: у них низкая температура поверхности, но они настолько яркие, что должны быть чрезвычайно большими, чтобы испускать столько энергии. Белые карликовые звезды, с другой стороны, очень слабы, несмотря на их высокую температуру поверхности, и поэтому должны быть очень малы-только около размера Земли.
Звёзды - сверхгиганты ( первая точка слева - Солнце):
Что такое звезда?
Астрономы обнаружили, используя анализ спектров звезд , что звёзды состоят в основном из простейших элементов: водорода и гелия. Эти элементы находятся в газообразном состоянии. Однако в большинстве звёзд температура настолько высока (от тысяч до миллионов градусов), что газ ионизируется (с электронами, отделенными от атомных ядер) - состояние, называемое плазмой.
Взаимное гравитационное притяжение вещества звезды - это то, что заставляет её принимать приблизительно сферическую форму. Фактически, если бы не было ничего, что могло бы противодействовать этой внутренней силе, звезда коллапсировала бы до очень малых размеров.
Однако гравитационное сжатие газа нагревает её до очень высоких температур. В 1800-х годах астрономы считали, что это сжатие на самом деле является источником энергии для звезды. Однако геологические и биологические данные свидетельствуют о том, что Земля поддерживала условия для жизни на протяжении сотен миллионов лет.
20-й век принес решение этой проблемы. С открытием ядерной энергии астрономы смогли объяснить долговременную выработку энергии Солнца в результате ядерного синтеза: водород глубоко внутри Солнца был сплавлен вместе, чтобы сформировать гелий.
Этот процесс настолько энергичен, что может уравновесить внутреннюю силу гравитации. Звезды, таким образом, по существу являются полем битвы между двумя силами - внутренней давкой гравитации и внешним давлением от тепла, генерируемого ядерным синтезом.
Жизнь звёзд
Считается, что звёзды образуются, когда большие облака газа и пыли, называемые туманностями, сжимаются гравитационно (хотя другие силы также могут играть определенную роль). В конце концов они становятся достаточно горячими (несколько миллионов градусов) в центре, чтобы начать синтез водорода в гелий. К этому времени газ уже ярко светится, и рождается звезда.
Однако это не может продолжаться вечно, поскольку в конечном итоге большая часть водородного “топлива” превращается в гелий. У самых крупных звезд это занимает всего несколько миллионов лет. Звезды с очень низкой массой, с меньшим гравитационным давлением для борьбы, потребляют свое топливо очень медленно и могут длиться триллион лет. Солнце находится на промежуточном уровне, с расчетной продолжительностью жизни около 10 миллиардов лет, которая, как полагают, составляет почти половину.
Туманность Кошачий глаз:
Когда ядро звезды превращается в основном в гелий, в её структуре происходят драматические изменения. Компьютерные модели, подкрепленные наблюдениями за многими звездами на разных стадиях развития, предсказывают, что звезды, подобные Солнцу, увеличатся примерно в сто раз по сравнению с их прежним диаметром.
После относительно короткого периода в качестве такого красного гиганта звезда потеряет свои внешние слои, оставив небольшое горячее ядро. Затем ядро будет сжиматься, образуя белую карликовую звезду. Сотни таких объектов были замечены, в целом подтверждая предсказания.
Крабовидная туманность:
Звезды, рождённые с гораздо большей массой, чем Солнце, претерпевают еще более драматические события. Под огромным давлением такая звезда совершает множество дополнительных термоядерных реакций в своем ядре, производя широкий спектр элементов, вплоть до железа. В этот момент сверхплотное ядро может внезапно разрушиться, что приведет к колоссальному взрыву, называемому сверхновой звездой.
Многие подобные явления наблюдались с Земли, некоторые были настолько яркими, что их можно было увидеть даже при дневном свете. В течение нескольких недель взрывающаяся звезда может затмить целую галактику из ста миллиардов звезд. Элементы, выброшенные в космос, могут стать частью туманностей, которые в конечном итоге будут включены в будущие поколения звезд и планет.
Нейтронные звезды
После некоторых типов взрывов сверхновых звёзд остается чрезвычайно плотное ядро. Этот объект, называемый нейтронной звездой, имеет массу Солнца и состоит в основном из нейтронов. Его вещество настолько компактно, что чайная ложка его имеет массу небольшой горы.
Некоторые нейтронные звезды быстро вращаются, излучая излучение в космос. Если луч захватывает Землю, астрономы могут обнаружить его как серию импульсов радиоволн или иногда излучение на других длинах волн. Такая нейтронная звезда называется пульсаром.
Чёрная дыра
Даже более массивные звезды могут коллапсировать до такой высокой плотности, что их мощное гравитационное притяжение не позволит даже свету или чему-либо еще вырваться наружу. Они называются чёрными дырами. Чёрные дыры, образовавшиеся в результате коллапса одной умирающей звезды, могут иметь лишь несколько миль в поперечнике, но гораздо более крупные - с массой миллионов Солнц и размером Солнечной системы предположительно существуют в центрах многих галактик.
Часто нейтронные звезды и черные дыры обнаруживаются только из-за их воздействия на соседние звезды - компаньоны. Газ (в основном водород) вытягивается из звезды-компаньона и затем быстро закручивается вниз на нейтронную звезду или черную дыру.
Сильный сжимающий нагрев и ускорение газа приводит к тому, что он испускает рентгеновские лучи, которые могут быть обнаружены с помощью спутников Земли. Такие двойные звездные системы называются рентгеновскими двойниками.
Определение расстояния до звёзд
Планеты других звёзд и экзопланеты
Существует ли жизнь в другом месте вселенной?
Происхождение и будущее Солнечной системы
Что ещё посмотреть: