Решебник по астрономии 11 класс на урок №22 (рабочая тетрадь) — Основные характеристики звёзд. Светимость

image

Яркость звездного объекта или любого астрономического объекта в космосе измеряется его видимой величиной с Земли. Видимая величина объекта определяется его расстоянием от Земли, собственной светимостью и любыми возможными помехами (в основном межзвездной пылью) на луче зрения звезды.

Яркость звезды и ее величина имеют обратную корреляцию; то есть чем больше яркость звезды, тем меньше ее видимая величина. Видимая величина Солнца -26,74.

Другой критерий измерения яркости звезд известен как абсолютная величина. Он измеряет светимость небесного объекта, наблюдаемую с фиксированного расстояния 32,6 световых года или 10 парсеков. Ниже приведен список самых ярких звезд, расположенных относительно близко к нашей планете, в зависимости от их видимой величины (без учета Солнца).

15. Антарес

image
Это ложноцветное инфракрасное изображение, показывающее Антарес в ярко-белом цвете.

Расстояние от Земли: 550 световых лет.Видимая величина: 0,6–1,6.Текущая стадия эволюции: красный сверхгигант.

Антарес, также известный как Альфа Скорпиона, — самая яркая звезда в созвездии Скорпиона. Видимая величина Антареса колеблется от +0,6 до +1,6, что типично для медленной неправильной переменной звезды. Это одна из самых больших и ярких звезд на ночном небе, видимая невооруженным глазом.

Антарес, несмотря на свою однозвездочную внешность, состоит из двух звезд — Антареса и Антареса В, возможно, образующих двойную систему. Вторая, гораздо меньшая по размеру звезда, Антарес B, является синей звездой главной последовательности.

Согласно самым последним оценкам, Антарес имеет массу между 11 до 14,3 М ☉ и радиусом R 680 ☉ (приблизительно). Если его разместить в центре солнечной системы (вместо Солнца), Антарес, вероятно, поглотит орбиту планеты Юпитер.

14. Альдебаран

Расстояние от Земли: 65,3 световых года.Видимая величина: +0,86.Текущая стадия эволюции: Красный гигант.

Альдебаран также известный как Альфа Тельца, — самая яркая звезда в созвездии Тельца. Это красный гигант спектрального класса K, возникший из фазы главной последовательности после истощения водорода в его ядре.

Согласно нынешней модели звездной эволюции, светимость Альдебарана примерно в 425 раз больше, чем у Солнца (хотя он всего на 50 процентов массивнее Солнца).

Пионер 10, один из старейших и самых дальних космических зондов НАСА, движется в направлении Альдебарана и должен приблизиться к нему примерно через два миллиона лет.

13. Акрукс

Расстояние от Земли: 320 световых лет.Видимая величина: +0.76.

Акрукс, или Альфа Южного Креста, — это множественная звездная система, расположенная в созвездии Южный Крест, примерно в 320 световых годах от нас. Система Акрукс состоит как минимум из пяти отдельных звезд. Первые два компонента, Acrux A и Acrux B, образуют тесную бинарную систему. Этим двум сопутствует далекий Акрукс C, и вместе они в конечном итоге образуют тройную звезду. И Acrux A, и Acrux B сами по себе являются двойными звездами.

С общей визуальной величиной 0,76, это самая яркая звезда в созвездии Южный Крест и 13-я по яркости звезда на ночном небе. Акрукс — самая южная звезда первой величины, она видна только к югу от 27° северной широты.

12. Альтаир

Расстояние от Земли: 16,73 световых года.Видимая величина: +0,76.Текущая стадия эволюции: звезда главной последовательности А-типа.

Альтаир — самая яркая звезда в созвездии Орла и одна из самых близких к Земле звезд, видимых невооруженным глазом. Звезда примерно в 1,8 раза массивнее Солнца и в 11 раз ярче (светимость).

Наряду с Вегой и Денебом, Альтаир образуют астеризм Летнего Треугольника, воображаемый треугольник, соединяющий звезды из трех разных созвездий: Орла, Лиры и Лебедя соответственно.

Интерферометрические исследования показали, что у звезды есть сплющенные полюса из-за большой скорости ее вращения.

11. Бета Центавра

Расстояние от Земли: 390 световых лет.Видимая величина: +0.61.

Бета Центавра, также известная как Хадар, — одиннадцатая по яркости звезда на ночном небе. Бета Центавра, по сути, представляет собой тройную звездную систему, состоящую из звезд Бета Центавра Aa, Ab и B. И Aa, и Ab по крайней мере в десять раз массивнее Солнца.

Ее совокупная визуальная величина +0,61 делает Бету Центавра второй по яркости звездой в созвездии Центавра после нашей соседки Альфы Центавра.

Кроме того, Бета Центавра демонстрирует быстрые изменения в своей яркости и, таким образом, классифицируется как переменная Beta Cephei. Эти изменения яркости, однако, незначительны и не могут быть замечены невооруженным глазом.

10. Бетельгейзе

Бетельгейзе (красноватая звезда) с обычной яркостью слева по сравнению с необычным минимумом справа. Яркая звезда внизу — Ригель.

Расстояние от Земли: 727 световых лет.Видимая величина: +0,50.Текущая стадия эволюции: Красный сверхгигант.

Бетельгейзе, также известная как Альфа Ориона, является второй по яркости звездой в созвездии Ориона. Это полурегулярная переменная звезда, величина которой колеблется от 0,3 до +1,8, и это самая большая из известных звезд первой величины.

Об изменениях яркости Бетельгейзе впервые сообщил сэр Джон Гершель между 1836 и 1840 годами. В течение этого периода Гершель наблюдал резкие изменения в величине звезды, когда она многократно превосходила, обычно более яркую, звезду Ригеля.

Между 1927 и 1941 годами, согласно данным Американской ассоциации наблюдателей за переменными состояниями, минимальная наблюдаемая звездная величина Бетельгейзе составляла 1,2.

Согласно текущим оценкам, масса Бетельгейзе может быть от 10 до чуть более 20 раз больше массы Солнца. Это одна из самых массивных звезд, которую можно наблюдать невооруженным глазом.

9. Ахернар

Расстояние от Земли: 139 световых лет.Видимая величина: +0,46.

Ахернар, обозначаемый как Альфа Эридана, представляет собой двойную звездную систему, расположенную в созвездии Эридана. Двумя компонентами звездной системы являются Альфа Эридана A и B. Более яркая из двух, Эридана A, классифицируется как звезда главной последовательности B-типа, одна из самых ярких из всех известных типов звезд.

Звезда примерно в 3150 раз ярче Солнца и в семь раз массивнее. Ахернар лучше всего наблюдать из южного полушария на 33 градусе южной широты, в то время как он становится невидимым выше 33 градуса северной широты.

8. Процион

Процион ( вверху слева ), Бетельгейзе ( вверху справа ) и Сириус ( внизу ) образуют Зимний треугольник. Орион справа. Вид из северного полушария.

Расстояние от Земли: 11,46 световых лет.Видимая величина: +0,34.

Процион, также известный как Альфа Малого Пса, — самая яркая звезда в созвездии Малого Пса и восьмая по яркости звезда на ночном небе. На самом деле Процион — это двойная звезда, состоящая из звезды главной последовательности (Процион A) и белого карлика (Процион B).

Температура атмосферы Проциона А оценивается примерно в 6 530 К, а его светимость примерно в семь раз больше, чем у Солнца. Вместе с Сириусом и Бетельгейзе Процион образует астеризм Зимнего треугольника.

7. Ригель А

Расстояние от Земли: 860 световых лет.Видимая величина: 0,13.Текущая стадия эволюции: синий сверхгигант.

Ригель — самая яркая звезда в созвездии Ориона. Хотя он выглядит как одна звезда, Ригель представляет собой систему по крайней мере из четырех звезд. Самая выдающаяся звезда группы, Ригель А, в 120 000 раз ярче Солнца и в 21 раз массивнее (оба значения варьируются в зависимости от метода). Другие компоненты включают Ригель Ba и Bb (спектроскопическая двойная система) и далекий Ригель C.

Ригель классифицируется как переменная Альфа Лебедя, группа переменных звезд, которые одновременно демонстрируют сжатие на одной части и расширение на другой части поверхности звезды. Его яркость (видимая величина) колеблется от 0,05 до 0,18.

Хотя Ригель обычно является самой яркой звездой в созвездии Ориона, в разных случаях ее затмевает красный сверхгигант Бетельгейзе.

6. Капелла Аа / Аб

Компоненты Капеллы по сравнению с Солнцем

Расстояние от Земли: 42,9 световых года.Видимая величина: +0,08.Текущая стадия эволюции: Красный гигант, главная последовательность.

После Арктура и Веги, Капелла является третьей по яркости звездой в северном небесном полушарии и самой яркой в ​​созвездии Возничего. Капелла — это множественная звездная система, а не одна звезда, состоящая из четырех звезд в (бинарных) парах по две.

Самый выдающийся из четырех, Капелла Аа, представляет собой красный гигант, масса которого в 2,5 раза больше массы Солнца, но при этом почти в 79 раз ярче. Его двойная спутница, Капелла Ab (субгигант), немного меньше и менее ярка. Вторая пара, Capella H и L, намного меньше и тусклее красных карликов.

Капелла — ближайшая к Северному полюсу звезда первой величины. Благодаря своему расположению Капелла видна в течение всего года выше 44 градусов северной широты. Напротив, он невидим ниже 44 градусов южной широты.

5. Вега

Астрофотография Веги

Расстояние от Земли: 25,4 световых года.Видимая величина: +0,03.Текущая стадия эволюции: Главная последовательность.

Вега, также известная как Альфа Лиры, является одной из наиболее изученных звезд в непосредственной близости от Солнца. Это была одна из первых звезд, расстояние до которых было оценено с помощью смещения звездного параллакса. Звезда также используется в астрофотографии (для калибровки фотометрической яркости).

Вега — самая яркая звезда в созвездии Лиры и вторая по яркости в северном полушарии после Арктура. По оценкам, звезда в 2,1 раза массивнее и в 40 раз ярче Солнца. Однако и ее возраст, и предполагаемая продолжительность жизни намного короче нашей звезды.

По мере приближения звезды к Северному небесному полюсу в результате прецессии Земли — примерно через 12 тыс. лет — Вега станет полярной звездой Северного полушария. Её текущее склонение + 38 ° 47′.

4. Арктур

Оптическое изображение Арктура

Расстояние от Земли: 36,7 световых лет.Видимая величина: -0,05.

Арктур ​​- самая яркая звезда в созвездии Волопаса и северном небесном полушарии. Её затмевают только три звезды на ночном небе. Хотя звезда всего в 0,8 раза массивнее Солнца, она в 25 раз больше и в 170 раз ярче.

В 1635 году Арктур ​​стал первой звездой (кроме Солнца и сверхновых), которую в дневное время наблюдал в телескоп французский астроном Жан-Батист Морен.

3. Альфа Центавра A

Широкоугольное изображение Альфы Центавра A, созданное DSS2

Расстояние от Земли: 4,37 световых года.Видимая величина: -0,27.

Альфа Центавра — это множественная звездная система, состоящая из двух близких двойных звезд, Альфа Центавра A и Альфа Центавра B, и относительно далекой Альфы Центавра C или Проксимы Центавра. Хотя Проксима Центавра — ближайшая к Солнечной системе звезда, она намного слабее, чем Альфа Центавра AB.

Расстояние между Проксимой Центавра и Альфой Центавра AB оценивается примерно в 0,21 светового года (в сторону Солнечной системы).

Самая выдающаяся из трех звезд, Альфа Центавра A, также известная как Ригил Кентавр, немного массивнее и в 1,519 раза ярче Солнца. Однако её двойная спутница немного менее массивна и в два раза светлее звезды в нашей Солнечной системе.

2. Канопус

Изображение Канопуса, сделанное с Международной космической станции

310 световых лет.Видимая величина: -0,74.

Канопус, также известный как Альфа Киля, — самая яркая звезда в созвездии Киля и вторая по яркости в ночном небе. В нормальных условиях эта яркая гигантская звезда A-типа видна в южном полушарии круглый год, особенно летом.

Считается, что светимость Канопуса в 10700 раз больше, чем у Солнца, при этом он примерно в восемь раз массивнее. До запуска спутника Hipparcos в 1989 году расчетное расстояние между Солнцем и Канопусом составляло от 90 до 1200 световых лет.

1. Сириус

HST-изображение Сириуса A и B | Изображение предоставлено: НАСА.

Расстояние от Земли: 8,6 светового года.Видимая величина: -1,47.

Сириус — самая яркая звезда на ночном небе и вторая по яркости после Солнца (ее также можно наблюдать при дневном свете). Это двойная звезда, состоящая из звезды главной последовательности (Сириус A) и белого карлика (Сириус B).

Сириус а более чем в два раза массивнее Солнца, а её светимость в 25 раз больше. Её абсолютная величина составляет +1,42. Её спутник, Сириус Б, значительно менее массивен и светящийся.

Хотя Сириус удивительно менее светит, чем Канопус и даже Ригель, она выглядит гораздо ярче из-за своего расстояния от земли (внутренняя светимость).

Сириус имеет большое мифологическое значение. Древние греки боялись Сириуса и считали, что он приносит жаркое лето как наказание для человечества. Напротив, египтяне поклонялись Сириусу как богине плодородия.

Характеристика небесных тел может быть очень запутанной. Только у звезд есть видимая, абсолютная величина, светимость и другие параметры. С последним мы и попробуем разобраться. Что такое светимость звезд? Имеет ли она что-то общее с их видимостью на ночном небосклоне? Какая светимость у Солнца?

Природа звезд

Звезды – очень массивные космические тела, излучающие свет. Они образуются из газов и пыли, в результате гравитационного сжатия. Внутри звезд находится плотное ядро, в котором происходят ядерные реакции. Они и способствуют свечению звезд. Основными характеристиками светил являются спектр, размер, блеск, светимость, внутренняя структура. Все эти параметры зависят от массы конкретной звезды и её химического состава.

Главными «конструкторами» этих небесных тел являются гелий и водород. В меньшем количестве относительно них, может содержаться углерод, кислород и металлы (марганец, кремний, железо). Наибольшее количество водорода и гелия у молодых звезд, со временем их пропорции уменьшаются, уступая место другим элементам.

Во внутренних областях звезды обстановка очень «горячая». Температура в них доходит до нескольких миллионов кельвинов. Здесь идут непрерывные реакции, в которых водород превращается в гелий. На поверхности температура намного ниже и доходит только до нескольких тысяч кельвинов.

Что такое светимость звезд?

Термоядерные реакции внутри звезд сопровождаются выбросами энергии. Светимостью же называют физическую величину, которая отражает, сколько именно энергии производит небесное тело за определенное время.

Её часто путают с другими параметрами, например, с яркостью звезд на ночном небе. Однако яркость или же видимая величина – это примерная характеристика, которая никак не измеряется. Она во многом связана с удаленностью светила от Земли и описывает только то, насколько хорошо звезда видна на небосклоне. Чем меньше цифра этой величины, тем больше её видимая яркость.

В отличие от неё, светимость звезд – это объективный параметр. Он не зависит от того, где находится наблюдатель. Это характеристика звезды, определяющая её энергетическую мощность. Она может изменяться в разные периоды эволюции небесного тела.

Приближенной к светимости, но не тождественной, является абсолютная звездная величина. Она обозначает яркость светила, видимую наблюдателю на расстоянии 10 парсек или 32,62 световых лет. Обычно она используется для вычисления светимости звезд.

Определение светимости

Количество энергии, которое выделяет небесное тело, определяется в ваттах (Вт), джоулях на секунду (Дж/с) или в эргах на секунду (эрг/с). Существует несколько способов найти необходимый параметр.

Его легко вычислить по формуле L = 0,4(Ma -M),если знать абсолютную величину нужной звезды. Так, латинской буквой L обозначается светимость, буква М – это абсолютная звездная величина, а Ма – абсолютная величина Солнца (4,83 Ма).

Другой способ предполагает больших знаний о светиле. Если нам известны радиус (R) и температура ( Tef)его поверхности, то светимость можно определить по формуле L=4pR2sT4ef. Латинская s в данном случае означает стабильную физическую величину — постоянную Стефана-Больцмана.

Светимость нашего Солнца равна 3.839 х 1026 Ваттам. Для простоты и наглядности, ученые обычно сравнивают светимость космического тела именно с этой величиной. Так, существуют объекты в тысячи или миллионы раз слабее или мощнее Солнца.

Классы светимости звезд

Для сравнения звезд между собой, астрофизики использую различные классификации. Их делят по спектрам, размерам, температурам и т.д. Но чаще всего, для более полной картины используют сразу несколько характеристик.

Существует центральная гарвардская классификация, основанная на спектрах, которые излучают светила. В ней используют латинские буквы, каждая из которых соответствует конкретному цвету излучения (О-голубой, В – бело-голубой, А – белый и т.д.).

Звезды одного спектра могут иметь различную светимость. Поэтому ученые разработали йеркскую классификацию, которая учитывает и этот параметр. Она разделяет их по светимости, основываясь на абсолютной величине. При этом каждому виду звезд приписывают не только буквы спектра, но и цифры, отвечающие за светимость. Так, выделяют:

  • гипергигантов (0);
  • ярчайших сверхгигантов (Ia+);
  • ярких сверхгигантов (Ia);
  • нормальных сверхгигантов (Ib);
  • ярких гигантов (II);
  • нормальных гигантов (III);
  • субгигантов (IV);
  • карликов главной последовательности (V);
  • субкарликов (VI);
  • белых карликов (VII);

Чем больше светимость, тем меньше значение абсолютной величины. У гигантов и сверхгигантов оно обозначается со знаком минус.

Связь между абсолютной величиной, температурой, спектром, светимостью звезд показывает диаграмма Герцшпрунга — Рессела. Она была принята ещё в 1910 году. Диаграмма объединяет гарвардскую и йеркскую классификации и позволяет рассматривать и классифицировать светила более целостно.

Разница в светимости

Параметры звезд сильно взаимосвязаны друг с другом. На светимость влияние оказывает температура звезды и её масса. А они во много зависят от химического состава светила. Масса звезды становится тем больше, чем меньше в ней тяжелых элементов (тяжелее водорода и гелия).

Самой большой массой обладают гипергиганты и различные сверхгиганты. Они наиболее мощные и яркие звезды во Вселенной, но вместе с тем, и редчайшие. Карлики, наоборот, обладают небольшой массой и светимостью, но составляют около 90% всех звезд.

Самой массивной звездой, которая известна сейчас, является голубой гипергигант R136a1. Её светимость превышает солнечную в 8,7 миллионов раз. Переменная звезда в созвездии Лебедя (Р Лебедя) превосходит по светимости Солнце в 630 000 раз, а S Золотой Рыбы превышает этот его параметр в 500 000 раз. Одна из самых маленьких известных звезд 2MASS J0523-1403 обладает светимостью 0,00126 от солнечной.

Астрономия для любителейв†’Объекты во вселеннойв†’ Характеристики звёзд

Благодаря работе астрономов разных стран, за последние десятилетия мы много узнали оВ развитии звёздВ и ихВ эволюции. Все данные получены благодаря наблюдению множества звёзд, находящихся на разных этапах эволюции.

Основными свойствами звёзд являются:

  • светимость (полное количество энергии, излучаемое звездой в единицу времени (L),
  • температура поверхности,
  • масса,
  • радиус.

Между всеми этими характеристиками существует связь. Эта связь отображена на диаграмме Герцшпрунга — Рассела (Спектр – Светимость представлена на картинке)

Из этой диаграммы видно, что звёзды создают определённую последовательность. Полоса, идущая с левого верхнего угла в правый нижний, называется «главная последовательность» В верхнем правом углу находятся холодные, но в то же время огромные звёзды, называемые красными гигантами. В левом нижнем углу –»белые карлики». Очень горячие звёзды, но и очень маленькие. Солнце имеет спектральный класс G2.

Рассмотрим основные свойства подробнее.

Светимость

Светимость звёзд (L) чаще выражается в единицах светимости Солнца (4x эрг/с). Светимость звезды вычисляют по энергии, достигающей Земли, при условии, если известно расстояние до звезды. По светимости звёзды различаются в очень широких пределах. Большинство звёзд составляют «карлики», их светимость ничтожна иногда даже по сравнению с Солнцем.

В Характеристикой светимости является «абсолютная величина» звезды. Есть ещё понятие «видимая звёздная величина», которая зависит от светимости звезды, цвета и расстояния до неё. В большинстве случаев используют «абсолютную величину», чтобы реально оценить размеры звёзд, независимо как далеко они находятся. Чтобы узнать истинную величину, просто нужно звёзды отнести на какое-то условное расстояние (допустим на 10ПК). Звёзды высокой светимости имеют отрицательные значения. Например, видимая величина солнца -26,8. На расстоянии в 10ПК эта величина будет уже +5 (самые слабые звёзды, видимые невооружённым глазом, имеют величину +6).

Температура поверхности

Известные законы термодинамики позволяют нам определить температуру тела, измеряя длину волны в максимуме излучения черного цвета.

Так, если температура поверхности 3-4 тыс. К, то её цвет красноватый, 6-7 тыс. К — жёлтый, 10-12 тыс. К — белый и голубой. В таблице ниже приведены интервалы длин волн, соответствующие различным цветам, которые можно наблюдать в оптическом диапазоне.

Цвет и длина волны

Цвет Диапазон длин волн, АВ 
Фиолетовый, синий 3900 — 4550
Голубой 4550 — 4920
Зеленый 4920 — 5570
Желтый 5570 — 5970
Оранжевый 5970 — 6220
Красный 6220 — 7700

Последовательность спектров звёзд, получающихся при непрерывном изменении их поверхностных слоёв, обозначается следующими буквами: O, B, A, F, G, K, M (от горячих к холодным). Каждый из этих классов подразделяется ещё на 10 подклассов (пример B1, B2, B3…). Четкая классификация спектрального класса звезд представлена в следующей таблице

Спектральные классы звезд

O Ионизованный гелий > 30 000
B Нейтральный гелий 11 000 — 30 000
A Водород 7 200 — 11 000
F Ионизованный кальций 6 000 — 7 200
G 5 200 — 6 000
K Нейтральные металлы 3 500 — 5200
M < 3 500
R < 3 500
N Углерод < 3 500

Масса

Также звёзды разделяются по массе, но в более узких пределах в отличие от светимости (которая может различаться и в 1000 раз). Очень мало звёзд, имеющих массу в 10 раз больше или меньше Солнечной.

Ученые, изучая распределение звезд по массам и учитывая время жизни звезд различной массы, распределяют звезды по массам в момент их рождения. Ими установлено, что вероятность рождения звезды определенной массы, очень приближенно, обратно пропорциональна квадрату массы (функция Солпитера):

F(M) ~ M-7/3.

Это общая закономерность. Во многих областях Вселенной наблюдается дефицит массивных звезд. В тех областях, где молодых звезд много, звезд маленькой массы меньше. Исследователи полагают, что первые звезды были яркими, массивными и короткоживущими.В 

Радиус

Радиус звёзд может очень сильно отличаться, а также меняться… С появлением возможности проводить спектральный анализ, появились сведения о химическом составе звезды. По химическому составу звёзды представляют собой водородные и гелиевые плазмы, остальных элементов гораздо меньше. На 10тыс атомов водорода приходится 1000 атомов гелия, 5 атомов кислорода, 2 атома азота, 1 углерода и 0,5 железа. Других элементов ещё меньше….

Делались попытки построить теоретическую эволюцию звёзд вдоль главной последовательности на основе представлений о потери масс этими звёздами, но эти попытки оказались неудачными.

Время пребывания звёзд на главной последовательности зависит от их первоначальной массы. Чем больше излучение и масса звезды, тем скорее она израсходует свой водород.

Интересное по теме:

Обсудить статью на форуме

—>

Основными характеристиками звёзд явля­ются светимость и спектральный класс.

Светимость — это количество энергии, излучаемой звездой в еди­ницу времени.

Спектральный класс — это характеристика звезды, связанная с её температурой, светимостью, цветом и видом спектра.

Звёзды разделены на десять спектральных классов, которые обо­значаются буквами W, O, B, A, F, G, K, M, L, T. В таблице приведены спектральные классы звёзд, соответствующие этим классам цвет звез­ды и её температура.

Одним из параметров звёзд, характеризующих светимость, являет­ся эффективная температура, т. е. температура абсолютно чёрного тела с размерами, равными размерам небесного тела, и излучающего такое же количество энергии в единицу времени. Эту характеристику не следует путать с привычным для нас пониманием термина «темпе­ратура».

Горячие звёзды спектральных классов O и B имеют эффективную температуру на поверхности 10 000 K и выше и голубой цвет. У звёзд, сходных с нашим Солнцем, спектральный класс G и цвет жёлтый. Хо­лодные звёзды красного цвета с эффективной температурой их поверх­ности 3000 K относятся к спектральному классу M.

На рисунке 48 приведена диаграмма, на которой по горизонтальной оси показан спектральный класс звезды, а по вертикальной — её све­тимость. Из диаграммы следует, что с ростом температуры поверхно­сти растёт и светимость звезды. Плавная кривая, которая идёт из верх­него левого угла в правый нижний угол, называется главной последовательностью. В её области находятся звёзды, источником энергии которых является термоядерная реакция синтеза гелия из водорода. К этой последовательности принадлежит большинство звёзд (в том числе Солнце и Сириус). Масса звёзд главной последовательности ле­жит в пределах от 0,05 массы Солнца до 100 масс Солнца.

Рис. 48. Диаграмма «спектральный класс — светимость» (диаграмма Герцшпрунга-Ресселла)

Таблица. Спектральная классификация звёзд

Спектральный класс

Цвет

Эффективная температура (K)

Название звезды

W

голубой

80 000

γ Парусов

O

голубой

20 000

Спика, Беллатрикс

B

бело-голубой

15 000

Регул

A

белый

10 000

Сириус

F

бело-жёлтый

8000

Альтаир

G

жёлтый

6000

Солнце

K

оранжевый

4500

Арктур, Альдебаран

M

красный

3000

Антарес, Бетельгейзе

L

тёмно-красный

2000

Kelu-1

T

коричневый

1500

Gliese 229B

Содержание (план) 1. Светимость звёзд 2. Температура звёзд 3. Цвет звёзд 4. Спектр звёзд 5. Химический состав звёзд 6. Радиус звёзд 7. Масса звёзд 8. Взаимосвязи характеристик звёзд 8.1. Соотношение масса-светимость 9. Внутренние характеристики звезды 9.1. Внутренняя энергия звезды 10. Картинки (фото, рисунки)

Звезды представляются нам светя­щимися точками. Одни из них видны лучше — они ярче, другие слабее, третьи едва различаются невооружённым гла­зом, четвертые (их абсолютное большинство) видны только в телескоп.

Единственной физической величиной, которой можно ха­рактеризовать звезду и которую можно измерить, является ос­вещённость, создаваемая звездой на земной поверхности. Из оптики известно, что освещённость E, светимость звезды L и расстояние до звезды R связаны соотношением

E = L / 4πR2.

Освещённость, создаваемая самой яркой звездой Сириус на поверхности Земли, более чем в 1010 раз превышает освещён­ность, создаваемую самой слабой наблюдаемой звездой, но при­мерно во столько же раз меньше освещённости, создаваемой Солнцем.

Зная расстояние до звезды, измерив создаваемую ею осве­щённость, можно определить одну из основных физических её характеристик — светимость. Оказалось, что светимости звёзд разбросаны в весьма широких пределах. Светимость большин­ства звёзд меньше солнечной (у самых маломощных в милли­он раз), у самых больших и ярких звёзд, называемых бе­лыми или голубыми сверхгигантами, в десятки тысяч раз больше.

см. Температура звёзд

Самые горячие звезды имеют температуру до 35 000 K. Максимум излучения у них лежит в далёкой ультрафиолето­вой области, и нам они кажутся голубыми. Звезды с темпера­турой 10 000 K белые, с температурой 6000 K жёлтые, с тем­пературой 3000—3500 K красные.

Таблица 1. Температура, спектр и цве­т некоторых звёзд

Темпера­тура, K

Основные линии в видимом спектре (химические элементы)

Цвет звезды

Представитель

35 000

He+

Голубой

 

25 000

He

Голубовато-белый

Вега (α Лиры)

10 000

H

Белый

Сириус (α Боль­шого Пса)

6000

H, Ca+

Жёлтый

Солнце

4500

Металлы, OH, TiO

Красный

Арктур (α Воло­паса)

3500

Металлы, OH, TiO

Темно-красный

R Зайца

Внимательный наблю­датель сразу заметит, что яркие звезды имеют разный цвет. Так, Вега (α Лиры) голубовато-белая, Альдебаран (α Тельца) красновато-жёлтая, Сириус (α Большого Пса) белая, Антарес (α Скорпиона) красная, Солнце и Капелла (α Возничего) жёлтые. Мы не видим цвет у более слабых звёзд только из-за осо­бенностей нашего зрения. Цвет звезды обусловлен её темпера­турой, что непосредственно следует из закона Вина.

см. Спектр звёзд

Спектр звёзд зависит от температуры.

см. Химический состав звёзд

Энергия, испускаемая единицей поверх­ности звезды, определяется законом Стефана—Больцмана. Вся поверхность звезды равна 4πR2 (R — радиус звезды). Поэтому светимость звезды определяется выражением

L = 4πR2σT.

Таким образом, если нам известны температура и свети­мость звезды, то мы можем вычислить и её радиус. Угловые размеры дисков звёзд намного меньше предельного угла для большинства существующих телескопов. Лишь используя са­мые большие телескопы и специальные способы наблюдений, удалось не только непосредственно измерить диаметры несколь­ких звёзд, но и получить изображения их дисков.

Полученные значения радиусов звёзд в целом совпадают с вычисленными по приведённой формуле светимости.

Массы звёзд лежат в очень узких пределах. Если светимости звёзд лежат в пределах от L ≈ 10-4L до L ≈ 104L, радиусы — в пре­делах от 0,01R до 3 • 103R, то массы звёзд лежат в пределах от 0,02M до 100M. Тело меньшей массы уже не является звездой, а большей не может существовать. Такая звезда не­устойчива и уже при возникновении либо сбросит избыточную массу, либо распадётся на две или несколько.

Таблица 2. Характеристики некоторых типичных звёзд

Название звезды

Масса, в массах Солнца

Светимость, в светимостях Солнца

Радиус, в радиусах Солнца

Темпера­тура, K

Плотность по отношению к плотности воды

Главная последовательность

ε Возничего

10,2

220

3,5

11 000

0,33

Вега

2,8

52

3,0

9500

0,14

Сириус A

2,1

22,4

2,0

9250

0,36

α Центавра

1,02

1,3

1,2

5730

0,80

70 Змееносца

0,8

0,51

0,89

4900

2,2

Крюгер 60

0,3

7 • 10-3

0,26

3000

20,72

Гиганты

Капелла

3,3

220

23

5200

4 • 10-4

Арктур

4,2

130

26

4100

3 • 10-4

Альдебаран

5,0

160

45

3600

5 • 10-5

Сверхгиганты

Ригель

40

2 • 105

138

11 200

2 • 10-5

Антарес

18

3 • 104

560

3300

1,5 • 10-7

Белые карлики

40 Эридана

0,44

3,5 • 1024

1,7 • 10-2

10 000

1,25 • 108

Сириус B

1

2,7 • 10-3

2 • 10-2

8200

1,75 • 106

см. Диаграмма Герц­шпрунга — Рассела

Для понимания природы звёзд важно выявить зависимости между их отдельными характеристиками. Такие связи находятся путём сопоставления соответствующих величин.

Сопоставление масс, радиусов и светимостей звёзд главной последовательности показывает, что между этими величинами существуют два соотношения, выполняющиеся с очень боль­шой точностью. Если выражать характеристики звёзд в сол­нечных единицах, то

L = M3,9, R = M0,75.

Первое соотношение масса—светимость даёт возможность определить массы звёзд главной последова­тельности, не входящих в двойные системы. Для белых кар­ликов соотношение масса—радиус имеет совершенно другой вид.

  • Давление в центре звезды.
  • Температура в центре звезды.

Полная внутренняя энер­гия звезды равна: V = 3M*AT / 2μ = 3GM2*ρ̅ / 2r*ρц,

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий