Все звезды журнал

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.

• Звездные карты: как найти объект на небе
• Красные гиганты, белые карлики, пульсары
• Нейтронные звезды, или пульсары

Поделиться ссылкой

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.

Мы видим звезды лучистыми не потому, что они на самом деле такие, а из-за строения нашего глаза. Хрусталик имеет неоднородную волокнистую структуру и преломляет свет в виде лучей

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).

Звездная эволюция

Основываясь на массе звезды, можно определить весь ее эволюционный путь, так как он проходит по определенным шаблонным этапам. Есть звезды промежуточной массы (как Солнце) в 1.5-8 раз больше солнечной массы, более 8, а также до половины солнечной массы. Интересно, что чем больше масса звезды, тем короче ее жизненный срок. Если она достигает меньше десятой части солнечной, то такие объекты попадают в категорию коричневых карликов (не могут зажечь ядерный синтез).

Объект с промежуточной массой начинает существование с облака, размером в 100000 световых лет. Для сворачивания в протозвезду температура должна быть 3725°C. С момента начала водородного слияния может образоваться Т Тельца – переменная с колебаниями в яркости. Последующий процесс разрушения займет 10 миллионов лет. Дальше ее расширение уравновесится сжатием силы тяжести, и она предстанет в виде звезды главной последовательности, получающей энергию от водородного синтеза в ядре. Нижний рисунок демонстрирует все этапы и трансформации в процессе эволюции звезд.

Этапы эволюции звезды

Когда весь водород переплавится в гелий, гравитация сокрушит материю в ядро, из-за чего запустится стремительный процесс нагрева. Внешние слои расширяются и охлаждаются, а звезда становится красным гигантом. Далее начинает сплавляться гелий. Когда и он иссякает, ядро сокращается и становится горячее, расширяя оболочку. При максимальной температуре внешние слои сдуваются, оставляя белый карлик (углерод и кислород), температура которого достигает 100000 °C. Топлива больше нет, поэтому происходит постепенно охлаждение. Через миллиарды лет они завершают жизнь в виде черных карликов.

Процессы формирования и смерти у звезды с высокой массой происходят невероятно быстро. Нужно всего 10000-100000 лет, чтобы она перешла от протозвезды. В период главной последовательности это горячие и голубые объекты (от 1000 до миллиона раз ярче Солнца и в 10 раз шире). Далее мы видим красного сверхгиганта, начинающего сплавлять углерод в более тяжелые элементы (10000 лет). В итоге формируется железное ядро с шириною в 6000 км, чье ядерное излучение больше не может противостоять силе притяжения.

Когда масса звезды приближается к отметке в 1.4 солнечных, электронное давление больше не может удерживать ядро от крушения. Из-за этого формируется сверхновая. При разрушении температура поднимается до 10 миллиардов °C, разбивая железо на нейтроны и нейтрино.  Всего за секунду ядро сжимается до ширины в 10 км, а затем взрывается в сверхновой типа II.

Туманность Эскимоса — один из последних этапов эволюции небольшой звезды

Если оставшееся ядро достигало меньше 3-х солнечных масс, то превращается в нейтронную звезду (практически из одних нейтронов). Если она вращается и излучает радиоимпульсы, то это пульсар. Если ядро больше 3-х солнечных масс, то ничто не удержит ее от разрушения и трансформации в черную дыру.

Звезда с малой массой тратит топливные запасы так медленно, то станет звездой главной последовательности только через 100 миллиардов – 1 триллион лет. Но возраст Вселенной достигает 13.7 миллиардов лет, а значит такие звезды еще не умирали. Ученые выяснили, что этим красным карликам не суждено слиться ни с чем, кроме водорода, а значит, они никогда не перерастут в красных гигантов. В итоге, их судьба – охлаждение и трансформация в черные карлики.

Периоды именования

Условно можно выделить несколько периодов, в которые люди давали имена небесным светилам.

Доантичный период

С древних времён люди пытались «понять» небо, и давали ночным светилам имена. До нас дошло не более 20 названий из тех времён. Здесь активно работали ученые Вавилона, Египта, Израиля, Ассирии и Месопотамии.

Греческий период

Греки особо не вникали в астрономию. Они дали имена только небольшому числу светил. Преимущественно, они брали имена из названий созвездий или просто приписывали уже существующие названия. Все астрономические знания древней Греции, а также Вавилона были собраны греческим ученым Птолемеем Клавдием

(І-ІІ в.) в трудах «Альмагест» и «Тетрабиблос».

Альмагест (Великое построение) — труд Птолемея в тринадцати книгах, где он на основе труда Гиппарха Никейского (ок. 140 г до н. э.) пытается объяснить структуру Вселенной. Также он приводит список имен некоторых самых ярких созвездий.

Таблица небесных светил, описанных в Альмагесте

Тетрабиблос — ещё один труд Птолемея Клавдия в четырёх книгах. Здесь дополняется перечень небесных тел.

Римский период

Римская империя занимались изучением астрономии, но когда эта наука начала активно развиваться, Рим пал. А за государством его наука пришла в упадок. Тем не менее, около сотни звезд имеют латинские имена, хотя это не гарантирует, что названия им дали их ученые из Рима.

Арабский период

Основоположным при изучении астрономии у арабов был труд Птолемея Альмагеста. Большую часть они перевели на арабский язык. Исходя из религиозных убеждений арабов, части светил они заменили имена. Часто названия давались, исходя из расположения тела в созвездии.

Так, многие из них имеют имена или части имен означающее шею, ногу или хвост.

Таблица арабских названий

Эпоха Возрождения

С XVI века в Европе, возрождается античность, а с ней наука. Арабские названия не менялись, но часто появлялись арабо-латинские гибриды. Новые скопления небесных тел практически не открывались, но старые дополнялись новыми объектами. Значительным событием того времени стал выпуск атласа звездного неба «Уранометрия».

Его составителем стал астроном-любитель Иоганн Байер (1603 г.). На атласе он нанёс художественное изображение созвездий.

А главное, он предложил принцип наименования светил

с добавлением букв греческого алфавита. Наиболее яркое тело созвездия будет называться «Альфа», менее яркое «Бета» и так дальше до «Омеги». Например, самая яркая звезда Скорпиона – Альфа Скорпиона, менее яркая Бета Скорпиона, затем Гамма Скорпиона и т.д.

Наше время

С появлением мощных телескопов стали открывать огромное количество светил. Теперь им не дают красивые названия, а просто присваивают индекс с цифровым и буквенным кодом. Но бывает, что небесным телам дают названия именные. Их называют именами учёных открывателей, а сейчас даже можно купить возможность назвать светило по своему желанию.

Важно!

Солнце не является частью никакого созвездия.

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.

Если между звездами провести воображаемые линии, при наличии некоторой фантазии можно увидеть различные объекты: разнообразные предметы, людей, животных, например рака, дракона, медведя и т. д. Эти небесные рисунки называются созвездиями. Астрономы различают 88 созвездий. Самые известные из них это Большая Медведица, Малая Медведица и Орион, а также зодиакальные созвездия. Раньше созвездия называли в честь мифических персонажей

Виды звёзд

Звёзды различают по таким параметрам, как масса, размер и светимость. Цвет их изменяется от красного до голубого. И чем ближе к голубому — тем выше температура космического объекта.

Красный (класс M) — 2000-3500 градусов.Оранжевый (класс K) — от 3500 до 5000 градусов.Жёлтый (класс G) — 5-6 тысяч градусов. К данному типу относится и наше Солнце.Жёлто-белый (класс F) — от 6000 К до 7500 К.Белый (класс A) — 7500 К — 10000 К.Бело-голубой (класс B) — 10-30 тысяч градусов.Голубой (класс O) — 30-60 тысяч К.

Коричневый карлик. Это тип звёзд, которые на излучение тратят больше энергии, чем получают в результате ядерной реакции. Их температура около 300-500 градусов.

Белый карлик. Практически все звёзды завершают свою эволюцию превращением в белых карликов.В конце своей жизни они начинают сжиматься, уменьшаясь в сотни раз от своего первоначального размера. При этом они обретают плотность, превосходящую плотность воды в миллион раз. Однако, теряют источники энергии и постепенно остывают. Такую участь ждёт и наше Солнце (но сейчас его относят к типу жёлтых карликов).

Красный гигант. Тип звёзд, имеющих относительно низкую температуру (3-5 тысяч градусов), но при этом обладающие огромной светимостью.

Типа Вольфа — Райе. Класс звёзд, обладающих очень высокой температурой и светимостью.

Сверхновые. Это те звёзды, которые закачивают свой цикл взрывным процессом. Если в спектре такой вспышки присутствуют линии водорода — это Сверхновая 2 типа, если нет — 1 типа.

Новые. Это Сверхновые, вспышка которых гораздо слабее — не такая яркая, и выделяет не так много энергии.

Гиперновые. Это очень большие Сверхновые.Или, другими словами, Гиперновые — это очень большие и тяжёлые звёзды (более 100 масс Солнца), оканчивающие свою эволюцию взрывом.

Яркие голубые переменные (ЯГП). Очень яркие гигантские звёзды, ещё и пульсирующие при этом. Их сияние может быть, представьте только, в миллион раз сильнее солнечного.
Полагают, это объясняется тем, что звёзды такого типа сбрасывают излишки энергии — отсюда и такое яркое сияние.

Ультраяркие рентгеновские источники. Это тип звёзд, имеющих очень сильное излучение, но только в рентгеновском диапазоне.

Нейтронные звёзды. Это тип звёзд, сжатие Ядра которых не прекращается до тех пор, пока практически все частицы не превратятся в нейтроны.Масса таких звёзд превосходит массу Солнца в полтора — три раза, но их диаметр при этом около 10 км. Это насколько же высокой плотностью они обладают?!

Самые известные звезды в космосе и Вселенной

Естественно, самой известной звездой является ближайшая к Земле – Солнце, оно служит источником жизни и тепла для планеты. Но существуют и другие светила, привлекающие своими особенностями. Итак, самые известные звезды в космосе:

• Сириус – почти вдвое крупнее и массивнее Солнца, излучает в 25 раз больше света, поэтому является самой яркой звездой на ночном небе, не считая Солнца. Она относится к созвездию Большого Пса. В 1844 году астроном Фридрих Бессель смог зафиксировать колебания Сириуса, предположив, что где-то рядом есть звезда-компаньон. Теория подтвердилась в 1862 году Алваном Кларком, который обнаружил еще одно светило, прозванное Сириус B;
• Канопус – ярчайшая точка созвездия Киля, ее свет является ориентиром для космических станций. Ее свечение превышает Солнце в 14800 раз, а размеры – в 65 раз;
• Бетельгейзе – супергигант в созвездии Ориона, превосходящий Солнце по яркости в 55000 раз, а в диаметре – в 650. Если бы он был в центре Солнечной системы, то смог бы поглотить все планеты, находящиеся до орбиты Марса;
• Альфа Центавра – украшает звездный космос система из 3 объектов в созвездии Кентавра, ближайшая к Солнцу, их отделяет чуть более 4 световых года. За ней лучше всего наблюдать из Южного полушария;
• Капелла – система из 4 светил: 2 желтых гиганта, 2 красных карлика. Учитывая, что первая пара находится на последней стадии жизни, светимость в ближайшее время ослабеет;
• Полярная звезда – хоть и относится к гигантам, в отличие от перечисленных выше, не входит в список крупнейших и ярчайших, но все же является одной из самых известных, ведь о ней знают даже маленькие дети. Будучи элементом Малой Медведицы, почти не меняет своего расположения относительно определенной широты. Всегда указывает на север, поэтому ее еще называют Северной, и она уже на протяжении многих тысячелетий служит ориентиром для моряков и путешественников.

Список можно пополнить большим количеством небесных светил, которые так или иначе выделяются на небосклоне. Астрономы, как новички, так и профессионалы, любящие космос и звезды, всегда смогут самостоятельно найти интересные для наблюдения экземпляры, открыть для себя новые границы и тайны Вселенной.

История наблюдений за звездами

Сейчас можно легко купить телескоп и наблюдать на ночным небом или воспользоваться телескопами онлайн на нашем сайте. С древних времен звезды на небе играли важную роль во многих культурах. Они отметились не только в мифах и религиозных историях, но и послужили первыми навигационными инструментами. Именно поэтому астрономия считается одной из древнейших наук. Появление телескопов и открытие законов движения и гравитации в 17 веке помогли понять, что все звезды напоминают наше Солнце, а значит подчиняются тем же физическим законам.

Фотография умирающей звезды. Изображение получено космическим телескопом Хаббл

Изобретение фотографии и спектроскопии в 19 веке (исследование длин волн света, исходящих от объектов) позволили проникнуть в звездный состав и принципы движения (создание астрофизики). Первый радиотелескоп появился в 1937 году. С его помощью можно было отыскать невидимое звездное излучение. А в 1990 году удалось запустить первый космический телескоп Хаббл, способный получить наиболее глубокий и детализированный взгляд на Вселенную (качественные фото Хаббла для различных небесных тел можно найти на нашем сайте).

Самые тусклые звезды

Если мы ограничимся звездами, которые все еще в процессе синтеза, то самая низкая светимость — у красных карликов. Самой холодной звездой с самой низкой светимостью в настоящее время является красный карлик 2MASS J0523-1403. Чуть меньше света — и мы попадем в царство коричневых карликов, которые уже не являются звездами.

Еще могут быть остатки звезд: белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Насколько тусклыми они могут быть? Белые карлики чуть светлее, но остывают в течение долгого времени. Через определенное время они превращаются в холодные куски угля, практически не излучающие свет — становятся «черными карликами». Чтобы остыть, белым карликам нужно очень много времени, поэтому их пока просто нет.

Астрофизики пока не знают, что происходит с веществом нейтронных звезд, когда они остывают. Наблюдая за сверхновыми в других галактиках, они могут предположить, что в нашей галактике должно было сформироваться несколько сотен миллионов нейтронных звезд, однако пока была зафиксирована лишь малая часть от этого числа. Остальные должны были остыть настолько, что стали попросту невидимыми.

А что насчет черных дыр в глубоком межгалактическом пространстве, на орбите которых ничего нет? Они все еще выделяют немного излучения, известного как излучение Хокинга, но его не так много. Такие одинокие черные дыры, наверное, светятся меньше, чем остатки звезд. Существуют ли они? Возможно.

Похожие записи:

Петр алейников «сердечко на ножках». кого любил александр пороховщиков Дочь «ихтиандра» Перевод «one lucky» на русский Стилист аллы пугачевой и филиппа киркорова александр шевчук скончался в москве Сергей жигунов