Звезда что это такое в астрономии
Звезда (астрономия)
Другие значения слова «звезда» см. в статье Звезда (значения).
Ближайшей к Земле звездой (не считая Солнца) является Проксима Центавра. Она расположена в 4,2 св. лет от нашей Солнечной системы ( 4,2 св. лет = 39 Пм = 39 триллионов км = 3,9 × 10 13 км ). См. также список ближайших звёзд.
Невооружённым взглядом на небе видно около 6000 звёзд, по 3000 в каждом полушарии. Все видимые с Земли звёзды (включая видимые в самые мощные телескопы) находятся в местной группе галактик.
Содержание
Единицы измерения
Большинство звёздных характеристик как правило выражается в СИ, но также используется и СГС (например, светимость выражается в эргах в секунду). Масса, светимость и радиус обычно даются в соотношении с нашим Солнцем:
| солнечная масса: |  кг |
| солнечная светимость: |  Вт |
| солнечный радиус: |  м |
Для обозначения расстояния до звёзд приняты такие единицы как световой год и парсек
Большие расстояния, такие как радиус гигантских звёзд или большая полуось двойных звёздных систем часто выражаются с использованием астрономической единицы ( а. е. ) — среднее расстояние между Землёй и Солнцем ( 150 млн км ).
Физические характеристики
Массы подавляющего большинства современных звёзд лежат в пределах от 0,071 масс Солнца (75 масс Юпитера) до 100—150 масс Солнца, возможно, первые звёзды были ещё более массивными. Температура в недрах звёзд достигает 10—12 млн К.
Расстояние
Масса
Химический состав
Крайне важной характеристикой является ее химический состав, как с точки зрения звезды, так и с точки зрения наблюдателя. И хотя доля элементов тяжелее гелия исчисляется не более чем несколько процентов, но они играют важную роль в жизни звезды. Благодаря им ядерные реакции могут замедляться или ускорятся, а это отразиться как на яркости, звезды, так и на цвете, так и на продолжительности жизни. Так чем больше металличность массивной звезды, тем меньше будет остаток при взрыве сверхновой. Наблюдатель, зная химический состав звезды, может довольно уверенно сказать время образования звезды. Так как все те трагические изменения, происходящие со звездой на протяжении ее жизни, не касаются поверхности звезды. Это всегда так мало массивных и средне массивных звезд, и почти всегда для массивных звезд.
Строение звёзд
Возникновение и эволюция звёзд
Звезда начинает свою жизнь как холодное разреженное облако межзвёздного газа, сжимающееся под действием собственного тяготения. При сжатии энергия гравитации переходит в тепло, и температура газовой глобулы возрастает. Когда температура в ядре достигает нескольких миллионов Кельвинов, начинаются термоядерные реакции и сжатие прекращается. В таком состоянии звезда пребывает большую часть своей жизни, находясь на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга — Рассела, пока не закончатся запасы топлива в её ядре. Когда в центре звезды весь водород превратится в гелий, термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра.
В этот период структура звезды начинает заметно меняться. Её светимость растёт, внешние слои расширяются, а внутрениие наоборот, сжимаются. И до поры до времени яркость звезды тоже понижается. Температура поверхности снижается — звезда становится красным гигантом. На ветви гигантов звезда проводит значительно меньше времени, чем на главной последовательности. Когда масса её изотермического гелиевого ядра становится значительной, оно не выдерживает собственного веса и начинает сжиматься; возрастающая при этом температура стимулирует термоядерное превращение гелия в более тяжёлые элементы.
Белые карлики и нейтронные звёзды
Вскоре после гелиевой вспышки «загораются» углерод и кислород; каждое из этих событий вызывает сильную перестройку звезды и её быстрое перемещение по диаграмме Герцшпрунга — Рассела. Размер атмосферы звезды увеличивается ещё больше, и она начинает интенсивно терять газ в виде разлетающихся потоков звёздного ветра. Судьба центральной части звезды полностью зависит от её исходной массы: ядро звезды может закончить свою эволюцию как белый карлик (маломассивные звёзды), в случае, если её масса на поздних стадиях эволюции превышает предел Чандрасекара — как нейтронная звезда (пульсар), если же масса превышает предел Оппенгеймера — Волкова — как чёрная дыра. В двух последних случаях завершение эволюции звёзд сопровождается катастрофическими событиями — вспышками сверхновых.
Подавляющее большинство звёзд, и Солнце в том числе, заканчивают эволюцию, сжимаясь до тех пор, пока давление вырожденных электронов не уравновесит гравитацию. В этом состоянии, когда размер звезды уменьшается в сотню раз, а плотность становится в миллион раз выше плотности воды, звезду называют белым карликом. Она лишена источников энергии и, постепенно остывая, становится тёмной и невидимой.
У звёзд более массивных, чем Солнце, давление вырожденных электронов не может сдержать сжатие ядра, и оно продолжается до тех пор, пока большинство частиц не превратится в нейтроны, упакованные так плотно, что размер звезды измеряется километрами, а плотность в 280 трлн. раз превышает плотность воды. Такой объект называют нейтронной звездой; его равновесие поддерживается давлением вырожденного нейтронного вещества.
Чёрные дыры
У звёзд более массивных, чем предшественники нейтронных звёзд, ядра испытывают полный гравитационный коллапс. По мере сжатия такого объекта сила тяжести на его поверхности возрастает настолько, что никакие частицы и даже свет не могут её покинуть, — объект становится невидимым. В его окрестности существенно изменяются свойства пространства-времени; их может описать только общая теория относительности. Такие объекты называют чёрными дырами.
Схема эволюции одиночных звёзд
малые массы 0.08Msun 10Msun
горение водорода в ядре
спокойное горение гелия в ядре
горение углерода в ядре. C в O, Ne, Si, Fe, Ni..
O,Ne,Mg… белый карлик или нейтронная звезда
Продолжительность эволюции звёзд
Классификация звёзд
Звёзды классифицируют по светимости, массе, температуре поверхности, химическому составу, особенностям спектра (спектральному классу) и кратности.
Кратные звёзды
Обозначения звёзд
В нашей галактике более 100 млрд. звёзд. На фотографиях неба, полученных крупными телескопами, видно такое множество звёзд, что бессмысленно даже пытаться дать им всем имена или хотя бы сосчитать их. Около 0,01 % всех звёзд Галактики занесено в каталоги. Таким образом, подавляющее большинство звёзд, наблюдаемых в крупные телескопы, пока не обозначено и не сосчитано.
Самые яркие звёзды у каждого народа получили свои имена. Многие из ныне употребляющихся, например, Альдебаран, Алголь, Денеб, Ригель и др., имеют арабское происхождение; культура арабов послужила мостом через интеллектуальную пропасть, отделяющую падение Рима от эпохи Возрождения.
В прекрасно иллюстрированной Уранометрии (Uranometria, 1603) немецкого астронома И. Байера (1572—1625), где изображены созвездия и связанные с их названиями легендарные фигуры, звёзды были впервые обозначены буквами греческого алфавита приблизительно в порядке убывания их блеска: α — ярчайшая звезда созвездия, β — вторая по блеску, и т. д. Когда не хватало букв греческого алфавита, Байер использовал латинский. Полное обозначение звезды состояло из упомянутой буквы и латинского названия созвездия. Например, Сириус — ярчайшая звезда в созвездии Большого Пса (Canis Major), поэтому его обозначают как α Canis Majoris, или сокращённо α CMa; Алголь — вторая по яркости звезда в Персее обозначается как β Persei, или β Per. Байер, однако, не всегда следовал введенному им правилу, и в байеровских обозначениях есть большое количество исключений.
Джон Флемстид (1646—1719), первый Королевский астроном Англии, ввёл систему обозначения звёзд, не связанную с их блеском. В каждом созвездии он обозначил звёзды номерами в порядке увеличения их прямого восхождения, то есть в том порядке, вкотором они пересекают меридиан. Так, Арктур, он же a Волопаса (α Bootes), обозначен как 16 Bootes.
Некоторые необычные звёзды иногда называют именами астрономов, впервые описавших их уникальные свойства. Например, звезда Барнарда названа в честь американского астронома Э. Барнарда (1857—1923), а звезда Каптейна — в честь нидерландского астронома Я. Каптейна (1851—1922). На современных картах звёздного неба обычно нанесены древние собственные имена ярких звёзд и греческие буквы в системе обозначений Байера (его латинские буквы используют редко); остальные звёзды обозначают согласно Флемстиду. Но не всегда на картах хватает места для этих обозначений, поэтому обозначения остальных звёзд нужно искать в звёздных каталогах.
Для переменных звёзд используется свой способ обозначения. Такие звёзды обозначают в порядке их обнаружения в каждом созвездии. Первую обозначают буквой R, вторую — S, затем T и т. д. После Z идут обозначения RR, RS, RT и т. д. После ZZ идут AA и т. д. (Букву J не используют, чтобы не было путаницы с I.) Когда все эти комбинации истощаются (всего их 334), то продолжают нумерацию цифрами с буквой V (variable — переменный), начиная с V335. Например: S Car, RT Per, V557 Sgr.
Реакции термоядерного синтеза в недрах звёзд
Реакции термоядерного синтеза элементов — основной источник энергии большинства звёзд.
Что такое звезды?
Одно из самых красивых зрелищ, которые только есть в нашем мире, — вид звездного неба в темную безлунную ночь. Тысячи звезд алмазными россыпями усеивают небо — яркие и тусклые, красные, белые, желтые… Но что такое звезды? Расскажу об этом совсем просто, так, чтобы понятно было всем.
Звезды — это огромные шары, разбросанные тут и там в космическом пространстве. Вещество в них удерживается силами взаимного притяжения. Эти шары разогреты до такой высокой температуры, что способны излучать свет, благодаря чему мы их и наблюдаем. На самом деле звезды настолько раскалены, что любое вещество, даже самый твердый металл, пребывает на них в виде электрически заряженного газа. Такой газ называется плазмой.
Почему звезды светятся?
Внутри звезд температура гораздо выше, чем на поверхности. В звездном ядре она может достигать 10 миллионов градусов и выше. При таких температурах идут термоядерные реакции превращения одних химических элементов в другие. Например, водород, из которого в основном состоят почти все звезды, в их недрах превращается в гелий.
Именно термоядерные реакции служат основным источником энергии звезд. Благодаря им звезды способны светить на протяжении многих миллионов лет.
Звезды и галактики
Во Вселенной насчитывается больше миллиарда миллиардов звезд. В соответствии с законами природы они собрались в огромные звездные острова, которые астрономы назвали галактиками. Мы живем в одной из таких галактик, имя которой — Млечный Путь.
Млечный Путь — галактика, частью которой являются Солнце и все видимые на небе звезды. Фото: Juan Carlos Casado (TWAN, Earth and Stars)
Все звезды, видимые на небе невооруженным глазом или в небольшой телескоп, принадлежат Млечному Пути. Другие галактики тоже можно наблюдать на небе с помощью телескопа, но все они выглядят как тусклые туманные пятнышки света.
Солнце — самая близкая к нам звезда. Она ничем не выделяется на фоне миллионов других звезд, которые можно увидеть в телескоп. Солнце — не самая яркая, но и не самая тусклая звезда, не самая горячая, но и не самая холодная, не самая массивная, но и не самая легкая. Можно сказать, что Солнце — звезда-середняк. И только нам роль Солнца кажется исключительно важной, потому что эта звезда дарит нам тепло и свет. Только благодаря Солнцу на Земле возможна жизнь.
Размеры, масса и светимость звезд
Размеры и масса даже небольших звезд огромны. Например, Солнце в 109 раз больше Земли по диаметру и в 330000 раз массивнее нашей планеты! Чтобы заполнить объем, который занимает в пространстве Солнце, нам потребовалось бы больше миллиона планет размером с Землю!
Сравнительные размеры Солнца и планет Солнечной системы. Земля на этой картинке — крайняя левая планета в первом, ближайшем ряду.
Но мы уже знаем, что Солнце обычная, средняя звезда. Есть звезды гораздо крупнее Солнца, как, например, звезда Сириус, самая яркая звезда ночного неба. Сириус в 2 раза массивнее Солнца и в 1,7 раза больше его по диаметру. Он также излучает в 25 раз больше света, чем наша дневная звезда!
Другой пример — звезда Спика, возглавляющая созвездие Девы. Ее масса в 11 раз больше Солнца, а светимость в 13000 раз выше! Вряд ли возможно даже представить себе испепеляюще мощное излучение этой звезды!
Но большинство звезд во Вселенной все-таки меньше Солнца. Они легче и светят гораздо слабее, чем наша звезда. Самые распространенные звезды называются красными карликами, так как излучают в основном красный свет. Типичный красный карлик примерно в 2-3 раза легче Солнца, в 4 или даже 5 раз меньше его по диаметру и в 100 раз тусклее, чем наша звезда.
В нашей галактике порядка 700 миллиардов звезд. Из них не меньше 500 миллиардов окажется красными карликами. Но, к несчастью, все красные карлики настолько тусклые, что ни один из них не виден на небе невооруженным глазом! Чтобы наблюдать их, нужен телескоп или хотя бы бинокль.
Необычные звезды
Помимо красных карликов, которые составляют большинство всех звезд во Вселенной, помимо звезд, похожих на Солнце, а также таких звезд, как Сириус и Спика, существует также небольшая доля необычных звезд, чьи характеристики — размеры, светимость или плотность — сильно отличаются от других звезд.
Белые Карлики
Одной из таких звезд является спутник Сириуса.
Многие звезды живут не поодиночке, как наше Солнце, а парами. Такие звезды называются двойными. Точно так же, как Земля и другие планеты Солнечной системы движутся по орбитам вокруг Солнца под действием его притяжения, так и звезда-спутник может обращаться по орбите вокруг главной звезды.
Двойная звезда. Главная звезда и звезда-спутник меньшего размера вращаются вокруг общего центра масс, обозначенного на рисунке красным крестом. Источник: Википедия
На самом деле планеты вместе с Солнцем обращаются вокруг общего центра масс. То же самое происходит и с компонентами двойной звезды — они обе вращаются вокруг общего центра масс (см. gif-рисунок).
В XIX веке у Сириуса, самой яркой звезды ночного неба, был обнаружен очень тусклый спутник, видимый только в телескоп. Его назвали Сириус B (читается как Сириус Б). Вместе с тем оказалось, что его поверхность столь же горячая, как поверхность Сириуса. В то время астрономы уже знали, что тело испускает тем больше света, чем оно горячее. Следовательно, с каждого квадратного метра поверхности спутника Сириуса излучалось столько же света, сколько с квадратного метра самого Сириуса. Почему же спутник был такой тусклый?
Потому что площадь поверхности Сириуса В была гораздо меньше площади поверхности Сириуса А! Оказалось, что размер спутника равен размеру Земли. Вместе с тем его масса оказалась равна массе Солнца! Простые подсчеты показывают, что каждый кубический сантиметр Сириуса B содержит 1 тонну вещества!
Такие необычные звезды назвали белыми карликами.
Красные сверхгиганты
На небе также были найдены звезды огромных размеров и светимостей. Одна из таких звезд, Бетельгейзе, в 900 раз больше Солнца по диаметру и излучает в 60000 раз больше света, чем наше дневное светило! Другая звезда, VY Большого Пса (читается как «вэ-игрек») в 1420 раз больше Солнца по диаметру! Если VY Большого Пса поместить на место Солнца, то поверхность звезды будет находиться между орбитами Юпитера и Сатурна, а все планеты с Меркурия по Юпитер (включая Землю!) оказались бы внутри звезды!
Сравнительные размеры Солнца (слева вверху), Сириуса (белая звезда) и некоторых гигантских звезд. Красный сверхгигант UY Щита, который занимает большую часть картинки, в 1900 раз больше Солнца по диаметру.
Такие звезды называются сверхгигантами. Отличительная особенность гигантских и сверхгигантских звезд состоит в том, что они при всех своих колоссальных размерах содержат лишь в 5, 10 или 20 раз больше вещества, чем Солнце. Это значит, что плотность таких светил очень низка. Например, средняя плотность VY Большого Пса в 100000 раз меньше плотности комнатного воздуха!
И белые карлики, и звезды-гиганты не рождаются такими, а становятся в ходе эволюции, после того, как водород в их недрах переработан в гелий.
Звезды и скрытая масса Вселенной
Еще относительно недавно астрономы полагали, что в звездах содержится почти все вещество во Вселенной. Но в последние десятилетия выяснилось, что львиную долю массы Вселенной составляют таинственная темная материя и еще более таинственная темная энергия. На звезды, таким образом, приходится всего около 2% всей материи (а на планеты, кометы и астероиды и того меньше!). Но именно эти 2% мы и способны наблюдать, так как именно они излучают свет! Трудно представить, насколько унылым местом была бы Вселенная, если бы в ней не было звезд!
Что такое звезда
Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Звездное небо — одно из самых замечательных зрелищ. На него можно смотреть часами.
Мы видим звезды как маленькие светящиеся точки в ночном небе. Одни из них нам кажутся более яркими, другие менее. На небе звезды расположены рядом друг с другом.
Но какие расстояния между ними на самом деле? И что такое звезда? Об этом как раз и пойдет разговор в этой статье.
Что такое звезда
Звезда — это большой газовый шар, который удерживается в пространстве благодаря силам гравитации и внутреннему давлению.
Каждая звезда отличается тем, что в ее недрах происходят или происходили термоядерные процессы. Каждое из таких небесных тел представляет собой светящийся сгусток материи.
Свет, излучаемый такими объектами, делает эти объекты видимыми для человеческого глаза, даже если они находятся на огромном расстоянии.
Виды звезд
Классифицируют звезды в зависимости от температуры их поверхности. Они бывают:
Такая классификация достаточно примитивна, ведь ученые астрономы говорят еще и о бело-голубых и оранжевых звездах.
Любопытно, что цвет звезды определяется температурой ее поверхности. Однако температура внутри звезды гораздо выше.
Масса звезд бывает разной — от 0,07 массы Солнца (красные), до 50 масс Солнца (голубые гиганты).
Звездная величина
Звездная величина или блеск определяют яркость объекта, его светимость, с точки зрения земного наблюдателя. Это понятие характеризует поток энергии на единицу площади.
Чем меньше значение звездной величины — тем большая яркость у светила. У самых ярких звезд — первая звездная величина.
Ранее считалось, что самые «тусклые» звезды имеют 6-ую звездную величину. Однако это лишь предел зрения невооруженного глаза. С помощью телескопов видны звезды 19-ой величины.
Солнце — это звезда нашей системы
Ближайшая к нам звезда — это Солнце. Земля является одной из восьми планет солнечной системы, которые вращаются вокруг этого небесного светила. Благодаря солнечной энергии и свету, на нашей планете есть понятия «день» и «ночь», «тень» и «солнечная сторона».
Солнце находится от Земли на расстоянии 149,6 млн км. Именно это расстояние называют астрономической единицей. Масса Солнца составляет 1,99*1030 кг, это значение используются для выражения массы других небесных тел.
В ядре нашей звезды происходят термоядерные реакции. Атомы водорода разрываются. Затем происходит слияние полученных частиц (протонов и нейтронов) в ядра атомов гелия.
Плотность газа внутри ядра намного выше плотности железа. Температура ядра Солнца составляет порядка 15 млн Кельвинов. Фотоны, излучаемые ядром, проходят радиационную и конвективную зону Солнца. Солнечный свет достигает Земли приблизительно за 8 минут.
Что такое созвездия
Любителям астрономии нравится находить на ночном небе различные созвездия. Но что такое созвездие? Это участок ночного неба, со всеми видимыми с Земли объектами на нем.
Таким образом, звезды, из которых состоит одно созвездие, не обязательно находятся рядом друг с другом. Они никак друг с другом не связаны и не обозначают область во Вселенной. Введено это понятие лишь для ориентирования в ночном небе.
Созвездие — это группа звезд, которые при проецировании на ночное небо находятся рядом.
Ночное небо разделено на 88 созвездий. Названия они получили в честь:
Список созвездий и их границы на ночном небе были определены на заседании Международного астрономического съезда в 1922 году.
Ближайшая к Солнцу звезда
Самая близкая к Солнцу звезда находится в созвездии Центавр. Это созвездие южного полушария. Самая яркая звезда созвездия обозначается как α — «альфа».
Альфа созвездия Центавр — и есть ближайшая к нам звезда. Ее называют Проксима Центавра или Альфа Центавра. Она расположена на расстоянии 4,22 световых года.
Галактики — что это такое
Звезды, которые объединены в одно созвездие, не обязательно находятся рядом.
Однако есть слово, которое обозначает группу звезд, находящихся в одной области в космическом пространстве. Это — «галактика».
Если не брать во внимание нашу Галактику Млечный Путь, все другие находятся очень далеко. Все же невооруженным глазом можно рассмотреть четыре галактики на ночном небе: 2 в северном полушарии и 2 в южном. По некоторым данным, существуют 2 триллиона галактик.
Галактика Млечный путь имеет спиральную форму и выглядит как вихрь из звезд. Как вокруг звезды вращаются планеты, так и звезды в галактике вращаются вокруг ее центра.
К примеру, нашему солнцу понадобится около 200 млн лет, чтобы пройти полный круг в галактике, хотя оно и движется со скоростью 940 тыс. км/час.
Одна из ближайших и видимых с Земли галактик — Туманность Андромеды. Она имеет такую же, как и Млечный Путь спиральную форму. В галактиках есть старые звезды, средний и новые.
Самые известные звезды
Среди огромного количества звезд в огромном количестве галактик, есть те, о которых многим известно или о которых хотя бы слышали. Вот несколько таких примеров:
Задумываясь о том, насколько большой является Вселенная (это если еще не учитывать, что она постоянно расширяется), мы все больше понимаем, насколько немного о ней знаем. И хотя сведений, полученных от астрономов и с помощью телескопов немало, больше информации еще впереди.
Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru
Эта статья относится к рубрикам:
Комментарии и отзывы (2)
Интересно, что все химические элементы, что есть на нашей планете, родились в недрах сверхмассивных звёзд, взять хоть золото, трудно в это поверить, но золото и прочие драгоценные металлы, всё это возникло внутри древних звёзд и было выброшено в межзвездное пространство после гибели звезды.
Наше же Солнце не способно синтезировать такие элементы, но оно даёт нам энергию для жизни, что куда важнее золотых слитков.
Строго говоря, Солнце это тоже самая рядовая звезда желтого спектра свечения, причем самая средняя по размеру. Часто читаю опасения по поводу превращения Солнца в сверхновую звезду. В основном люди науки считают, что это невозможно, так как Солнце. давно прошло через фазу сверхновой. В любом случае, проверить этоутверждение никак нельзя.