Вид звездного неба завораживает. Кажется, что им можно любоваться бесконечно. Столько там таинственности и загадочности. Но что же собой представляют звезды? Какие космические объекты так называют?
Что такое звезды
Звезды – это большие небесные тела, разбросанные по всему космическому пространству. Силой взаимного притяжения в них удерживаются определенные вещества. Звезды имеют высокую температуру, благодаря чему излучают свет, который могут увидеть наблюдатели с Земли. Объекты раскалены до такой степени, что любое вещество, даже металлы, находятся в них в газообразном состоянии, а их совокупность называется плазмой.
Почему звезды светятся
Все дело в разнице температур ядра и поверхности. Внутри звезды она может достигать 10 млн градусов и больше. Благодаря этому, в космическом объекте постоянно происходят термоядерные реакции, что превращает одни химические элементы в другие. К примеру, водород, из которого состоит большая часть звезд, становится в их недрах гелием. Благодаря этому возникает свечение, которое и видят земляне.
Наименование звезд
Имена отдельным космическим телам и созвездиям люди стали давать еще в глубокой древности. В то время человеку небо представлялось обиталищем различных мифических существ, в честь которых им и давали названия. Большинство из них используются до сих пор.
Разительно отличаются названия созвездий в Северном и Южном полушариях. Здесь преобладают не мифические существа, а различные части кораблей и морских обитателей. Дело в том, что Южное полушарие в древнем мире было слабо известно учеными. Его активное освоение началось с эпохой великих географических открытий. Логично, что многие созвездия южного полушария были впервые обнаружены моряками, которые и давали им название, исходя из собственных предпочтений. Так на небосводе появились Киль, Корма и пр.
Сейчас ученые выделяют 88 созвездий. Из них 12 относятся к зодиакальным. Самое яркое небесное тело в них обозначают греческой буквой «альфа», следующая – «бета» и т.д.
Отдельные звезды обозначают буквенно-цифровой аббревиатурой. Кроме того, небесные тела классифицируют по цвету и размерам. К примеру, голубые гиганты или коричневые карлики.
Формирование звезды
Моментом рождения звезды является объединение молекул водорода и гелия в одно облако. Оно начинает вращаться. Появляется внутренняя гравитация. Это обстоятельство ускоряет вращение.
Постепенно внешнее пространство облака начинает напоминать диск, а внутреннее – сферическое скопление. Температура материала повышается, как и его плотность. Это приводит к образованию шарообразной протозвезды.
Со временем давление и тепло повышаются до 1 млн.оС. Это приводит к слиянию атомных ядер. В этот момент и зажигается новая звезда. Небесное тело при этом практически незаметно для глаз наблюдателя, т.к. его окутывает мощное газо-пылевое облако.
Постепенно вследствие ядерного синтеза происходит преобразование некоторого количества атомной массы в энергию.
Все это время звезда из-за воздействия различных сил находится в движении. В основном она вращаются вокруг галактик или космических объектов с мощным гравитационным полем.
Звездная эволюция
У любого космического тела есть определенный цикл развития, который называется эволюцией. Большое влияние на этот процесс оказывает масса звезды. Чем больше весит объект, тем менее продолжительным будет его жизненный цикл.
Космические тела с промежуточной массой, т.е. в 1,5-8 раз тяжелее Солнца, зарождаются из облака, размер которого может достигать 100000 световых лет. Когда температура внутри достигает 3725 оС, из туманности образуется протозвезда. После начала слияния водорода она преобразуется в объект с переменными колебаниями в яркости. Благодаря сжатию силы тяжести, уравновешивается процесс расширения. Звезда начинает получать энергию от синтеза водорода, происходящего в ее ядре. На формирование объекта уходит около 10 млн. лет.
После того, как весь водород преобразовался в гелий, под действием силы гравитации материя становится ядром, которое начинает быстро нагреваться. Происходит расширение внешних слоев, которые благодаря воздействию внешней среды быстро охлаждаются. Так образуется красный гигант. Далее начинаются химические процессы с гелием. Когда он полностью преобразуется в другие вещества, ядро под действием увеличивающейся температуры расширяет оболочку. Это приводит к образованию белого карлика, температура которого может достигать 100000 оС. Продукты, необходимые для нагревания, окончательно иссякают. Поэтому объект начинает постепенно охлаждаться. Через несколько миллиардов лет он становится черным карликом и заканчивает свой жизненный путь.
Наиболее быстро эволюция протекает у звезд большой массы. От формирования объекта до окончания жизненного цикла проходит от 10000 до 100000 лет. В начале своей жизни они имеют высокую температуру, яркость и большие размеры. Звезда отличается насыщенным голубым цветом. Постепенно она становится красным сверхгигантом, внутри которого идет активное сплавление углерода в тяжелые элементы. Благодаря этому образуется железное ядро. Его ширина может достигать 6000 км. Его ядерное излучение не может сопротивляться силе притяжения.
Когда масса космического объекта примерно в 1,5 раза превышает солнечную, происходит крушение ядра. Это приводит к образованию сверхновой звезды. В процессе разрушения его температура поднимается до 10 млрд. оС, благодаря чему железо разбивается на нейроны. За секунду ядро уменьшается в размерах до 10 км. Затем происходит взрыв.
Далее существует два варианта развития событий. Если оставшееся ядро весило меньше, чем три Солнца, оно превратится в нейтронную звезду. Объект будет вращаться и излучать радиоимпульсы. Если ядро было тяжелее трех солнечных масс, оно полностью разрушится, а на его месте образуется черная дыра.
Наиболее медленно происходит формирование звезд с небольшой массой. Дело в том, что они медленно тратят свои топливные запасы. Их жизненный путь длится от 100 миллиардов до 1 триллиона лет. Соответственно, такие объекты еще не умирали. Ведь установлено, что возраст Вселенной – 13,7 миллиардов лет. Красные карлики не могут слиться ни с чем, кроме водорода. Это приводит к тому, что они не способны увеличиваться в размерах. Такие светила будут медленно охлаждаться и со временем превратятся в черных карликов, после чего завершат свой жизненный путь.
Характеристики звезд
Чтобы в полной мере описать звезды, люди пользуются определенными характеристиками.
Яркость
Это понятие ввел еще Гиппарх в 125 году до н.э. Он составил нумерацию звездных групп основываясь на видимой для глаз яркости. Самые заметные – первые, самые тусклые – шестые. Однако в то время еще не было известно, что расстояния между Землей и другими космическими объектами искажают свет, исходящий от них. Поэтому сейчас при описании звезд добавляют такое понятие, как фактическая яркость.
Цвет
Он зависит от температуры объекта. Звезды бывают с оттенками голубого, красного, желтого и белого. Любой космический объект обладает только одним цветом. Однако, из-за химических процессов, происходящих внутри, на поверхности случаются вспышки различного светового спектра. Изучая эти явления, ученые делают вывод, какие элементы содержатся в составе звезды.
Поверхностная температура
Данный показатель измеряется в кельвинах, где ноль равен -273,15оС. На температуру оказывают влияние яркость, цвет и масса.
Размер
За стандарт принято брать диаметр Солнца. Размер звезды Альфа Центавра А составляет 1,05 его величин. Бывают и более крупные объекты. Красные сверхгиганты больше Солнца в 1000 раз. Размер оказывает влияние на яркость звезды.
Масса
За стандарт здесь также берется Солнце. Альфа Центавра А – 1,08 солнечных. Вес влияет на температуру.
Магнитное поле
Любая звезда окутана мощным магнитным полем. Оно способно концентрироваться на определенных местах объекта, вызывая вспышки и извержения. Чем сильнее скорость вращения звезды, тем более мощное магнитное поле окутывает ее.
Металличность
Этот показатель дает понять, сколько элементов, которые имеют массу больше, чем гелий, содержится в составе звезды. Выделяют три поколения металличности. Поиски самого древнего (III), лишенного тяжелых элементов, ведутся учеными до сих пор.
Виды
Помимо массы, размера и пр. звезды разделяются на различные виды, обладающие уникальными особенностями.
Звезды главной последовательности
В основе этого показателя лежит диаграмма Герцшпрунга-Рассела. На ней звезды расположены по диагонали. Самые яркие (синие) в левом верхнем углу. Тусклые (красные) – в нижнем правом.
Звезды главной последовательности имеют одинаковые ядерные реакции, которые происходят в их ядре, а именно, превращение водорода в гелий. Спектральный класс и температура звезды в этом случае зависят от ее массы, которую измеряют относительно Солнца.
По данной классификации космические объекты бывают:
- голубые (О);
- бело-голубые (В);
- белые (А);
- жёлто-белые (F);
- жёлтые (G);
- оранжевые (К);
- красные (М).
Красные гиганты и сверхгиганты
Температура поверхности этого вида звезд варьируется от 3000К до 5000К. Однако они имеют более яркую светимость. Внутри объекта горит гелий, который со временем превращается в углерод.
Гиганты имеют красный и оранжевый цвет и находятся выше звезд главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. По диаметру они превышают Солнце от 100 до 800 раз, а в некоторых случаях (YV Большого Пса) – в 1024.
Белые карлики
Являются последним этапом эволюции звезд. По сути – это ядра объектов, которые потеряли внешнюю оболочку из-за процессов расширения.
Они обладают небольшими размерами (меньше Солнца в 100 раз) и слабой светимостью (в 10000 раз меньше), хотя их масса почти равна солнечной. Последнее объясняется большой плотностью содержащегося в них вещества.
Белые карлики представляют собой сгустки электронно-ядерной плазмы, которые лишены своих источников энергии. Их свечение происходит благодаря расходу запаса тепла.
Протозвезда
Она представляет собой скопление газа, которое образуется после падения молекулярного облака. Ее еще нельзя назвать полноценной звездой. Фаза эволюции длится около 100000 лет. Затем усиливается сила гравитации, и образование начинает разрушаться.
Постепенно накапливается газ, который выделяет энергию. Это запускает остальные процессы формирования звезды.
Коричневые карлики
Под коричневыми карликами подразумевают космические объекты, размеры которых слишком велики для планет, но и чересчур малы для звезд. Их масса достигает 0.08 солнечной.
Процесс формирования у них схож с обычными звездами, однако им не хватает силы давления и температуры, чтобы запустить процесс ядерного синтеза. В их недрах находятся легкие элементы – бор, бериллий и литий. Когда реакции, происходящие между ними, прекращаются, объект потухает и превращается в планетоподобное космическое тело.
Возможность существования коричневых карликов была доказана давно, но долгое время ученые не могли обнаружить их непосредственно в космосе. Первый объект подобного рода был найден в 2004 году в созвездии Гидры. Это 2М1207.
Переменные звезды
Переменными звездами называются объекты, у которых один или несколько раз менялся показатель блеска. Это может быть вызвано внутренними процессами и рядом других причин. Раньше перемена света космических объектов воспринималась людьми как нечто сверхъестественное. С научной точки зрения на этот вопрос обратили внимание в 17 веке. С 1800-х годов их классифицируют по механизмам изменения блеска.
Затменно-переменные звезды представляют собой два расположенных рядом объекта, которые периодически закрывают друг друга для наблюдателя с Земли. Из-за этого происходит изменение их яркости.
Пульсирующие переменные звезды меняют свой блеск из-за периодически возникающего сжатия и расширения космического объекта. Это происходит из-за того, что гравитация и внутреннее давление у них нестабильны. Во время пульсации излучаемая площадь меняет размеры, благодаря чему изменяется яркость.
Неправильные переменные звезды имеют более сложные причины, вызывающие пульсацию света. Они еще малоизвестны науке.
Звезды типа Т Тельца
Так называют объекты, которые являются промежуточной стадией эволюции протозвезды, когда вся ее энергия образуется под действием гравитационной силы. Они еще недостаточно нагрелись для того, чтобы в них начался ядерный синтез.
На звездах типа Т Тельца наблюдателями были замечены порывы ветров, большие пятна и вспышки рентгеновского излучения. Длительность процессов охватывает 100000 лет.
Звезды типа Вольфа-Райе
Такие звезды примерно в 10 раз больше Солнца. Они отличаются высокой температурой (до 50000К) и светимостью. Среди других звезд с подобными показателями светила данного типа отличаются своими особыми, присущими только им, спектрами. Споры о том, как образовались звезды Вольфа-Райе ведутся до сих пор. Наиболее популярной является версия, что они ведут свое происхождение от гелиевых остатков больших звезд.
Этот класс ночных светил имеет свои спектральные виды звёзд:
- WN – в их спектрах обнаружены линии азота и гелия;
- WO – в спектрах таких звёзд сильные линии кислорода;
- WC – богатые углеродом.
На сегодняшний день учеными открыто 230 звезд данного типа.
Сверхновые
Сверхновыми звездами называют объекты, в которых вследствие эволюционных процессов произошел взрыв. Подобное явление можно заметить с большого расстояния. Для земного наблюдателя это будет выглядеть как сильное и спонтанное увеличение света звезды, которое может продлиться до 10 суток. Такие явления можно увидеть даже днем, причем невооруженным глазом. От новых звезд сверхновые отличаются мощностью взрыва.
Нейтронные
Если масса звезды была меньше 1,35 солнечной, то после взрыва она не превращается в белого карлика, а становится сверхновой. В результате этого процесса остается ядро. Оно и называется нейтронной звездой. Это происходит вследствие сжатия протонов и электронов гравитационной силой.
Если масса объекта превышала солнечную больше чем в 3 раза, на месте взрыва образуется черная дыра. Радиус нейтронной звезды редко превышает 20 км. Объект обладает сильным магнитным полем, которое создается вследствие быстрого вращения – 1000 об/мин.
Двойные звезды
Это система из двух звезд, которые притягиваются силой гравитации. Некоторые объекты не просто вращаются друг возле друга, но и обмениваются при этом массами своего вещества. К такому типу относятся около 50% от всех звезд нашей галактики.
Двойные звезды отмечают латинскими буквами. «А» – более яркая и массивная. «В» – тусклая и легкая.
Структура звезд Вселенной
Основное число времени звезды находятся на этапе главной последовательности и состоят из ядра, короны, фотосферы и хромосферы. В недрах объекта постоянно происходят термоядерные реакции. Образующаяся энергия переходит наружу через радиационные зоны. Через конвективные участки сила перемещается благодаря горящим газам.
Под фотосферой звезды подразумевается ее поверхность. Это непрозрачная часть. Далее идет хромосфера, которая из-за наличия водорода имеет красноватый оттенок. Короной называют внешний шар звезды. Эта часть объекта имеет высокую температуру и может быть связана с наружными слоями благодаря конвекции.
Атмосфера
В звездной атмосфере формируется излучение, которые и видят наблюдатели с Земли. Она состоит из четырех зон (фото- и хромосфера, обращающий слой и корона). У многих объектов наблюдается периодически возникающий звездный ветер. Так называется процесс утечки содержащихся в атмосфере веществ в открытый космос. Появление звездного ветра говорит о неустойчивости атмосферы. Наибольшую силу это явление имеет у объектов с большой массой.
Классификация
Первое разделение звезд на классы провел Анжело Секки – астроном из Италии в 1863 году. Он разделил светила на 4 спектральных класса, к которым, после дополнительных исследований был добавлен еще один.
Сейчас их уже 8. Причем каждый класс делится еще на 10 типов. Все зависит от показателя поверхностной температуры объектов. По системе Моргана-Кинана к указанным выше показателям добавляют значения массы и светимости.
Самая большая звезда во Вселенной
Самая большая звезда во Вселенной была открыта в 1860 году учеными Боннской обсерватории. Однако полный обзор на нее смогли провести совсем недавно. Это звезда UY в созвездии Щита.
Ее радиус в 1700 раз превышает Солнце. Она расположена от Земли на расстоянии 9500 световых лет. Если бы UY Щита находилась на месте Солнца, она бы захватила в свой состав первые пять планет и вышла бы на орбиту Юпитера.
С каждым годом совершенствуются возможности техники. Возможно, через несколько лет люди найдут новую, более крупную звезду.
Самая маленькая звезда во Вселенной
Ближайшая самая маленькая звезда – это красный карлик Проксима Центавра. Ее размеры скромны – 12,3 от массы Солнца и 200000 км шириной. Это примерно половина Юпитера. Однако строение у этих объектов разное. Звезда тяжелее планеты. Проксима Центавра очень тусклая. Разглядеть ее на небе можно только с использованием специальной техники.
Какой была первая звезда
Ученые полагают, что к образованию Вселенной привел Большой Взрыв, который случился 13,7 миллиардов лет назад. Первое время в космосе была очень высокая температура, которая не позволяла образовываться звездам и другим объектам. По прошествии нескольких миллионов лет она снизилась. Гравитационные силы стали накапливать водород и гелий.
Далее наступил период идеального соотношения температуры и давления. Водород стал синтезироваться в гелий. Это позволило звездам накопить большую массу (до 150 солнечных).
Так возникло первое поколение. Спустя несколько миллионов лет большинство из них взорвались. Однако за время своего существования они успели сформировать тяжелые элементы, которые после их гибели вырвались в открытое пространство.
Это в свою очередь привело к образованию звезд в том виде, в котором люди наблюдают их сегодня.
История наблюдений
Звездное небо привлекало людей с древних времен. Сначала ему приписывали мифические свойства, затем человечество научилось использовать его в практических целях. Многие века мореходы разных стран водили свои корабли, ориентируясь по звездам.
Люди всегда были любопытны. Им хотелось изучить звездное небо, понять, по каким законам двигаются светила. Именно поэтому астрономия считается одной из самых древних наук.
Технологический прогресс не стоял на месте. Появляются телескопы и прочие необходимые инструменты. В 17 веке был открыт закон гравитации и движения. Со временем люди поняли, что многие звезды напоминают Солнце и соответственно подчиняются тем же законам физики.
В XIX веке появляется фотография и спектроскопия (анализ световых волн, которые исходят от объекта). Это позволило людям проникнуть в звездный состав и понять основные принципы движения светил.
В 1937 году создали первый радиотелескоп, который позволил изучать излучение исходящее от звезд. Это дало астрономам возможность более хорошо изучить внутреннее строение космических объектов.
В 1990 году был запущен первый космический телескоп Хаббл. С его помощью ученые смогли исследовать те области, которые были недоступны наблюдателям с Земли.
