Астрология
Лекции 3 курса.
Рождение звезд. Классификация звезд.
Сегодняшнее наше занятие мы посвятим изучению звезд. Эта тема займет несколько уроков. Таким образом, мы плавно подойдем к изучению самой близкой к Земле звезды – нашего Солнца.
Звезда – крупный объект Вселенной, в недрах которого протекает бурная термоядерная реакция. Именно поэтому все звезды излучают тепло и свет.
Звезды, несмотря на то, что разбросаны по небу хаотично, все же были объединены в созвездия. Общее число созвездий – 88. Это не так много, но в школьном курсе мы будем рассматривать только часть из них. Но если вы поймете основные понятия, относящиеся к созвездиям, дальнейшим изучением вы можете заниматься и сами.
1. Появление новых звезд.
Несмотря на то, что звезды кажутся нам неизменными, они гибнут и рождаются. Разумеется, они светят так, как и светили тысячу лет назад, так же они будут видны на небе и через тысячу лет. Но, учитывая огромную продолжительность жизни звезд, становится ясно, что тысячелетия для них то же, что один час для людей. Все звезды, которые мы можем видеть на небе, рано или поздно погаснут, но на их месте появятся новые. Следует отметить, что самые старые звезды нашей Галактики возникли около 14 миллиардов лет назад.
Итак, все светила рождаются из газопылевых облаков, которые астрономы называют туманностями. Размеры этих облаков огромны – несколько световых лет в поперечнике. Внутри туманностей, говоря простым языком, «гуляет ветер» – газ и пыль постоянно движутся, образуя вихри. Частички пыли сталкиваются, начинают удерживать друг друга гравитационными силами. Такие уплотнения становятся всё больше и больше, этот процесс происходит до образования протозвезды – крупного сгустка, который, скорее всего, станет звездой. Это ещё не конец, такая звезда еще не способна давать тепло и свет. Протозвезда продолжает сжиматься, давление и температура в ней быстро растут. Когда же температура достигает больших значений, происходит яркая вспышка. Теперь звезда становится полноценной, и она будет светить очень долго.
2. Цвет, размер, яркость – как основные критерии в описании звезд.
Звезды отличаются друг от друга в соответствии с тремя основными показателями: размер, цвет и яркость. Солнце относится к желтым карликам.
С яркостью мы разберемся чуть позже, а вот поговорить о цвете и размере время уже пришло. Цвет звезды говорит нам о её температуре, подобно тому, как меняет свой цвет в процессе нагревания обычный гвоздь.
Самую маленькую температуру имеют либо старые, умирающие звезды (белые карлики), либо звезды, которые не смогли стать полноценными светилами и остались в состоянии протозвезд (коричневые карлики). Если же рассматривать состоявшиеся звезды, то самые холодные из них – красные (3-4 тысячи градусов). За ними следуют желтые (около 6 тысяч градусов), ну а самые горячие – голубые (десятки тысяч градусов).
С размером всё ещё проще, тут особого понимания не требуется. Солнце – звезда средней величины. Есть звезды гораздо большего размера – гиганты и сверхгиганты. Но встречаются и звезды, которые на его фоне будут выглядеть меньше – карлики.
Яркость звезды, как не сложно догадаться, определяется двумя факторами. Во-первых, так называемая истинная яркость – то есть световая энергия, которую излучает та или иная звезда. Во-вторых, расстояние до звезды.
Переменные и двойные звезды
Астрономия – наука древняя. Еще в незапамятные времена люди пришли к выводу, что небесная сфера неизменна. Это гипотеза была очень популярна, но открытие переменных звезд, о которых мы сегодня и поговорим, сильно пошатнуло её. Блеск таких светил периодически меняется. Полный цикл яркости звезды может составлять от нескольких часов до нескольких лет. Такие изменения происходят по двум основным направлениям: изменение яркости или же размера.
Самые распространенные из переменных звезд – Цефеиды. Это желтые сверхгиганты, блеск которых изменяется в несколько раз с периодом от 1 до 50 дней. Название они получили по имени одной из звезд в созвездии Цефея – первой открытой звезды подобного типа. Изменение её блеска точно повторяется через каждые 5 дней и 9 часов. Идя от минимума к максимуму, звезда удваивает свой блеск. Причиной такого поведения Цефеид служат пульсации верхних слоев звезды.
Не все переменные звезды обладают строго определенным периодом изменений. В верхних слоях некоторых красных сверхгигантов собираются темные частицы углерода, напоминающие копоть. Когда накапливается слишком много подобных частиц, звезда выглядит более тусклой. Но позже она сбрасывает с себя темное вещество, и к ней возвращается её нормальная яркость.
Все звезды не могут подчиняться двум-трем правилам. Во Вселенной все появлялось спонтанно, поэтому существуют звезды, не подчиняющиеся общим законам.
- «Мира» по-латински означает «удивительная». Так в 1609 году её назвал немецкий астроном Фабрициус за то, что она то сияла, то становилась почти незаметной. Это была первая переменная звезда, обнаруженная людьми.
Мира – это красный гигант созвездия Кита. Она, подобно Цефеидам, пульсирует, но этот цикл длится почти год (332 дня). К тому же эти изменения не отличаются регулярностью. Энергия, излучаемая Мирой, изменяется в двести пятьдесят раз! Возможно, что наше Солнце через несколько миллиардов лет тоже начнет мигать.
Изменениями, происходящими с одной звездой, не всегда можно объяснить изменения яркости или размера. Для этого надо разобрать понятие двойных звезд, то есть пар звезд, связанных силами тяготения. Такая пара вполне могла бы возникнуть неподалеку от нас. Если бы во времена образования Солнечной системы облако вокруг молодого Солнца было более плотным, то есть в нем было бы больше строительного материала, самая большая планета Юпитер вполне могла бы вспыхнуть, подобно Солнцу. Сейчас известно более 70 тысяч звездных пар, большинство из которых были обнаружены английским астрономом Уильямом Гершелем.
Звезду Алголь в созвездии Персея прозвали «моргающим дьяволом», потому что каждые 69 часов её блеск заметно ослабевает, будто звезда подмигивает. Это происходит потому, что Алголь представляет собой систему из двух звезд, вращающихся вокруг друг друга. Периодически более слабая звезда закрывает от нас более яркую. Такие звезды называются затменно-переменными.
Еще более необычным случаем является то, что одна из пар звезд стала черной дырой. В таких системах черные дыры высасывают потоки вещества из звезд. Самое интересное, что при этом выделяется огромное количество энергии в виде рентгеновских лучей.
Судьбы звезд
Часть информации по этой теме вы получили на первой лекции, посвященной звездам, когда мы говорили о появлении новых светил.
Большую часть своего существования звезда находится в равновесном состоянии. Сила гравитации стремится сжать звезду. А энергия, высвобожденная в результате протекающих в звезде термоядерных реакций, вынуждает звезду расширяться. Эти две силы создают устойчивое положение равновесия. Настолько устойчивое, что звезда так живёт миллионы и миллиарды лет. Эта фаза жизни звезды обеспечивает ей место в главной последовательности.
Старение и смерть звезды. Тут звезды ведут себя не столь одинаково, как новорожденные. Можно сказать, они проявляют свой характер, и обуславливается этот характер массой состарившейся звезды.
Просияв миллионы лет, крупная звезда, то есть звезда, по меньшей мере, вшестеро тяжелее Солнца, начинает выгорать. Когда в ядре заканчивается водород, звезда расширяется и охлаждается, превращаясь в красного сверхгиганта. Затем этот сверхгигант будет сжиматься, пока, наконец, не взорвется чудовищной и драматической сверкающей вспышкой, получившей название сверхновая звезда. Тут надо отметить, что очень массивные голубые сверхгиганты минуют стадию превращения в красного сверхгиганта и куда быстрее взрываются, будучи сверхновой.
Если оставшееся ядро сверхновой мало, то начинается его катастрофическое сжатие (гравитационный коллапс) в очень плотную нейтронную звезду, а если оно достаточно большое, то будет сжиматься ещё сильнее, образуя чёрную дыру.
Нейтронной звездой называют остатки от красных сверхгигантов. Такие звезды очень маленькие (всего 10-12 км в диаметре). Зато они вращаются с огромной скоростью – около 1000 оборотов в секунду. Кроме этого, они посылают в пространство пучки радиоволн. Маглы долгое время считали, что это внеземные цивилизации пытаются связаться с ними.
Несколько иная кончина у обычной звезды. Такая звезда живёт дольше и умирает более спокойной смертью. Солнце, например, будет гореть ещё пять миллиардов лет, прежде чем в его ядре иссякнет водород. Его внешние слои затем станут расширяться и охлаждаться; образуется красный гигант. В таком виде звезда может просуществовать порядка 100 миллионов лет на гелии, образовавшемся за время жизни в её ядре. Но и гелий выгорает. В довершение всего внешние слои отнесет прочь – они образуют планетарную туманность, а из ядра сожмётся плотный белый карлик. Хотя белый карлик достаточно горяч, в конце концов, и он охладится, превратившись в мёртвую звезду, которую называют чёрным карликом.
Солнце
Солнце – звезда нашей Солнечной системы. Оно увлекает за собой планеты в бесконечное скитание по Вселенной. Солнце могло бы вместить в себя более миллиона таких планет, как Земля. Тщательное изучение Солнца необходимо для того, чтобы знать, как изменения, происходящие с ним, могут повлиять на Землю.
Диаметр- 1 млн. 400 тыс. км
Масса (сравнительная) -В 333 тысячи раз больше земной
Радиус- 696 тыс. км
Температура поверхности -5500 гр. С
Температура в центре- 15 млн. гр. С
Состав- 70% - водород, 28% - гелий, 2% - другие газы
Возраст -5 млрд. лет
Как и все молодые звезды, Солнце, главным образом, состоит из водорода, который является топливом, сгорающим в недрах звезды. Выделяющаяся энергия поднимается на поверхность, откуда излучается в виде света и тепла . Светящаяся поверхность Солнца называется фотосферой, что означает «сфера света». Над поверхностью находится еще более горячий слой – хромосфера, температура которой составляет 15 000 гр. С, что в три раза больше. Крайние слои называют короной. Корона простирается на миллионы километров, её температура вблизи Солнца достигает миллиона градусов.
Во время вспышек с поверхности Солнца вырываются снопы атомарных частиц (протонов, нейтронов, электронов). Газы, уносящиеся в пространство в виде солнечного ветра, имеют скорость 800 км/ч. В дни активного Солнца, когда на нем много вспышек, солнечный ветер усиливается. Эти частицы входят в магнитное поле земли и искажают его. В этом случае мы можем сказать, что произошла магнитная буря.
Частицы солнечного ветра действуют не только на магнитное поле. Влетая в атмосферу Земли, они сталкиваются с молекулами воздуха, тем самым заставляя их светиться. Лавина ворвавшихся в атмосферу частиц вызывает иногда зеленое, иногда переливающееся красным и зеленым цветом северное сияние.
Иногда вспышки на Солнце закручиваются спиралью. Фонтаны горячего газа образуют протуберанцы. Они простираются на сотни километров. Некоторые протуберанцы существуют несколько недель.
Когда Галилей впервые направил свой телескоп на Солнце, то он увидел на его поверхности темные пятна. Позже ученые обнаружили множество таких пятен, причем их количество увеличивалось год от года. Учитывая, что пятна – более холодные участки Солнца, по ним можно судить о возрасте и сроках жизни нашей звезды.
Звезды-соседи.
Итак, ближе всего к Солнцу, а значит и к нам, находится звездная система Альфа Центавра, образованная тремя звездами: α Центавра А и α Центавра B и невидимый невооружённым глазом красный карлик Проксима Центавра. Система вращается вокруг единого центра. Время полного обращения составляет около 80 лет.
α Центавра А и α Центавра B находятся на крайне близком расстоянии друг от друга, что делает их почти не различимыми без оптических приборов. Южнее 30 градусов южной широты Альфа Центавра всегда находится на небе. Даже в дневное время наблюдению за ней мешает только более яркий свет Солнца.
Возраст этих звезд составляет около 6 миллиардов лет, что на полтора миллиарда лет больше возраста Солнца.
Долгое время ученым не удавалось обнаружить планеты возле этих звезд. Однако, 16 октября 2012 года астрономы Европейской южной обсерватории объявили об открытии планеты Альфа Центавра B b. Для обнаружения планеты потребовалось четыре года напряженной работы - женевская группа наблюдала спектр звезды альфа Центавра B с февраля 2008 по июль 2011 года.
Любопытно, что ее масса примерно равна массе нашей родной Земли. Однако, планета находится очень близко к звезде и, по нашим земным меркам, не может быть отнесена к планетам, которые теоретически могут быть обитаемыми.
Сириус, ярчайшая звезда созвездия Большого Пса, да и всего ночного неба. Его можно видеть почти со всей поверхности Земли, исключая только самые северные ее районы. Удален от Солнца на 8,6 световых лет.
По удалённости от Земли Сириус занимает седьмое место, из десятка ярчайших звёзд видимых с Земли Сириус занимает первое место. Не обладая большой светимостью, Сириус ярок именно за счёт того, что он к нам близок
В середине 19 века Фридрих Бессель предположил, что Сириус представляет собой двойную звезду, поскольку ему казалось мало вероятным, что одна звезда сияет так ярко. Действительно, в 1862 году Альван Кларк доказал правильность этого утверждения. Он обнаружил еще одну звезду, которая получите название Сириус Б. Иногда буква Б, заменяется на латинский аналог – В. Эта пара совершает полный оборот за время, близкое к 50 годам.
В 1915 году астрономы установили, что Сириус В является белым карликом. Это была первая открытая звезда этого класса. Хотя возможно, что он был ярче и массивнее в прошлом.
Возраст звездной системы составляет около 230 млн лет. Скорее всего, Сириус А и В были яркими голубыми звездами. Масса Сириуса В составляла около пяти масс Солнца, а его компаньона почти в два раза меньше.