Звезда

Солнце, в белом свете. 8 мая 2019 год.

Звезда — это большое скопление газа. Они излучают свет и тепло благодаря термоядерным реакциям, где водород превращается в гелий. Вселенная наполнена множеством звезд разных размеров, форм и цветов.

Основные характеристики звёзд

• Светимость: это количество энергии, которую звезда излучает в единицу времени. Светимость звезд может варьироваться от очень слабой до очень яркой.
• Температура: звезды имеют различные температуры, которые варьируются от очень низких, до очень высоких. Температура звезды влияет на ее цвет, горячие звезды выглядят более синими, а холодные — красными.
• Масса: это количество вещества, содержащегося в звезде. Масса звезды влияет на ее светимость, температуру и продолжительность жизни. Звезды могут иметь разнообразные массы, от небольших карликов до массивных гигантов.
• Размер: размер звезды связан с ее массой и возрастом. Звезды могут быть различных размеров, от довольно маленьких до гигантов или сверхгигантов.
• Возраст: звезды имеют разные возрасты, которые могут варьироваться от нескольких миллионов до миллиардов лет. Менее массивные звезды часто имеют более длительное время жизни, чем более массивные звезды.
• Яркость: это интенсивность света, который звезда излучает. Яркость звезды зависит от ее светимости и расстояния до наблюдателя.
• Химический состав: звезды состоят в основном из водорода и гелия, но также содержат следы других химических элементов. Относительное содержание этих элементов может варьироваться от звезды к звезде.

Внутреннее строение звёзд

1. Ядро: самая горячая и плотная часть звезды, где происходят ядерные реакции, превращающие легкие элементы в более тяжелые. В ядре происходит термоядерный синтез водорода в гелий, а также другие ядерные реакции.

2. Оболочка: расположенная вокруг ядра, зона оболочки является главным резервуаром водорода или гелия, который подвергается превращению в водород или гелий. В этой зоне происходят тепловые ядерные реакции, обеспечивающие энергопродукцию звезды.

3. Зона облучения: слой звезды, в котором энергия, выделяемая в ядре и оболочке, переносится на поверхность в виде излучения.

4. Зона конвекции: слой, в котором энергия передается через конвекцию, то есть перемещением вещества с высокой температурой и плотностью в области с более низкой температурой и плотностью. В этой зоне конвективное перемещение материала помогает переносить энергию из глубины звезды к ее поверхности.

5. Оболочка и атмосфера: верхний слой звезды, состоящий из относительно низкой плотности и низкой температуры. В этой зоне наблюдается излучение звезды, которое видима нам на Земле.

Эта структура может отличаться для разных типов звезд, таких как красные карлики, желтые карлики, гиганты, сверхгиганты и т. д., в зависимости от их массы, возраста и других факторов.

Эволюция звёзд

Эволюция звезд — это процесс изменения звезды в течение её жизни, который зависит от её массы. Этот процесс начинается в молекулярных облаках.

1. Стадия формирования (Протозвезда):
   • Гравитационное сжатие: разогрев центральной зоны звезды до температуры «включения» термоядерной реакции (превращения водорода в гелий).
2. Стадия звезды:
   • Температура пылевой оболочки, окружающей протозвезду достигает точки испарения пыли. Пылинки превращаются в прозрачный газ, и мы начинаем видеть звезду.
3. Стадия главной последовательности:
   • Начало ядерных реакций: Звезда начинает превращать водород в гелий в своём ядре через ядерные реакции.
   • Это самый длительный этап в жизни звезды, когда она поддерживает равновесие между гравитацией, направленной к центру, и давлением из-за ядерных реакций, направленным наружу.
4. Стадия красного гиганта (для звезд средней массы):
   • После «выгорания»: в центральной зоне у звезды образуется гелиевое ядро. Термоядерные реакции «горения» водорода продолжают протекать лишь в тонком слое вблизи поверхности этого ядра. Ядро при этом сжимается, а оболочка расширяется.
   • Увеличение размера: Звезда расширяется, становясь красным гигантом.
5. Белые карлики:
   • Развитие в зависимости от массы: Звезды средней массы могут стать белыми карликами, звезды большей массы — нейтронными звёздами или чёрными дырами.
6. Конечные стадии (для различных масс):
   • Зависит от массы: Звезды с разной массой могут пройти через различные последние стадии, включая гравитационный коллапс, образование нейтронных звёзд, чёрных дыр или планетарных туманностей.

Эволюция звезд представляет собой сложный процесс, и каждая звезда имеет свою уникальную историю и конечную судьбу, определяемую её массой.

Звёздные системы

Эффект затмения в бинарных системах.

Звездные системы — это группы звезд, которые гравитационно взаимосвязаны и вращаются вокруг общего центра масс. В звездных системах могут быть одна или несколько звезд, а также одновременно могут участвовать и в других движениях.

Общие свойства звёздных систем

• Гравитационная связь: Звёзды в системе привлекают друг друга силой гравитации, что обеспечивает их устойчивость в пространстве и приводит к их обращению вокруг общего центра масс.
• Общий центр масс: Звезды в звёздной системе вращаются вокруг общего центра масс системы.
• Бинарные и многократные системы: Звёздные системы бывают бинарными (состоящими из двух звезд) или многократными (с более чем двумя звездами).
• Изменения светимости: Звезды в звёздных системах могут взаимодействовать между собой, влияя на их светимость. Например, в бинарных системах можно наблюдать эффекты затмения, когда одна звезда проходит перед другой, изменяя общую светимость системы.
• Эволюция: Звёздные системы могут эволюционировать с течением времени. Звезды в них могут изменять свои характеристики, а в результате взаимодействий могут даже произойти слияния звезд.

Звёздные скопления

Звёздные скопления — это группы звезд, которые находятся относительно близко друг к другу в космическом пространстве. Существует два основных типа звёздных скоплений: шаровые и рассеянные.

• Шаровые звёздные скопления: имеют сферическую или почти сферическую форму. Звездные скопления сильно выделяются на окружающем звездном фоне благодаря значительно большему числу входящих в них звезд. Пример шарового звёздного скопления — М3 в созвездии Гончие Псы и М13 в созвездии Геркулес.
• Рассеянные звездные скопления встречаются в диске Галактики. Пример рассеянного звёздного скопления — Плеяды, находятся в созвездии Тельца. Это одно из самых ярких скоплений, видимых невооружённым глазом, и состоит из около 1000 звёзд.

История изучения

Представление о звёздах в древности

В древности звезды играли важную роль в культуре и религии различных цивилизаций. Древние люди наблюдали за небесными явлениями и пытались объяснить их с помощью мифологических и духовных верований. Например, заметная конфигурация звёзд Большой Медведицы представляется нам как ковш из семи звёзд, а древние греки видели в этой области неба медведя: в южных широтах на ночном небе отчётливо выделяются слабые звёзды, а они вместе со звёздами Ковша действительно образуют фигуру, напоминающую силуэт медведя. Для объяснения длинного хвоста (у медведей короткий хвост) возникла дополнительная легенда. Римляне же видели в ярких звёздах Большой Медведицы семь волов. Подобные мифы охватывают всё звёздное небо.

Поэты и философы древности также обращали внимание на звезды. Например, в «Илиаде» Гомер описывает звезду Вечернюю зарю, которая играет важную роль в битве.

Средневековье

Звезды были объектом изучения для астрономов в средневековье. Знание о движении звезд использовалось для составления календарей.

Первой научной моделью мира можно считать систему, предложенную древнегреческим астрономом Клавдием Птолемеем. Птолемей разработал геоцентрическую модель, согласно которой Земля находится в центре Вселенной, а планеты и Солнце вращаются вокруг нее. Для объяснения сложных движений планет Птолемей ввел понятие эпициклов (планеты движутся равномерно по кругам), центры которых в свою очередь движутся по другим кругам (деферентам). Эти сложные системы были необходимы, чтобы соответствовать наблюдаемым движениям планет на небесной сфере.

Птолемей составил подробные таблицы, позволяющие предсказывать положение планет в будущем на основе его модели.

Геоцентрическая система Птолемея служила основой для понимания космоса в течение многих столетий, но с появлением работ Коперника и Галилея в эпоху Возрождения эта модель была постепенно отвергнута в пользу гелиоцентрической модели, где Солнце становится центром солнечной системы. Нужны были более простые методы вычисления положения планет, и такие методы были созданы гениальным польским ученым Николаем Коперником, заложившим основы новой астрономии.

Эпоха возрождения

В эпоху Возрождения представление о звездах было сильно изменено по сравнению с средневековой концепцией. Вместо того, чтобы рассматривать звезды как божественные существа или символы, ученые Возрождения начали более систематически изучать и классифицировать звезды. Они использовали новые наблюдательные инструменты и разрабатывали новые теории о происхождении и движении звезд.

Астрономы Возрождения, такие как Николай Коперник, Галилео Галилей и Иоганн Кеплер, пришли к новому пониманию о месте Земли во Вселенной и дали научные объяснения наблюдаемым движениям звезд. Например, идея Николая Коперника о том, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, вызвала революцию в представлении о звездах.

Исследователи начали использовать телескопы для изучения космоса. Галилео Галилей, с помощью телескопа, обнаружил, что Луна имеет рельеф, а Юпитер имеет спутники.

Иоганн Кеплер открыл принципиально важные для астрономии законы планетных движений. Законы Кеплера носили кинематический характер: они устанавливали закономерности движения планет, но не вскрывали их причину.

• 

  Шаровое звёздное скопление

• 

  Внутреннее строение звезды.

• 

  Жизненный цикл Солнца.

• 

  Рассеянное звездное скопление - Мессье 37

• 

  Система Птолемея.