Что представляет из себя звезда. Характеристика наиболее примечательных звезд. Другие значения данного слова

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:

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 .

Расстояние

Существуют множество способов определить расстояние до звезды. Но наиболее точный и основой для всех остальных методов является метод измерения параллаксов звёзд. Первым измерил расстояние до звезды Веги российский астроном Василий Яковлевич Струве в 1837 году. Определение параллаксов с поверхности Земли позволяет измерить расстояния до 100 парсек , а со специальных астрометрических спутников, таких как Hipparcos , - до 1000 пк. Если звезда входит в состав звездного скопления, то мы не сильно ошибемся, если примем расстояние до звезды равным расстоянию до скопления. Если звезда принадлежит к классу цефеид , то расстояние можно найти из зависимости период пульсации - абсолютная звездная величина. В основном, для определения расстояния до далеких звёзд используется фотометрия .

Масса

Достоверно определить массу звезды можно, только если она является компонентом двойной звезды . В этом случае массу можно вычислить, используя обобщенный третий закон Кеплера . Но даже при этом оценка погрешности составляет от 20 % до 60 % и, в значительной степени, зависит от погрешности определения расстояния до звезды. Во всех прочих случаях приходится определять массу по косвенным признакам, например, зависимости светимости и массы звезды. .

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.

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.

Схема эволюции одиночных звёзд

Схема эволюции одиночных звёзд. По В. А. Батурину и И. В. Мироновой

Продолжительность эволюции звёзд

Классификация звёзд

Звёзды классифицируют по светимости, массе, температуре поверхности, химическому составу, особенностям спектра (спектральному классу) и кратности.

Кратные звёзды

Звёздные системы могут быть одиночными и кратными: двойными, тройными и большей кратности. В случае если в систему входит более десяти звёзд то принято её называть звёздным скоплением . Двойные (кратные) звёзды очень распространены. По некоторым оценкам более 70% звёзд в галактике кратные . Так среди 32 ближайших к Земле звёзд 12 кратных из которых 10 двойных в том числе и самая яркая из визуально наблюдаемых звёзд Сириус . В окрестностях 20 парсек от Солнечной системы из более 3000 звёзд, около половины - двойные звёзды всех типов

Обозначения звёзд

В прекрасно иллюстрированной Уранометрии (Uranometria, ) немецкого астронома И. Байера ( -), 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.

Реакции термоядерного синтеза в недрах звёзд

Реакции термоядерного синтеза элементов - основной источник энергии большинства звёзд.

Самые известные звёзды

Каждый из нас хоть раз, но любовался прекрасным ночным небом, усыпанным множеством звёзд. Не задумывались ли вы о том, из чего состоят звёзды, в чём же секрет их вечного сияния?

Что такое звезда, и из чего она состоит

Звезда — это огромное небесное газовое тело, в котором происходят термоядерные реакции. Температура на поверхности звезды достигает тысячи кельвинов, а внутри измеряется миллионами.

Изначально состав звезды аналогичен составу межзвёздной материи. В дальнейшем по составу можно судить о природе межзвёздного пространства и о тех термоядерных реакциях, которые происходят в теле звезды во время её развития. Зная химический состав звезды, можно достаточно точно определить её возраст.

Само небесное тело состоит в основном из гелия и водорода. Также в составе некоторых звёзд присутствуют оксиды титана и циркония, такие радикалы, как CH, CH2, OH, C2, C3, Верхний слой звезды состоит, в основном, из водорода: в среднем на 10 тысяч атомов водорода приходится примерно тысяча атомов гелия, 5 - кислорода и менее 1 атома некоторых других элементов.

Известны звезды, в которых содержание некоторых химических элементов сильно повышено. Например, существуют кремниевые звёзды (с повышенным содержанием кремния), железные, углеродные. В относительно молодых звёздах часто встречается высокое содержание тяжёлых элементов. В одном из таких небесных тел обнаружено содержание молибдена, в 26 раз превышающее его содержание в Солнце. Чем больше возраст звезды, тем меньше в ней содержание элементов, у атомов которых масса больше, чем у атомов гелия.

Удивительно, но звёзды состоят из материалов, которые входят в состав всей остальной Вселенной: водород (73 %), гелий (25 %), другие элементы (2 %). За исключением немногих различий - звёзды имеют в своём составе одинаковые вещества. Теория большого взрыва говорит о том, что 13,7 миллиардов лет назад Вселенная была плотной сферой высочайших температур (крайне горячей). Другими словами, вся Вселенная была огромной звездой.

Момент рождения

В плотной сфере было так горячо, как будто внутри неё находилось мощнейшее ядерное светило. По вселенским масштабам, за недолгий период времени водород трансформировался в гелий с помощью реакции ядерного синтеза. Вселенная постоянно расширялась и охлаждалась. Это привело к тому, что водород с гелием остыли и фактически стали вместе собираться из-за взаимного притяжения. Это и есть момент рождения звезды. В своём составе каждая звезда имеет водород и гелий в соотношении 73 % и 25 % соответственно.

Зная, из чего состоят звезды, учёные пошли дальше в изучении Вселенной. Небесные светила, которые образовались первыми, были огромными. Скорее всего, они взорвались. Но благодаря их жизни и смерти сформировались определённые тяжелые элементы, которые сегодня мы имеем на Земле: углерод, кислород, уран, золото.

Галактики

Известно, что во Вселенной существует не одна галактика. Когда наблюдаешь за ночным небом, невольно задаёшься вопросом: из чего состоят звезды и как они рождаются. Понятно, что звезды образовываются со времени зарождения самой Вселенной. Но происходит ли рождение новых звезд и правда ли, что звезды умирают?

Астрономы рассчитали, что ежегодно в нашей галактике, которая носит название Млечный Путь, зарождаются пять новых звезд. Среди них есть металлически богатые и металлически бедные. Богатые имеют в своём составе больше тяжелых элементов от предыдущих звезд, а металлически бедные - меньше. Интересно, а из чего состоят звезды, кроме как из гелия и водорода? Какие другие элементы входят в их состав? И чем они отличаются?

Составляющие элементы

Интересно, что соотношение элементов всегда остается более-менее равным. К примеру, Солнце богато металлами. Оно имеет внутри более высокое число тяжелых элементов, чем в среднем такие же звезды. Но и оно обладает соотношением: 71 % - водород, 27,1 % - гелий, остальные - азот, кислород, углерод. Водород в гелий преобразовывается внутри солнечного ядра уже 4,5 миллиарда лет.

А из чего состоят звезды, кроме водорода и гелия? Все ли небесные светила имеют одинаковый состав других элементов? Этот состав такой же, как у Солнца, или нет?

Ученый Вернадский В. И. говорил так о звездах, как о центре максимального сгущения энергии и материи в Галактике. Сегодня уже о звездах говорят не как о скоплении газа, а как о сверхплотных космических объектах с огромной массой. Предположительно, звезды по своему строению неоднородны. Они схожи в химических элементах, но имеют их в разном процентном соотношении.

Есть даже предположения, что аналог звезды - это шаровая молния. В её центре точечный источник - ядро, окруженное оболочкой из плазмы. Слой воздуха - это граница оболочки. Шаровая молния светится разными цветами и радиусами, вращается и имеет вес от восьми до десяти килограмм.

Размеры и объем звезд

Выше описано, из чего состоят звезды на небе, но почему они такие разные по объёму? Если Солнце изобразить в виде шара диаметром десять сантиметров, то всю Солнечную систему можно указать в виде круга с поперечником в восемьсот метров. Тогда самая близкая звезда к Солнцу, Проксима Центавра, будет на 2 700 км. Сириус будет на расстоянии 5 500 км, Альтаир - на 9 700 км, Вега - на 17 000 км. Арктур на расстоянии от главного нашего светила 23 000 км, Капелла - в 28 000 км, Регул - в 53 000 км, а Денеб - в 350 000 км.

По размеру звезды отличаются между собой. Солнце значительно уступает в своем объеме Сириусу, Альтаиру, Проциону, Бетельгейзе и Эпсилону Возничего. Но оно во много раз больше Проксимы Центавра и некоторых других звезд. В нашей галактике оной из самых больших звезд считается красный сверхгигант, находящийся в самом центре. Он больше, чем орбита Сатурна. Это гранатовая звезда Цефея.

Наблюдая за звёздами, люди ещё в древности заметили, что они скапливаются в причудливые формы, которые напоминают разные фигуры. Соответственно этим формам им стали давать названия.

Звездный охотник

Рассмотрим созвездие Орион - его пояс состоит из трех звезд, в трёх строчках. Имя дано в честь древнегреческого героя мифов - охотника. Сегодня Орион является очень известным созвездием, одним из крупнейших, очень заметных и узнаваемых. Большие звезды Ориона видны в обоих полушариях, так как находится его пояс на небесном экваторе. С октября по начало января вечером его видно в средних широтах Северного полушария, с конца июля по ноябрь можно увидеть утром. Орион полезно использовать в качестве помощника для осуществления поиска других звезд.

В древности люди еще не знали, из чего состоят звезды в космосе, но уже составляли карты звездного неба. Тогда художники, составляя звездную карту, иногда связывали окружающие созвездия с Орионом. Символически его изображали стоящим с двумя охотничьими собаками (Большим и Малым Псом) на берегу реки Эридан. При этом собаки боролись с Тельцом. Орион необычайно богат на яркие объекты.

Альфа Ориона - это Бетельгейзе. Она красная и превосходит размерами орбиту Марса. Но Бетельгейзе немного тусклее, чем бета Ригель. Это огромная сине-белая звезда, которая является одной из самых ярких на звездном небе. Особенно эффектным выглядят пояса Ориона из звезд: Минтака, Алнитак и Алнилам - дельта, зета и эпсилон соответственно. Это три яркие звезды, стоящие рядом друг с другом, благодаря которым и можно отличить Орион от других созвездий.

Большая Медведица: из каких звезд состоит созвездие и как оно образовалось?

Звездная Медведица тоже известна с древности. Греки считали её нимфой Каллисто, спутницей Артемиды, возлюбленной Зевса, навлекшей на себя гнев богини. Она нарушила правила спутниц Артемиды, и её превратили в медведицу, а бБогиня натравила на неё собак. Зевс, спасая возлюбленную, вознёс её на небо. Хотя говорят и о том, что это сам Зевс превратил Каллисто в медведицу, скрывая измены от своей ревнующей жены. Артемида устроила на медведицу охоту по ошибке или по наущению догадливой Геры. В общем, история запутанная, так как возможно, что Гера, мстя за измены, превратила Каллисто в созвездие. Охоту же на медведицу по ошибке устроил Аркад, сын Каллисто. Есть и другие истории про малую медведицу, про младенца Зевса и его нянь медведиц, скрывавшихся от Крона. Но так или иначе, мы наблюдаем за Большой Медведицей, её красотой и загадкой, связанной с её появлением.

Интересно, из каких звезд состоит Большая Медведица и где её наблюдают? Это созвездие хорошо видно в средних широтах. Здесь оно относится к незаходящим. На небе видно семь наиболее ярких звезд - ковш с ручкой. Их очень легко увидеть и отличить от других. Звезды относятся к категории второй величины. Среди них слабее только верхняя левая звезда так называемого ковша.

Две звезды

Кроме этих семи, насчитывается ещё 125, которые ярче, чем шестая величина. Это одно из самых больших созвездий. Его границы выходят намного дальше пределов так называемого ковша, звезды которого находятся на разных расстояниях от нас, начиная с 50 световых лет (это ближайшая звезда Алиот).

Среди известных созвездий есть и совсем маленькие по количеству насчитываемых в нём звезд. В вопросах по астрономии часто можно встретить вопрос: какое созвездие состоит всего из двух звезд, и где оно расположено на звездном небе. Это система эпсилон Возничего. Она состоит из двух звезд - видимой и невидимой. Видимая выглядит в созвездии Возничего как желтоватый огромный сверхгигант. Температура на его поверхности 6600 К. Она в 36 раз массивнее Солнца. Её диаметр в 190 раз больше солнечного. Однако даже её размеры меркнут на фоне второй звезды, диаметр которой в 2700 раз больше диаметра Солнца. Внутри неё можно свободно поместить орбиты всех планет солнечной системы, вплоть до Сатурна. Однако светимость этого сверхмощного гиганта мала (почти как у Солнца). Эта звезда очень холодная. Температура на поверхности составляет 1600 К.

Нейтронные звёзды

Существование звезд, обладающих ничтожно малыми размерами, по сравнению с Солнцем, было доказано относительно недавно. Реальность такого объекта стала очевидной в 1967 году, когда были открыты пульсары. Тогда Т. Голд предположил, что это и есть быстровращающиеся звезды, называемые нейтронными. Их существование предсказывалось еще физиками-теоретиками 30-х годах XX столетия. Первым из них был Лев Ландау. Какая особенность этих небесных объектов, из чего состоит нейтронная звезда и как образуется?

Изучая теорию небесных светил, было предположено, что нейтронные объекты должны быть около 10 км в размерах. Плотность вещества в центре таких звезд достигает плотности ядра атома: 2,8 х 1014 грамм/см³. В 1934 году было высказано предположение о том, что нейтронные звезды состоят из вырожденных нейтронов и образуются, когда вспыхивает сверхновая звезда.

Позже, с открытием пульсаров, это предположение подтвердилось. Рождение пульсаров - это грандиозное небесное явление, сопровождающееся вспышкой сверхновой взрывающейся звезды. Такие вспышки случаются примерно один раз в 25 лет. Получается, что за 15 млрд лет (время существования галактики) должна уже образоваться не одна сотня нейтронных звезд!

Пульсары

Основная функция пульсара - это появление мощных электрических полей, вырывающих заряженные частицы из звезды и ускоряющих их до высочайших показателей энергии. Это происходит за счет вращения и существования магнитного поля. Частицы, получившие ускорение, порождают кванты электромагнитного излучения (довольно жесткого состояния). Сложные электродинамические процессы небольшую часть энергии преобразуют в радиоволны, наблюдаемые от пульсаров. С вырванными с нейтронной звезды и ускоренными частицами энергия вращения затухает, период вращения пульсаров нарастает, и нейтронная звезда тормозит, благодаря собственному излучению!

При торможении электрический потенциал падает. В итоге наступает момент, когда заряженные частицы перестают образовываться и пульсар умирает. По времени это приблизительно 10 млн лет.

Черные дыры и другие объекты глубокого космоса

Если масса нейтронной звезды превышает 3 массы Солнца, никакое давление вещества не может противодействовать силам гравитации, и звезда исчезает под горизонт - образуется черная дыра. Нейтронные звезды (пульсары и черные дыры) относятся к объектам глубокого космоса, которые находятся за пределами солнечной системы. Там же существуют и другие объекты, тоже относящиеся к понятию глубокий космос: экзопланеты, туманности, звездные скопления, квазары, галактики, темная энергия и темная материя. Все эти объекты притягивают большой интерес со стороны ученых. Безусловно, изучение небесных светил, особенно объектов глубокого космоса, очень интересно и важно для развития астрономии как науки и реализации важнейших научных проектов.

Которое мы видим как маленькую светящуюся точку в ночном небе. На самом деле все звезды - это огромные шары, состоящие из раскаленных газов. В их состав входит девяносто процентов водорода, чуть менее десяти процентов гелия, а в остальной части - различные примеси. В центре шара температура составляет примерно шесть миллионов градусов. Эта величина соответствует тому пределу, который позволяет свободно протекать В ходе этого химического процесса происходит превращение водорода в гелий. В результате выделяется огромное количество которая передается в космическое пространство в виде яркого света.

Что такое то же самое, что и Солнце. При этом малые звезды по размеру меньше нашего светила в десять раз, а большие превышают его параметры в сто пятьдесят раз.

Часто в ответ на вопрос о том, что такое звезда, астрономы называют эти главными телами, находящимися во Вселенной. Все дело в том, что именно в них заключается основной объем светящегося вещества, который можно встретить в космическом пространстве.

Звезды на небе, которые мы можем наблюдать в телескоп, часто бывают окружены туманностями, имеющими различную форму. Эти новообразования, которые представляют собой облака из газа и пыли, в любой момент могут начать процесс уплотнения. При этом они сожмутся в фигуру в виде шара и разогреются до значительной температуры. Когда тепловой режим достигнет шести миллионов градусов, начнется термоядерное взаимодействие, то есть образуется новое небесное тело.

Учеными выделены различные виды звезд. Они подразделяются по своей массе и свечению. Возможно разделение и по этапам эволюционного процесса.

Класс, который содержит в себе звезды, у которых излучаемая энергия уравновешивается с энергией термоядерных реакций, подразделяет их по виду свечения на:

Голубые;

Бело-голубые;

Бело-желтые;

Красные;

Оранжевые.

Максимальная температура наблюдается у звезд, имеющих голубое свечение, минимальная - у красных. Наше Солнце относится к желтому виду светил. Возраст его превышает четыре с половиной миллиарда лет. Температура ядра, которую рассчитали ученые, составляет 13,5 млн К, а короны - 1,5 млн К.

Что такое звезда-гигант? К этому виду светил относят огненные тела, обладающие массой и диаметрами, превосходящими Солнце в несколько десятков тысяч раз. Гиганты, издающие красное свечение, находятся на определенной эволюционной стадии. Диаметр звезды возрастает к тому времени, когда в ее ядре полностью выгорает водород. При этом снижается температура горения газов и на миллионы километров распространяется красное свечение. К звездам-гигантам относят VV Цефея А, VY Большого Пса, KW Стрельца и многие другие.

Есть среди небесных светил и карлики. Их диаметр намного меньше размеров нашего Солнца. Существуют карлики:

Белые (остывающие);

Желтые (аналогичные Солнцу);

Коричневые (часто рассматриваются в качестве планет);

Красные (относительно холодные);

Черные (окончательно остывшие и безжизненные).

Существует также вид переменных звезд. Эти светила представляют собой тела, которые хотя бы раз за всю историю наблюдения меняли свой блеск и динамику развития. К ним относят:

Вращающиеся;

Пульсирующие;

Эруптивные;

Прочие нестабильные, новые, а также труднопрогнозируемые светила.

Такие звезды, которые представлены в основном ярко-голубыми и гиперновыми, весьма специфичны и изучены мало. Каждая из них является результатом сопротивления материи и работы сил гравитации.

К звездам относят также Считается, что это одна из ступеней эволюционного процесса небесных тел. Свечение такое тело не излучает, однако определенные его характеристики ставят его в один ряд со звездами.

Каждый раз, когда я смотрю на звезды, меня занимает один очень интересный вопрос. Нет, я не много думаю о том, что там вдалеке. Хотя, конечно, это тоже интересно. Чаще всего я размышляю о наших предках - что они думали когда смотрели на ночное небо? Только представьте - вы живете, например, в 500 году до н. э. Как таковой, астрономии тогда еще не было, и люди не имели не малейшего представления о мироустройстве. Как бы вы себе объяснили, что это за "светилы" над вами? :)

В этом рассказе я хотел бы поговорить, из чего состоят звезды.

Как можно узнать, из чего состоят звезды

Если никогда не интересоваться физикой и астрономией, то, кажется, что это невозможно. Ведь эти светила находятся так далеко, что определить их состав не представляется возможным. Как можно понять по небольшому огоньку в небе, из чего он состоит? Оказывается, можно!

Подобные исследования проводятся на основе изучения способности атомов по-разному п ринимать свет, на различных частотах. Таким образом, производится анализ показателей поглощения и излучения звезд , по которому уже можно судить о составе звезды.

Как указано на картинке выше, подобные исследования дают представление не только о составе звезд, но и о других химических и физических показателях, например, температуре и давлении.

Из чего состоят звезды

Химический состав всех звезд примерно похож, и солнце не исключение. Итак:

• Основу всегда составляет водород . Его процентное содержание - около 73%.
• На втором месте находится гел ий , его доля обычно составляет 25% . Итак, на эти два вещества приходится около 98% всего химического состава звезд .
• Также в их состав входят многие тяжелые вещества в гораздо меньшем процентном соотношении: кислород, углерод, различные металлы и т. д.

Все эти вещества не располагаются диффузно в светилах, т. е. есть определенные законы, по которым вещества находятся в определенной части. Все тяжелые элементы, особенно металлы, находятся в центре звезды - ядре . На периферии располагаются остальные, более легкие вещества (гелий и водород) . Однако, т. к. гелий - тяжелее водорода, то он также будет располагаться ближе к центру звезды.