О всякой всячине. Внутреннее строение солнца и звезд главной последовательности

Звезды главной последовательности

Единицы измерения

Большинство звёздных характеристик как правило выражается в СИ, но также используется и СГС (к примеру, 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).

Рис.1 – Диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Виды звёзд

Классификации звёзд начали строить сразу после того, как начали получать их спектры. В первом приближении спектр звезды можно описать как спектр чёрного тела, но с наложенными на него линиями поглощения или излучения. По составу и силе этих линий звезде присваивался тот или иной определённый класс. Так поступают и сейчас, однако, нынешнее делœение звёзд гораздо более сложное: дополнительно оно включает абсолютную звёздную величину, наличие или отсутствие переменности блеска и размеров, а основные спектральные классы разбиваются на подклассы.

В начале XX века, Герцшпрунг и Рассел нанесли на диаграмму ʼʼАбсолютная звёздная величинаʼʼ - ʼʼспектральный классʼʼ различные звёзды, и оказалось, что большая их часть сгруппирована вдоль узкой кривой. Позже эта диаграмма (ныне носящая название Диаграмма Герцшпрунга-Рассела ) оказалось ключом к пониманию и исследованиям процессов, происходящих внутри звезды.

Теперь, когда есть теория внутреннего строения звезд и теория их эволюции, стало возможным и объяснение существования классов звезд. Оказалось, что всё многообразие видов звёзд - это не более чем отражение количественных характеристик звёзд (такие как масса и химический состав) и эволюционного этапа, на котором в данный момент находится звезда.

В каталогах и на письме класс звёзд пишется в одно слово, при этом сначала идет буквенное обозначение основного спектрального класса (если класс точно не определён, пишется буквенный диапазон, к примеру, O-B), далее арабскими цифрами уточняется спектральный подкласс, потом римскими цифрами идет класс светимости (номер области на диаграмме Герцшпрунга-Рассела), а затем идет дополнительная информация. К примеру, Солнце имеет класс G2V.

Наиболее многочисленный класс звёзд составляют звёзды главной последовательности, к такому типу звёзд принадлежит и наше Солнце. С эволюционной точки зрения главная последовательность - это то место диаграммы Герцшпрунга-Рассела, на котором звезда находится большую часть своей жизни. В это время потери энергии на излучения компенсируются за счёт энергии, выделяющейся в ходе ядерных реакции. Время жизни на главной последовательности определяется массой и долей элементов тяжелœее гелия (металличностью).

Современная (гарвардская) спектральная классификация звёзд, разработана в Гарвардской обсерватории в 1890 - 1924 годах.

Коричневые карлики

Коричневые карлики - это тип звёзд, в которых ядерные реакции никогда не могли компенсировать потери энергии на излучение. Долгое время коричневые карлики были гипотетическими объектами. Их существование предсказали в серединœе XX в., основываясь на представлениях о процессах, происходящих во время формирования звезд. При этом в 2004 году впервые был обнаружен коричневый карлик. На сегодняшний день открыто достаточно много звёзд подобного типа. Их спектральный класс М - T. В теории выделяется ещё один класс - обозначаемый Y.

Звезды главной последовательности - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Звезды главной последовательности" 2017, 2018.

В 1910 г. двое астрономов — датчанин Эйнар Герцшпрунг и американец Генри Ресселл — независимо друг от друга решили выяснить, как зависит светимость звезды от ее спектрального класса или цвета. Для этого они нанесли на график данные обо всех известных в то время спектральных классах и светимостях звезд. В левой части диаграммы расположились горячие белые и голубые звезды, в правой — «холодные» красные, вверху — те, что излучают много энергии, внизу — те, которые «скупятся» на излучение. Если бы зависимость спектр- светимость была однозначной, на диаграмме образовалась бы прямая линия, если бы никакой зависимости вообще не существовало, точки расположились бы по всему полю диаграммы.

Получилось нечто совсем иное: точки, соответствующие тем или иным звездам, сгруппировались в различных областях. Больше всего их (около 90 %) разместилось на диагонали, проведенной из левого верхнего угла (звезды классов О и В, излучающие много энергии) к правому нижнему углу (слабые красные звезды). Эту диагональ астрономы назвали «главной последовательностью». Выше горизонтально протянулась последовательность звезд с наибольшей светимостью, которые назвали гигантами, так как для того, чтобы излучать столько энергии, звезда должна иметь очень большую поверхность. Еще выше, над последовательностью гигантов, расположились гипергиганты и сверхгиганты, а между гигантами и главной последовательностью — субгиганты.

Заполненной оказалась еще одна область — в левом нижнем углу разместились горячие звезды малой светимости, которые называют белыми карликами — ведь для того, чтобы излучать мало энергии, горячая звезда должна быть очень маленькой.

Ученым поначалу казалось, что на протяжении своей жизни звезды проходят путь вдоль главной последовательности — постепенно теряя энергию и остывая. Однако в действительности все выглядит сложнее. «Новорожденная» звезда почти сразу «садится» на главную последовательность, а ее место в ней зависит прежде всего от массы — чем больше масса, тем более высокое место она занимает. Там звезда и проводит большую часть своей жизни. Потому-то на главной последовательности и «собралось» наибольшее количество звезд.

Но когда водородное «горючее» подходит к концу, звезда начинает менять свой облик. Ее оболочка начинает разбухать, звезда стремительно увеличивается и переходит в класс красных гигантов, меняя место на диаграмме. Затем остывающая оболочка сбрасывается — и остается только раскаленное ядро звезды. На свет появляется новый белый карлик.

Так живут звезды главной последовательности, в том числе и наше Солнце. У других типов звезд «биография» и сложнее, и богаче событиями.

С помощью диаграммы Герцшпрунга-Ресселла нередко удается определять и возраст удаленных звездных скоплений. Если все звезды скопления лежат на главной последовательности — скопление молодое, если часть звезд уже покинула главную последовательность — его возраст на порядок больше.

Главная последовательность (ГП) - наиболее населенная область на диаграмме Гецшпрунга - Рессела (ГР). Основная масса звезд на диаграмме ГР расположена вдоль диагонали на полосе, идущей от правого нижнего угла диаграммы в левый верхний угол. Эта полоса и называется главной последовательностью.

Нижний правый угол занят холодными звездами с малой светимостью и малой массой, начиная со звезд порядка 0.08 солнечной массы, а верхний левый угол занимают горячие звезды, имеющие массу порядка 60-100 солнечных масс и большую светимость (вопрос об устойчивости звезд с массами больше 60-120М sun остается открытым, хотя, по-видимому, в последнее время имеются наблюдения таких звезд).

Фаза эволюции, соответствующая главной последовательности, связана с выделением энергии в процессе превращения водорода в гелий , и так как все звезды ГП имеют один источник энергии, то положение звезды на диаграмме ГР определяется ее массой и в малой степени химическим составом.

Основное время жизни звезда проводит на главной последовательности и поэтому главная последовательность - наиболее населенная группа на диаграмме ГР (до 90% всех звезд лежат на ней).

Главная последовательность

Зависимость масса-светимость для главной последовательности

Для звезд главной последовательности существует апроксимационное соотношение, известное как зависимость масса-светимость. Это соотношение было выведено из наблюдательного определения масс и светимостей звезд главной последовательности, но оно также подтверждается расчетами звездных моделей для звезд ГП. Светимость звезды грубо пропорциональна ее массе в степени 3.5 или 4:

L~ M 3.5-4

Таким образом, звезда в два раза массивней Солнца имеет светимость в 11 раз большую, чем Солнце. Наиболее массивные звезды главной последовательности примерно в 60 раз массивней Солнца. Это соответствует светимости почти в миллион раз больше солнечной.

Для наиболее массивных звезд L~M .

Время жизни на главной последовательности

Звезды проводят большую часть своей жизни на главной последовательности. В общем, более массивные звезды живут более быстрой жизнью, чем менее массивные. Казалось бы, что звезды, имеющие большее количество водорода для горения должны были бы расходовать его дольше, но это не так, потому что они используют свои ресурсы быстрее.

Оценим время жизни звезды на ГП. Упрощенно, оно равно отношению энергии, которая может быть излучена к выделению звездой энергии в единицу времени (это светимость L).

Энергия, излучаемая звездой за время t, равна произведению светимости на это время:

E=Lt.

Согласно уравнению Эйнштейна:

E=Mc 2 .

Комбинируя эти два выражения, получаем:

t=Mc 2 /L,

учитывая закон масса-светимость, получаем:

t=c 2 /M 2.5-3 ,

или в солнечных единицах:

t/t sun =1/(M/M sun) 2/5-3 .

Таким образом, если расчетное время жизни Солнца на главной последовательности составляет 10 10 лет, то звезда в 10 раз массивней Солнца будет жить в 1000 раз меньше т.е. 10 7 лет. Так как для наиболее массивных звезд L~M, то по мере увеличения их массы время жизни перестает увеличиваться и стремится к величине ~3.5 млн. лет, что очень мало по космическим масштабам.

Поверхностная температура, светимость и время жизни для звезд главной последовательности

Таблица звезд главной последовательности

И.Миронова

Картинка выше не имеет никакого отношения к челябинскому болиду; эта картинка называется диаграммой Герцшпрунга-Рассела, и показывает она закономерности в распределении звезд по светимости и цвету (спектральному классу). Наверное, каждый, кто читал хотя бы какую-нибудь научно-популярную книжку по астрономии видел эту картинку, и запомнил, что подавляющее большинство звезд во Вселенной находятся на "главной последовательности" , то есть расположены вблизи кривой, которая идет из верхнего левого в правый нижний угол диаграммы Герцшпрунга-Рассела. Звезды на главной последовательности стабильны, и могут очень медленно двигаться по ней многие миллиарды лет, потихоньку перерабатывая водород в гелий; когда ядерное топливо подходит к концу, обычная звезда покидает главную последовательность, становясь на недолгое время красным гигантом , а потом схлапываясь навсегда в белого карлика , который постепенно затухает.

Так вот, метафора заключается в том, что про стартапы можно нарисовать аналогичную картинку, и в ней тоже окажется, что есть узкая зона стабильности - "главная последовательность" - и есть нестабильные состояния за ее пределами. Осями могут служить cash burn (скорость расходования инвестиций) и темпы роста ключевых метрик (у каждого проекта они свои, конечно; в наиболее типичном случае это количество пользователей).

На главной последовательности - проекты, которые умеют балансировать одно с другим. Идеальной ситуацией является аккуратное, плавное движение по ней: постепенно растут расходы, и пропорционально увеличиваются темпы роста (именно темпы роста, а не сами метрики!). Другими словами, вкладываемые деньги дают взрывной рост - стартап "взлетает".
Огромное кладбище карликов - под главной последовательностью. Эти проекты заморожены, они не проедают деньги, или проедают очень маленькое, неизменное их количество (грубо говоря, затраты на хостинг) - но и метрики стабильны, не растут или практически не растут. Может, кто-то и заходит, регистрируется, даже начинает пользоваться - но к новому витку роста это не приведет. (Из личного опыта это, конечно - 9facts).
Над главной последовательностью - искусственно раздутые гиганты. Деньги сгорают очень быстро (как гелий!), но это происходит не там, где надо, или просто слишком рано - рынок еще не готов откликнуться соответствующим ростом метрик. На спектрограмме такого стартапа очень хорошо видны характерные признаки: раздутые штаты, отсутствие органического роста пользователей (рост только за счет покупки трафика), метания из стороны в сторону. В анамнезе, как правило, "дикий инвестор" - кто-то, кто очень сильно поверил в идею, но при этом не занимается профессионально развитием стартапов, не может оценить потребности проекта на очередном этапе, и дает слишком много денег. (И это тоже было все у нас с 9facts, кстати).
Очень часто можно наблюдать, как проект проходит ровно тот путь, что и звезда в процессе своей эволюции: из главной последовательности в гиганты (ошибочно решили, что ухватили ту модель, которая обеспечит взрывной рост, и начали накачивать деньгами), а потом в карлики (деньги кончились). Ну и еще несколько забавных аналогий можно увидеть в рамках этой богатой метафоры.

А продуктивность этой метафоры вот в чем.
1) Главная последовательность очень узка. Это тонкая тропинка, пройти по ней невозможно без очень четкого понимания того, как вообще устроена венчурная отрасль (пользуясь случаем, еще раз порекламирую , и ), без очень четкого концентрации на сути своего продукта, без идентификации и контроля собственных ключевых метрик. без опытных лоцманов, без вовлеченности, трудолюбия, фанатизма даже. Шаг влево, шаг вправо - и вернуться будет трудно, почти невозможно. Если все же сход произошел - надо все бросить, и попытаться вернуться. В этом - польза моей метафоры для стартапера.
2) Если проект очевидно за пределами главной последовательности - в него нет смысла инвестировать, его нет смысла рассматривать. Шансов нет. В том числе, нет смысла рассматривать и проект, который еще не начался даже, но основные параметры которого уже с самого начала предполагают отклонение от главной последовательности ("сразу наймем 30 человек"). В этом - польза моей метафоры для инвестора, очень помогает экономить время.
3) Ну и конечно нельзя забывать, что обобщения и догмы полезны лишь тогда, когда ты помнишь об их логическом обосновании, и можешь для себя понять, почему в данной конкретной ситуации обобщение не сработает, а догму можно нарушить.

Ну и, наконец, пару слов о том, как же выглядит главная последовательность для стартапов. (Естественно, об этом можно говорить только в очень обобщенном виде, очень различаются рынки, страны и т.д.).
Начинается все в той части графика, где еще нет пользователей - и на этой стадии в команде не может быть больше 2-3 человек, и она не может сжигать сотни тысяч рублей в месяц, а лучше бы не сжигать вообще ничего. Прототип готов, сформулирована основная гипотеза, начаты попытки продвижения, привлечено посевное финансирование - в команде может быть 5-6 человек, она может тратить пару сотен тысяч в месяц, но должны обязательно быть клиенты, пусть хотя бы в режиме бета-тестирования, и значительная часть денег должна направляться не в разработку. Продукт создан, клиенты пользуются и начали платить первые деньги, удалось привлечь серьезное финансирование от бизнес-ангелов - главное на этой стадии заключается в том, чтобы в какой-то момент остановить рост затрат на разработку, делая акцент на развитие бизнеса и получение устойчивых метрик; тратить миллионы еще нельзя. Достигнут стабильный рост, привлечен первый венчурный раунд финансирования - это не повод для бесконтрольного раздувания штатов и для неаккуратного обращения с деньгами, успешные проекты здесь вырастают до 10-20 человек, и удерживают свои затраты в пределах 50-100 тысяч долларов в месяц. И так далее.

Короче, все как в космосе, с одной только разницей.
Там - 90% звезд находятся на главной последовательности, а у нас не будет большим преувеличением сказать, что 90% стартапов пытаются найти себя за ее пределами.
Из интервью и питчей только этой недели:
- стартап А потратил уже $1.5M за два года на разработку продукта, востребованность решения не доказана, пользовательская база не растет, пытаются привлечь еще $2M - в основном на продолжение разработки (а кто им даст? и, главное, по какой оценке?),
- у стартапа Б закончились все деньги, привлеченные на посевной стадии, и основатели продолжают ковыряться с ним параллельно с основной работой, покуда конкуренты ушли вперед в хорошем темпе; в свое время основатели не взяли приличные инвестиции по неплохой оценке, пытаясь не размываться и рассчитывая на собственные силы, а сейчас уже согласны и на значительно меньшую оценку, но...,
- стартап В пытается поднять несколько десятков миллионов рублей на стадии идеи, планируя собрать команду около 20 человек для создания прототипа и проверки гипотезы,
... и так далее.

Posted on Feb. 17th, 2013 at 02:10 pm |

– наиболее распространенные из всех наблюдаемых космических объектов Вселенной.

Важнейшим параметром звезд является масса. Звездами называются газовые шары, масса которых превосходит 0,08 масс Солнца.

Изучая свечение звезд, их спектры, установили, что атмосферы звезд состоят из водорода, гелия и примеси некоторых других элементов. Именно в звездах имеются условия для формирования более тяжелых элементов, чем гелий.

Температуры и светимости звезд заключены в очень широких пределах, но эти параметры не являются независимыми. Светимость звезд сравнивают со светимостью Солнца. Абсолютная звездная величина Солнца M = +4,82 m . Светимость Солнца: L = 3,58·10 26 Вт. Существуют звезды, в сотни тысяч раз более яркие и в сотни тысяч раз более слабые, чем Солнце.

Звезды главной последовательности – это нормальные звезды, похожие на Солнце, в которых происходит сгорание водорода в термоядерных реакциях. Главная последовательность – это последовательность звезд разной массы. Самые большие по массе звезды располагаются в верхней части главной последовательности и являются голубыми гигантами. Самые маленькие по массе звезды – карлики. Они располагаются в нижней части главной последовательности.

Глубокий эволюционный смысл имеет диаграмма спектр–светимость .

Звезды образуются в результате гравитационной неустойчивости в холодных и плотных молекулярных облаках. Поэтому звезды всегда рождаются группами (скоплениями, комплексами). Стадия развития звезды, характеризующаяся сжатием и не имеющая еще термоядерных источников энергии, называется протозвездой . В течение сотен тысяч лет холодное газопылевое облако ощутимо сжимается; температура в центре облака увеличивается до миллионов кельвинов. По достижению температуры в несколько миллионов кельвинов в центре начинаются термоядерные реакции. Минимальная масса, которая необходима для этого, составляет 0,08 M .

В звездах главной последовательности происходит реакции так называемого протон-протонного цикла.

Дальнейшая эволюция звезды зависит от ее массы. Звезды скромных размеров и небольшой массы, включая и Солнце, в конце жизни, после стадии красного гиганта сжимаются и сбрасывают оболочку, превращаясь в белые карлики . Белые карлики имеют массу, не превышающую 1,2 M , радиус в 100 раз меньше солнечного. Их плотность в миллион раз больше солнечной.

Нейтронные звезды образуются при вспышках сверхновых звезд, если первоначальная масса звезды была 10–40 M либо при аккреции вещества на белый карлик в тесной двойной системе. Они быстро вращаются вокруг своей оси и обладают сильным магнитным полем. Движущиеся заряженные частицы генерируют электромагнитные волны, которые излучаются узким быстровращающимся пучком. Нейтронные звезды отождествляются с пульсарами.

Если конечная масса звезды больше 3 M , то звезда становится черной дырой . Гравитационное поле столь массивной звезды так сильно сдавливает ее вещество, что звезда не может остановиться на стадии нейтронной звезды и продолжает сжиматься вплоть до гравитационного радиуса. Предполагают, что количество черных дыр в нашей Галактике около десяти миллионов.