Что такое звезды
Звезды — громадные сферические сгущения плотного и горячего ионизированного газа (плазмы), способные к самопроизвольному свечению за счет энергии, берущейся от протекающих в недрах этих объектов термоядерных реакций. Предполагается, что многие звезды обладают планетными системами.
Еще великий мыслитель эпохи Возрождения Дж. Бруно понял, что звезды являются огромными огненными шарами, сравнимыми с Солнцем. Наше дневное светило — это тоже звезда. Сегодня спектральный анализ разных космических объектов показал, что предположение Бруно было справедливым. Солнце является рядовой звездой из великого множества звезд, встречающихся во Вселенной.
Если считать, что общее число звезд в нашей Галактике, достигает 200 млрд, а число известных галактик равняется 100 млрд, то получается, что всего во Вселенной находится примерно 20 000 квинтиллионов звезд. Несмотря на то, что ни к одной из них ученые не смогут в обозримом будущем отправить исследовательский аппарат, уже сегодня методами астрофизики собран колоссальный материал о многих светилах в пределах нашей Галактики, а также за ее пределами.
На основании добытого материала можно утверждать, что астрономам известны все основные типы звезд и их физические характеристики. Все эти сведения были получены при анализе излучений светил. В результате такого исследования было установлено, что светимость и спектральные линии определяются физическими условиями на поверхности звезды, которые в свою очередь обусловлены возрастом и массой объекта.
В зависимости от этих характеристик, взятых в их взаимосвязи, были определены основные типы звезд. Все светила принято группировать в т.н. последовательности, восстанавливаемые по данным о звездной эволюции. Дело в том, что звездам свойственны процессы старения. По мере выгорания ядерного топлива в недрах светил, они меняют массу, светимость и прочие качества, меняя тем самым свой врожденный тип и переходя из одной последовательности в другую.
Главная последовательность включает изначальные типы звезд, обладающих исходными качествами. Сюда относятся голубые гиганты, желтые, оранжевые и красные карлики. Иногда желтые и красные карлики называют просто желто-оранжевыми звездами, поскольку к их числу принадлежит Солнце, считающееся «нормальной» звездой. Однако по своим размерам Солнце, как и его сородичи, относится все-таки к карликам. Судя по всему карликовые звезды очень многочисленны во Вселенной. В областях посреди галактического диска, несколько ближе к краю, где находится Солнце, можно встретить великое множество желтых, оранжевых и красных карликов. Температура поверхности первых двух равняется плюс 4000 — 7000 С, их размеры и масса приближены к солнечным.
Красные карлики весьма многочисленны. Две ближайшие к Земле звезды, не принимая в расчет Солнце, относятся к таким светилам. Эти объекты тусклы, они светят в сотни раз слабее Солнца. Температура их поверхности достигает от силы плюс 4000 «С. Их цвет красный или красновато-оранжевый, отсюда и название карликов. Ближайшие к нам красные карлики — Проксима Центавра и Летящая звезда Барнарда.
Проксима Центавра входит в состав системы тройного светила под названием альфа Центавра, удаленного от нас на 4,2 св. года. Карлик расположен ближе остальных двух звезд к Солнечной системе на 2 000 а.е. Температура поверхности этого слабоизлучающего объекта плюс 4 000 С, но иногда по необъяснимым причинам в некоторых местах поднимается до 16 000 С. При этом Проксима активно испускает рентгеновские лучи.
Что касается Летящей звезды Барнарда, то предполагалось, что она обладает планетной системой из трех планет-гигантов. Однако исследования до сегодняшнего дня не подтвердили эту гипотезу.
Наряду с красными карликами существуют подобные им красные гиганты и сверхгиганты. Оба типа подобны по цвету и температуре поверхности, но различаются по светимости, что позволило ученым провести между ними четкую грань и отнести великанов к разным последовательностям. При столь низких температурах, как 3000°С, невозможно сильное свечение, если только звезда не обладает исполинскими размерами и низкой плотностью вещества. В таком случае она интенсивно теряет лучистую энергию.
Чтобы представить размеры этих великанов, достаточно узнать, что одной из самых больших звезд в нашей Галактике является красный сверхгигант. Это объект А из двойной системы Эпсилон Возничего. Эпсилон А в 190 раз превосходит Солнце в диаметре и в 40 тысяч раз по светимости. Его сосед по двойной системе, Эпсилон В, еще более впечатляющ. Некогда он был красным сверхгигантом, а теперь стал инфракрасной звездой, поскольку энергии на видимое излучение ему не хватает. Причиной тому именно колоссальные, противоестественные размеры космического Гулливера, поперечник которого составляет 2700 диаметров Солнца! Неудивительно поэтому, что температура поверхности Эпсилона В равняется только плюс 1300 °С.
Если вообразить себе такого великана посреди Солнечной системы, то внутри его громадного шара окажутся орбиты всех планет вплоть до Урана. Линия экватора звезды протянулась на 5,9 млрд км, что равняется среднему расстоянию от Солнца до Плутона. Оттого чудо-светило служит пока единственным в своем роде примером самой большой и самой холодной звезды. Одновременно Эпсилон В является и наименее плотной звездой. Его масса превышает солнечную всего в 25 раз, что удивительно при таких чудовищных размерах.
Впрочем, низкая плотность является отличительной чертой всех красных гигантов. Наиболее уплотненным из них является Антарес, прозванный так (переводится как «соперник Марса»), потому что имеет одинаковые видимые размеры с данной планетой и такой же кровавый цвет. Плотность Антареса составляет 0,0014 кг/м3 при диаметре в 328 солнечных и массе в 50 солнечных. Дистанция от Земли до Антареса протянулась на 171,3 св. года. Температура его поверхности равна 3000 «С.
Несколько холоднее другой яркий великан из этой последовательности — Бетельгейзе, ее температура насчитывает 2700 °С. Звезда удалена от нас примерно на 653 св. года. В поперечнике она в 850 раз превышает наше дневное светило. Радиус гиганта превышает радиус марсианской орбиты, а вот плотность объекта составляет от силы 0,0006 кг/м3. Этот красный гигант интересен тем, что на нем впервые обнаружены научно предсказанные для красных гигантов плазменные моря — области сверхгорячей плазмы, извергаемой на поверхность звезды из ее сердцевины.
Ученые уверенно предполагают, что в нашей Галактике преобладают карликовые звезды. Их число увеличивается за счет выделенных в новую последовательность белых карликов, из которых найдены и описаны далеко не все. Причудливое название эти звезды получили из-за примечательных особенностей свечения. Белые карлики, являющиеся самыми маленькими светилами Вселенной, по цвету действительно белые или, реже, блекло-желтоватые.
Спектральный анализ выявляет для этих объектов присутствие сильно возбужденного энергетически водорода в поверхностном слое плазмы, а такое возможно при температуре порядка плюс 10 000- 15 000 «С. По причине небольших размеров эти светила неспособны испускать видимый свет достаточно интенсивно. Блеск карликов равняется 0,01—0,001 солнечного. Эти объекты вообще излучают по большей части благодаря колоссальным запасам, оставшимся от былых времен. Энергетический резерв белыми крохами будет исчерпан лишь через несколько десятков миллиардов лет. Однако процесс затухания начался уже сейчас.
При незначительных размерах, сопоставимых с земными, карлики обладают солидной массой, близкой к солнечной. Причиной тому высокая плотность этих звезд. В числе рекордсменов по плотности следует упомянуть белый карлик Вольфа 457, который имеет в диаметре 4600 км, что немного более лунного поперечника. Температура поверхности маленькой звездочки составляет плюс 10 000 °С, а масса равняется солнечной.
Поперечник другого карлика — звезды Кейпера — составляет 0,5 земного. Однако плотность светила равна 2400 млн кг/ м3, что означает следующее: литр столь плотного вещества весит 2400 т! Меньше всех по размерам звезда Лейтена. Ее поперечник достигает 1200 км, что приближенно равняется 0,1 земного.
Один из ближайших к Солнечной системе белых карликов известен как Сириус, а точнее как Сириус В из двойной системы, поскольку объект А прекрасно виден невооруженным глазом — это крупная и необычайно яркая звезда, являющаяся самой яркой на ночном небе. По блеску она превосходит Солнце в 23 раза. Система Сириуса находится в 8,8 св. года от Земли. Карлик Сириус В превосходит Землю по линейным размерам лишь в 2,5 раза.
Однако, это настоящая звезда, т.к. температура поверхности Сириуса В равняется плюс 9000 °С, а масса составляет 0,89 массы Солнца. Отсюда находится плотность ее вещества, которая достигает чудовищного показателя — 52 млн кг/м3. Это говорит о том, что литр вещества с Сириуса В «весит» 52 т. Светимость карлика в несколько сотен раз уступает солнечной.
К числу наиболее горячих карликов относится звезда 40 Эридана В. Ее показатели: масса — 0,31 солнечной, диаметр — 0,016 солнечного. Температура ее поверхности оценивается в плюс 12200 °С, что в два раза выше температуры солнечной фотосферы! Плотность звезды 40 Эридана В равняется НО млн кг/м3.
У звезды ван Маанена поверхность нагрета также очень высоко, почти до плюс 8000 °С. Но для белых карликов это отнюдь не рекорд, даже наоборот — ниже нормы. Плотность вещества светила достигает невиданного значения 400 млн кг/м3. Среди звезд имеются и другие примечательные объекты.
