101 ключевая идея: Астрономия
Шрифт:
В астрономических обсерваториях обычно есть часы, измеряющие звездное время наряду с солнечным временем. Звездные сутки наступают, когда первая точка Тельца пересекает верхний меридиан обсерватории.
Прямым восхождением звезды
Прямым восхождением звезды называется интервал времени (измеряемый в звездных часах) от перехода первой точки Тельца через меридиан до перехода звезды. Поэтому звезда пересекает меридиан обсерватории, когда время на звездных часах обсерватории равно ее прямому восхождению. Для точного времяисчисления используются атомные часы, так как скорость вращения Земли слегка изменяется. В атомных часах секунда определяется в терминах частоты вибрации определенного вида атомов. Для того чтобы ход атомных часов совпадал с солнечным временем, периодически добавляются или убавляются «переходные» секунды.
См.
ЗВЕЗДНЫЕ СКОПЛЕНИЯ
Звездными скоплениями называются большие группы звезд, объединенные силой взаимного притяжения.
Диаметр рассеянного, или галактического, звездного скопления варьируется от нескольких световых лет до 50 и более световых лет. В целом в открытых скоплениях преобладают голубые звезды и, поскольку эти звезды имеют гораздо более короткий срок жизни, чем красные звезды, рассеянные скопления состоят из сравнительно молодых звезд. К наиболее известным звездным скоплениям относятся М45, скопление Плеяд в созвездии Тельца, Гиады в созвездии Тельца и М44 в созвездии Персея. Скопление Плеяд в регионе, диаметр которого составляет более 20 световых лет, состоит из голубых звезд, окруженных диффузными серебристыми облаками космической пыли. С другой стороны, рассеянное скопление Гиад состоит из большого количества звезд, расположившихся в пределах более 80 световых лет и движущихся параллельно друг другу. Скопление М44, известное под названием Пчелиный Улей, содержит около 200 звезд в регионе диаметром около 40 световых лет. В спиральных рукавах Галактики Млечный Путь было обнаружено более 1000 рассеянных звездных скоплений. В целом звезды в таких скоплениях удаляются друг от друга, и со временем скопление прекращает свое существование.
Шаровое звездное скопление
Шаровое звездное скопление представляет собой тесный массив сферической формы, состоящий из миллионов звезд, удерживаемых вместе силой их тяготения. Диаметр шарового скопления составляет от 50 до 300 световых лет. Шаровые скопления в Млечном Пути расположены над и под плоскостью Галактики и более или менее распространены во всех направлениях от ее центра. Всего в Галактике Млечный Путь наблюдается около 100 шаровых звездных скоплений. В них преобладают бедные металлом красные звезды, указывающие на то, что эти скопления имеют очень древний возраст. Гравитационное притяжение звезд в шаровом скоплении достаточно сильное, чтобы предотвратить их рассеивание, поэтому шаровые скопления очень стабильны. Самым ярким шаровым скоплением является Омега Центавра, объект четвертой звездной величины, расположенный в Южном полушарии небесной сферы. Он содержит около миллиона звезд в сферическом регионе диаметром примерно 160 световых лет на расстоянии более 20 000 световых лет от Земли.
См. также статьи «Дистанционные измерения 2», «Звездная величина», «Переменные звезды».
ЗВЕЗДЫ 1: ИЗУЧЕНИЕ ЗВЕЗД
Солнце — типичная звезда. Звезды варьируют по размеру от карликов до гигантов и сверхгигантов, диаметр которых в сотни раз превосходит диаметр Солнца. Звезды видны в ночном небе как точечные объекты, потому что они находятся на огромном расстоянии. Свет от звезды дает некоторую информацию о расстоянии до нее, ее скорости, химическом составе, температуре поверхности, радиусе, мощности излучения, массе и сроке жизни.
Если звезда расположена достаточно близко к нам, расстояние до нее можно измерить методом параллакса, то есть измерив угол ее смещения за период 6 месяцев. Расстояние до звезды, расположенной за пределами 300 световых лет, нельзя измерить методом параллакса, его можно вычислить на основании абсолютной звездной величины, если известно положение звезды на диаграмме Герцшпрунга — Ресселла.
Скорость звезды определяется через измерение радиального и тангенциального компонентов скорости. Доплеровское смещение линий спектра необходимо измерить для вычисления радиального компонента; тангенциальный компонент скорости можно определить, если известно собственное движение звезды и расстояние до нее.
Химический состав звезды определяется через измерение длины волн в линиях ее эмиссионного спектра. Эти линии характерны для определенных видов атомов, излучающих свет, и, следовательно, их можно использовать для определения химических элементов.
Температура поверхности звезды определяется ее спектральным
См. также статьи «Дистанционные измерения 1 и 2», «Диаграмма Герцшпрунга — Ресселла», «Звездная величина», «Собственное движение», «Тепловое излучение».
ЗВЕЗДЫ 2: КЛАССИФИКАЦИЯ
Звезды различаются по цвету и яркости. Бетельгейзе в созвездии Ориона — красный гигант. Ригель в том же созвездии — голубой гигант. Спектр излучения звезды представляет собой непрерывную полосу цветов от красного и оранжевого через желтый и зеленый до синего и фиолетового. Непрерывный спектр пересекается темными линиями поглощения, возникающими из-за того, что разные виды атомов во внешних слоях звезды поглощают свет с определенной длиной волны, излучаемый внутренними слоями звезды.
Интенсивность каждой части спектра изменяется вместе с цветом и зависит от температуры поверхности звезды. Чем горячее звезда, тем ближе максимальная интенсивность ее излучения находится к голубому концу спектра. Таким образом, цвет звезды определяется температурой ее поверхности. Звезды классифицируются в соответствии с цветом, температурой и линиями поглощения в их спектре. Система классификации с присвоением букв алфавита разным оттенкам цвета была разработана до того, как удалось установить точную связь между цветом и температурой. После экспериментов с использованием лабораторных источников света при разных температурах порядок букв пришлось изменить, как указано в таблице, чтобы создать температурную последовательность.
См. также статьи «Диаграмма Герцшпрунга — Ресселла», «Светимость», «Звездная величина», «Красный гигант», «Спектр оптический», «Тепловое излучение».
ЗВЕЗДЫ 3: КАРЛИКИ И ГИГАНТЫ
Светимость, или количество энергии света в секунду, излучаемое звездой, зависит от температуры и площади ее поверхности в соответствии с законом Стефана (см. ниже). При известной температуре поверхности и радиусе звезды можно вычислить ее светимость. Радиус Солнца можно рассчитать по его расстоянию от Земли и угловой ширине на небосводе. Судя по цвету Солнца, мы знаем, что температура на его поверхности составляет примерно 6000К. Энергия, излучаемая Солнцем за 1 секунду, равна 400 миллионов миллионов миллионов миллионов ватт. [6]
6
4 10 20МВт.
Светимость любой другой звезды можно вычислить при сравнении ее абсолютной звездной величины с абсолютной звездной величиной Солнца. К примеру, если блеск звезды на 5 величин превышает блеск Солнца, она излучает в секунду в 100 раз больше энергии.
С помощью закона Стефана при известной светимости и температуре поверхности звезды можно вычислить площадь ее поверхности и радиус. Закона Стефана гласит: количество энергии, излучаемое звездой в секунду на квадратный метр ее площади, пропорционально четвертой степени температуры ее поверхности. Таким образом, каждый квадратный метр поверхности звезды на половину менее горячей, чем Солнце, излучает 1/16 часть энергии в секунду на единицу площади по отношению к Солнцу. Если в целом такая звезда излучает в секунду в 100 раз больше энергии, чем Солнце, то площадь ее поверхности должна быть в 1600 раз больше, а радиус — в 40 раз больше, чем Солнце. Такая звезда называется красным гигантом. Сходным образом можно доказать, что звезда вдвое более горячая, чем Солнце, но менее мощная имеет гораздо меньший диаметр. Такая звезда называется карликовой звездой. К примеру, диаметр звезды, уступающей Солнцу в блеске на 5 звездных величин и вдвое более горячей, будет в 40 раз меньше диаметра Солнца.