101 ключевая идея: Астрономия

Брейтот Джим

См. также статьи «Светимость», «Звездная величина», «Красный гигант», «Тепловое излучение».

ЗВЕЗДЫ 4: МАССА И СРОК ЖИЗНИ

Массу звезды Главной последовательности можно определить по ее светимости в соответствии с отношением между массой и светимостью, открытым сэром Артуром Эддингтоном. Изучая двойные звезды, Эддингтон смог показать, что светимость звезды Главной последовательности приблизительно пропорциональна кубу ее массы.

В результате применения ньютоновской теории тяготения к движению Земли вокруг Солнца известно, что масса Солнца составляет около 2x10 ³⁰кг. Для вычисления массы двух звезд в двойной системе необходимо знать расстояние между ними и орбитальный период. Расчеты производятся по третьему закону Кеплера, выраженному в следующей формуле:

масса (в

солнечных массах)xпериод (годы) ²= расстояние (в астрономических единицах) ³.

Массу отдельных звезд в двойной системе легко вычислить из общей массы, так как отношение массы одной звезды к массе другой обратно пропорционально отношению между радиусами их орбит.

Жизненный срок звезды зависит от ее массы, так как звезды состоят в основном из водорода, который является их «топливом». Протоны (то есть ядра водорода) соединяются в ядре звезды, образуя ядра гелия. В ходе этого процесса высвобождается энергия порядка 70 10 ¹²Вт на каждый килограмм водорода в секунду. Поскольку Солнце излучает энергию порядка 4x10 ²⁶Вт, следовательно, водород в его ядре превращается в гелий со скоростью 6x10 ¹¹= 4x10 ²⁶/ 70 х 10 ¹²кг/с. Общая масса Солнца составляет 2x10 ³⁰кг, поэтому запасы его водородного топлива будут исчерпаны через 3,5x10 ¹⁸секунд, что приблизительно равно 10 млрд. лет. Для звезды с массой т, выраженной в эквиваленте солнечных масс, и светимостью L, выраженной в единицах солнечной светимости, срок жизни составит m/L сроков жизни Солнца. Поскольку светимость звезды Главной последовательности приблизительно пропорциональна кубу ее массы, то чем больше масса звезды, тем короче срок ее жизни.

См. также статьи «Двойные звезды», «Законы Кеплера», «Светимость», «Закон тяготения Ньютона».

ЗЕМЛЯ

Земля, третья по порядку от Солнца планета, представляет собой звезду среднего возраста в Галактике, которую мы привыкли называть Млечный Путь. Галактика состоит из сотен миллионов звезд. Возможность существования во Вселенной других планет, похожих на Землю, представляется довольно высокой. Жизнь на Земле развилась потому, что на нашей планете есть вода в жидкой форме, а поверхность Земли защищена от ультрафиолетового излучения Солнца атмосферой. Если бы Земля находилась гораздо ближе к Солнцу, то океаны испарились бы; если бы Земля находилась гораздо дальше от Солнца, океаны превратились бы в лед. Жизнь, скорее всего, не смогла бы развиться в такой обстановке. К счастью, на протяжении большей части земной истории, после формирования планеты около 4,5 млрд. лет назад, она двигалась вокруг Солнца по круговой орбите, сохраняя расстояние в 149,6 млн. км от Солнца с точностью до 0,01 %. Это расстояние в астрономии принято в качестве единицы длины для измерения расстояний между небесными телами в пределах Солнечной системы и называется астрономической единицей (а. е.).

По форме Земля представляет собой сферу, немного уплощенную у полюсов; [7] ее полярный радиус составляет 6357 км, что примерно на 13 км меньше экваториального радиуса. Термин «километр» первоначально определялся как 0,0001 расстояния от экватора до Северного полюса. Это определение было заменено другим, основанным на скорости света, согласно которому расстояние от экватора до Северного полюса составляет 9986 км. В центре Земли находится сплошное плотное ядро диаметром около 2500 км, окруженное жидким ядром диаметром около 8000 км. Вязкая мантия над внешним ядром переходит в твердую земную кору неравномерной толщины, составляющей в среднем примерно 40 км. В земной коре содержится значительно больше железа, чем в мантии, которая состоит из менее плотных силикатных материалов. Магнитное поле Земли создается в ее жидком ядре, возможно, в результате температурной конвекции потоков вещества, обладающих электрическим зарядом. Ни одна из других планет земного типа в Солнечной системе не обладает магнитным полем; это свидетельствует о том, что сейчас их недра находятся в твердом состоянии.

7

Более точное название поверхности Земли — геоид. Геоид с точностью порядка сотен метров совпадает с эллипсоидом вращения.

См. также статьи «Планеты!», «Атмосфера Земли».

ИНФРАКРАСНАЯ

АСТРОНОМИЯ

Инфракрасное излучение является электромагнитным излучением с длиной волны от 740 нм [8] до примерно 1 мм.

Инфракрасное излучение от космических объектов поглощается парами воды в атмосфере, поэтому инфракрасные телескопы расположены либо на большой высоте, в условиях низкой влажности, либо на спутниках за пределами атмосферы. Инфракрасный телескоп — это большое вогнутое зеркало, фокусирующее излучение на инфракрасном датчике. Прибор должен быть охлажден, чтобы сам телескоп перестал испускать инфракрасное излучение. Трехметровый инфракрасный телескоп расположен на Гавайях, поскольку там очень сухой климат.

8

Нм — нанометр; 1 нм = 10 ⁹м.

Инфракрасное излучение испускается космическими объектами недостаточно горячими для того, чтобы испускать свет. Облака пыли в космическом пространстве тоже испускают электромагнитное излучение в этой части спектра. Таким образом, инфракрасные телескопы могут предоставлять изображения объектов и облаков пыли в космосе, которые невозможно наблюдать с помощью оптических телескопов. В 1983 году в течение 10 месяцев на орбите находился инфракрасный астрономический спутник IRAS. За это время его 60-сантиметровый рефлектор передал изображение облаков пыли вокруг ближайших звезд. Было обнаружено, что далекие галактики тоже испускают значительные количества теплового излучения.

После запуска в 1995 году инфракрасной космической лаборатории ISO, астрономы более двух лет получали изображения объектов и облаков пыли в космосе. Новый инфракрасный космический телескоп с диаметром рефлектора 0,85 м должен быть выведен на орбиту в 2002 году.

См. также статьи «Атмосфера Земли», «Электромагнитное излучение».

КАТАЛОГ МЕССЬЕ

Шарль Мессье — французский астроном XVIII века — открыл в ночном небе более 100 объектов, которые не были кометами, звездами или планетами. Эти объекты были названы туманностями, из-за расплывчатых очертаний (в отличие от звезд, которые являются точечными объектами) и неподвижности по отношению к звездам, в отличие от планет или комет. Мессье обнаружил их в поисках комет, которые, как ему было известно, изменяют свои позиции среди звезд. Расплывчатые объекты, не изменявшие свое положение на небосводе, были занесены в каталог, который позднее получил название «Каталог Мессье».

К примеру, Крабовидная туманность, которая сейчас считается остатками сверхновой звезды, взорвавшейся в XI веке нашей эры, была первым объектом, занесенным в каталог Мессье, поэтому она известна под номером Ml. Мессье внес в свой каталог галактику из созвездия Андромеды под названием «Туманность Андромеды», или М31, поскольку он ничего не знал о галактиках. 40 объектов из каталога Мессье являются галактиками, состоящими из многих миллиардов звезд. Сама Вселенная состоит из бесчисленных галактик, удаляющихся друг от друга в результате Большого Взрыва. Другие объекты из каталога Мессье представляют собой либо шаровые звездные скопления в Галактике Млечный Путь, либо рассеянные звездные скопления или облака светящегося газа и пыли в спиральных рукавах Млечного Пути. На смену каталогу Мессье, включавшему 110 туманностей, в 1888 году пришел "Новый общий каталог туманностей и звездных скоплений» (NGC). [9] Однако названия туманностей и других объектов из каталога Мессье по-прежнему находятся в употреблении. Некоторые из них перечислены ниже.

9

Каталог быт составлен датским астрономом Йоханом Л. Дрейером и содержал уже тысячи галактик. Туманность Андромеды! в этом каталоге значится под номером NGC 224.

Ml Крабовидная туманность — остатки сверхновой звезды в созвездии Тельца на расстоянии около 6500 световых лет.

М27 Планетарная туманность Гантель, расположенная на расстоянии менее 1000 световых лет.

М31 Туманность Андромеды — спиральная галактика, расположенная на расстоянии более 2 млн. световых лет.

М42 Туманность Ориона — самая яркая газопылевая туманность на небе в созвездии Ориона на расстоянии более 1500 световых лет.

М45 Плеяды — рассеянное звездное скопление в созвездии Тельца на расстоянии более 400 световых лет содержит диффузную туманность, состоящую из более чем 250 звезд.