Очерки о Вселенной
Шрифт:
Если спектры - паспорта звезд, то естественно, что мы стремимся к паспортизации звезд, к получению спектра каждой из них. Уже засняты спектры сотен тысяч звезд, но, не в пример светимостям, они оказываются гораздо менее разнообразны, и это позволяет разбить их на небольшое число спектральных классов.
Каждому спектральному классу соответствует определенная совокупность физических свойств звезды, так что, говоря, например, что звезда принадлежит к спектральному классу А, мы сразу в сжатой форме даем понятие о ее физической природе. Так, обычная звезда спектральногоч класса А будет в несколько десятков раз ярче Солнца, белого цвета, с температурой поверхности около 10 000°, по диаметру в несколько раз больше
Прежде всего заметим, что звезды бывают разного цвета, всех оттенков от красного через желтый к белому и голубоватому. Определенным цветам звезд соответствуют и определенного вида спектры. Все они похожи на спектр Солнца в том отношении, что у них тоже на фоне непрерывного спектра видны темные линии. Но наряду со спектрами, содержащими в точности такие же линии, как и спектр Солнца, бывают спектры и с совершенно другими линиями.
Рис. 134. Основные типы звездных спектров
По предложению Гарвардской обсерватории спектры классифицируют по интенсивности линий в них, и тогда они располагаются в порядке нисходящей температуры звезд, или, что то же, в порядке приближения их цвета от голубоватого и белого к красному. Температуры звезд меняются вместе с их цветом.
В приводимой табличке сопоставлены основные характеристики звезд, связанные с их спектром.
Звезды верхней части таблицы называются чисто условно ранними, остальные - поздними. Спектры промежуточные между типичными, обозначаются так: спектр чуть более поздний, чем АО, обозначают А1, еще чуть более поздний А2, как раз промежуточный между АО и FO обозначают А5, едва более ранний, чем FO, как А9 и т. д. Спектров более ранних, чем О5, нет.
Для запоминания порядка спектральной последовательности, очень нужного, можно запомнить фразу, в которой первые буквы слов идут в этой последовательности, например:
«Один бритый англичанин финики жевал, как морковь».
Любопытно, что чем подобная фраза нелепее, тем она лучше запоминается.
Если вы предпочитаете другую фразу, придумайте ее сами, но, вероятно, еще прежде, чем это вам удастся, необходимость в ней отпадет, так как к этому времени вы уже запомните порядок букв. Он не соответствует алфавитному по случайным причинам.
Заметим, что среди холодных красных звезд, кроме класса М, есть две другие разновидности. В спектре одних вместо полос молекулярного поглощения окиси титана характерны полосы окиси углерода и циана (в спектрах, обозначаемых буквами R и N), а среди других характерны полосы окиси циркония (класс S).
В спектре каждой звезды есть множество линий разных химических элементов, но в таблице отмечены лишь наиболее характерные.
Из чего состоят звезды и почему у них паспорта разные?
Различие спектров - звездных паспортов - известно давно и получило правильное объяснение в 30-х годах нашего века на основе теории ионизации газов. Было доказано, что это различие зависит в основном не от различия химического состава их атмосфер, который у всех звезд почти одинаков, а от различия их температур. Так, при сравнительно низкой температуре звезд классов К и М или солнечных пятен могут существовать стойкие химические соединения, например, окись титана. В более горячей звезде
У еще более горячей звезды атомы металлов теряют уже не один электрон, а больше, и линии их спектра переходят в невидимую нам ультрафиолетовую часть спектра, предоставляя место для назойливого выпячивания водородных линий. Водородные атомы возбуждаются в большем числе и поглощают свет фотосферы (и производят этим темные линии в спектре) при этой более высокой температуре более интенсивно.
Химический состав атмосфер звезд и Солнца по исследованиям Рессела (США), Унзольда (Германия) и других в основном почти одинаков и близок к химическому составу земной коры не только качественно, но и количественно, за исключением того, что в земной атмосфере нет заметных количеств водорода и гелия. Число атомов разного сорта в звездных атмосферах удалось теперь определить по интенсивности производимых ими темных линий в спектре, на основе теории спектров атомов и из лабораторных опытов по определению поглощательной способности различных газов и паров. Различия в химическом составе звездных атмосфер все же есть, они проявляются, например, в различии спектров звезд классов М и N и у горячих звезд типа Вольфа - Райе.
В следующей табличке даны логарифмы среднего числа атомов в столбе атмосфер сечением 1 см2 для звезд и Солнца по сравнению с такими же, но относительными данными для Земли и метеоритов. (Надо помнить, что различие в логарифмах на 2 соответствует различию в числах в 100 раз и т. д.)
Все эти данные не вполне точны, но мы видим, что атомосферы звезд-солнц не только состоят из тех же химических элементов, что и земная кора, но и относительное содержание каждого из них в Земле и в звездах очень сходно, за исключением того, что в звездах и Солнце водорода и гелия гораздо больше.
Любопытно в связи с этим вспомнить, что философ Огюст Конт, позитивист и приверженец идеализма, накануне открытия спектрального анализа утверждал, что человек никогда не зрнает химического состава звезд.
Развитие науки опровергло ошибочное и вредное утверждение Конта. Так же были опровергнуты предсказания невозможности наблюдать когда-либо солнечную корону вне полных затмений. Ставить пределы человеческому познанию нельзя!
В атмосферах звезд обнаружены не все химические элементы, известные нам, и причина этого та же, что в случае Солнца, о котором мы уже говорили.
Атмосферы звезд и Солнца отличаются от Земли по химическому составу, главным образом за счет их богатства водородом и гелием.
Согласно теоретическим расчетам недра звезд, по крайней мере большинства их, тоже состоят в основном из водорода.
В химическом составе отдельных звезд встречаются, как мы уже говорили, некоторые отклонения от средней нормы. Так, есть звезды, несколько более богатые неоном или стронцием. Академик Г. А. Шайн (в Симеизе), удостоенный Государственной премии, обнаружил, что в некоторых холодных звездах встречается аномально много особого вида углерода, так называемого тяжелого изотопа углерода. Обладая теми же химическими свойствами, что обычные атомы углерода, атомы этого изотопа тяжелее на 1/12 долю. Это показывает, что на разных мирах нет абсолютной тождественности условий, как и должно быть в бесконечной и бесконечно многообразной Вселенной.