Меньшую плотность чем у солнца имеют
Размеры звезд и плотность их вещества
Рассмотрим на простом примере как можно сравнить размеры звезд одинаковой температуры, например Солнца и Капеллы. Эти звезды имеют одинаковые спектры, цвет и температуру, о светимость Капеллы в 120 раз превышает светимость Солнца. Так как при одинаковой температуре яркость единицы поверхности звезд тоже одинакова, то, значит, поверхность Капеллы больше, чем Солнца в 120 раз, а диаметр и радиус ее больше солнечных в корень квадратный из 120, что приближенно равно 11 раз. Определить размеры других звезд позволяет знание законов излучения.
Следовательно, поверхности одинаковой площади излучают у этих звезд одинаковое кол-во энергии, но по светимости спутник в 10 000 раз слабее, чем Сириус. Значит, его радиус меньше в 100 раз, т.е. он почти такой же как Земля. Между тем масса у него почти такая же как и у Солнца. Следовательно белый карлик имеет огромную плотность — около 109 кг/м3. Существование газа такой плотности было объяснено таким образом : обычно предел плотности ставит размер атомов, являющихся системами, состоящими из ядра и электронной оболочки. При очень высокой температуре в недрах звезд и при полной ионизации атомов их ядра и электроны становятся независимыми друг от друга. При колоссальном давление вышележащих слоев это «крошево» из частиц может быть сжато гораздо сильнее, чем нейтральный газ. теоретически допускается возможность существования при некоторых условиях звезд с плотностью, равной плотности атомных ядер. На примере белых карликов мы видим как астрофизические исследования расширяют представление о строении вещества ; пока такие условия в лаборатории создать невозможно. Поэтому астрономические наблюдения помогают развитию важнейших физических представлений.
ТЕСТ ПО АСТРОНОМИИ «ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВЕЗД»
Не только астрономы и романтики любят смотреть на небо. Все мы время от времени поднимаем взгляд к звездам и любуемся их вечной красотой. Потому-то каждого из нас хоть иногда интересует, какая звезда на небе самая яркая.
Впервые этим вопросом задался греческий ученый Гиппарх, а свою классификацию он предложил 22 века назад! Он разделил звезды на шесть групп, где звезды первой величины – это самые яркие из тех, что он мог наблюдать, а шестой – едва различимые невооруженным глазом.
Стоит ли говорить, что речь идет об относительной яркости, а не о реальной способности светиться? Ведь кроме количества производимого света на яркость звезды, наблюдаемой с Земли, влияет расстояние от этой звезды до места наблюдения. Нам кажется, что самая яркая звезда на небе – это Солнце, ведь оно к нам ближе всего. На самом же деле это вовсе не яркая и совсем небольшая звезда.
Сейчас используется примерно та же система различения звезд по яркости, только усовершенствованная. За точку отсчета была принята Вега, а яркость остальных звезд отсчитывается от ее показателя. Самые яркие звезды имеют отрицательный показатель.
Итак, мы будем рассматривать именно те звезды, которые признаны наиболее яркими по усовершенствованной шкале Гиппарха
ТЕСТ ПО АСТРОНОМИИ «ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВЕЗД»
1. Какова температура поверхности белых звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса F
а) Не б) Н в) линии металлов г) линии простейших молекул ТiO, ZrO…
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса M
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Что такое парсек?
а) расстояние до ближайшей звезды
б) расстояние до звезды, параллакс которой 1″
в) расстояние в 3 световых года
5. Самые большие звезды это…
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
1. Какова температура поверхности красных звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса О
а) Не б) Н в) линии металлов г) линии простейших молекул ТiO, ZrO…
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса G
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Что такое световой год?
а) единица измерения больших промежутков времени.
б) единица измерения больших расстояний
в) расстояние до ближайшей звезды
5. Самые плотные звезды это…
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
6. Больше по размерам, чем Солнце…
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
1. Какова температура поверхности голубых звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса А
а) Не б) Н в) линии металлов г) линии простейших молекул ТiO, ZrO…
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса K
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Расположите в порядке возрастания единицы измерения расстояний.
а) пк. б) 10 км в) а.е. г) св.г.
5. Меньшую плотность, чем у Солнца имеют…
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
6. Самые маленькие звезды это…
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
1. Какова температура поверхности оранжевых звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса G
а) Не б) Н в) линии металлов г) линии простейших молекул ТiO, ZrO…
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса O
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Что такое парсек?
а) расстояние до ближайшей звезды
б) расстояние до звезды, параллакс которой 1″
в) расстояние в 3 световых года
5. Больше по светимости, чем Солнце…
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
6. Расположите в порядке возрастания плотности ( сначала с самой маленькой…
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
1. Какова температура поверхности бело-желтых звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса В
а) Не б) Н в) линии металлов г) линии простейших молекул ТiO, ZrO…
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса A
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Что такое световой год?
а) единица измерения больших промежутков времени.
б) единица измерения больших расстояний
в) расстояние до ближайшей звезды
5. Расположите в порядке возрастания размеров звезд ( сначала самые маленькие…
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
6. У каких звезд самая большая плотность
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
1. Какова температура поверхности бело-голубых звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса М
а) Не б) Н в) линии металлов г) линии простейших молекул ТiO, ZrO…
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса B
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Расположите в порядке возрастания единицы измерения расстояний.
а) пк. б) 10 км в) а.е. г) св.г.
5. Какие звезды имеют размеры с Землю или Луну?
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
6. Расположите звезды в порядке убывания плотности ( начните с самых плотных..
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
ОТВЕТЫ
в д г е б а порядок
— сферически симметричные газовые (плазменные), раскалённые тела, находящиеся в состоянии теплового и гидростатического равновесия. Звёзды классифицируются по следующим параметрам: размеры, цвет, светимость.
По размерам звёзды делятся на звёзды-карлики, средние звёзды, нормальные звёзды, звёзды гиганты и звёзды-сверхгиганты. Звёзды-карлики – спутник звезды Сириус; средние – Солнце, Капелла (Возничий); нормальные (t = 10 тыс. К) – имеют размеры между Солнцем и Капеллой; звёзды-гиганты – Антарес, Арктур; сверхгиганты – Бетельгейзе, Альдебаран.
По цвету звёзды делятся на красные (Антарес, Бетельгейзе – 3000 К), жёлтые (Солнце, Капелла – 6000 К), белые (Сириус, Денеб, Вега – 10000 К), голубые (Спика – 30000 К).
По светимости звёзды классифицируют следующим образом. Если принять светимость Солнца за 1, то звёзды белые и голубые имеют светимость в 100 и 10 тыс. раз больше светимости Солнца, а красные карлики – в 10 раз меньше светимости Солнца.
Условия равновесия: как известно, звёзды являются единственными объектами природы, внутри которых происходят неуправляемые термоядерные реакции синтеза, которые сопровождаются выделением большого количества энергии и определяют температуру звёзд. Большинство звёзд находятся в стационарном состоянии, т. е. не взрываются. Некоторые звёзды взрываются (так называемые новые и сверхновые звёзды). Почему же в основном звёзды находятся в равновесии? Сила ядерных взрывов у стационарных звёзд уравновешивается силой тяготения, вот почему эти звёзды сохраняют равновесие.
3. Оборудование: резистор, амперметр, вольтметр, источник тока, соединительные провода. Вычисление сопротивления согласно измерениям.
Билет №20
Модель строения твердых тел. Кристаллические тела: анизотроприя кристаллов; пространственная решетка; монокристаллы и поликристаллы; полиморфизм; аморфные тела.
Все твердые тела подразделяются на кристаллические и амфорные.
называют твердые тела, имеющие строго упорядоченное расположение атомов и молекул.
Различают 4 типа кристаллических решеток:
Все кристаллические тела анизотропны, т.е. их физические свойства зависят от направления внутри кристалла. Кристаллическую структуру имеют металлы. Одиночный кристалл называют монокристаллом. Тело состоящее из большого числа монокристаллов называют поликристаллами. Кристаллические тела имеют строго определенную температуру плавления.
– это тела не имеющие строго упорядоченную кристаллическую решетку.
Амфорные тела изотропны, их физические свойства одинаковы по всем направлениям.
Амфорные тела не имеют строго определенную температуру плавления. Определенной температуры плавления у аморфных тел нет.
Полиморфизм (от греч. polymorphos-многообразный), способность твердых веществ и жидких кристаллов существовать в двух или нескольких формах с различной кристаллической структурой и свойствами при одном и том же хим. составе. Такие формы наз. полиморфными модификациями.
Двойные звёзды и их роль в определении физических характеристик звёзд
Двойная звезда, пара звезд, связанная в одну систему силами тяготения и обращающаяся вокруг общего центра тяжести. Звезды, составляющие двойную звезду, называются ее компонентами. Двойные звезды весьма распространены и подразделяются на несколько типов. Затменно-двойной попеременно загораживают друг друга, поэтому блеск системы временно ослабевает, период между двумя изменениями блеска равен половине орбитального периода. Угловое расстояние между компонентами очень мало, и мы не можем наблюдать их по отдельности.
Спектрально-двойные звезды обнаруживают по изменениям их спектров. При взаимном обращении звезды периодически движутся то по направлению к Земле, то от Земли. По эффекту Допплера в спектре можно определять изменения движения.
Поляризационные двойные характеризуются периодическими изменениями поляризации света. В таких системах звезды при своем орбитальном движении освещают газ и пыль в пространстве между ними, угол падения света на это вещество периодически меняется, при этом рассеянный свет поляризуется. Точные измерения этих эффектов позволяют вычислить орбиты, отношения звездных масс, размеры, скорости и расстояние между компонентами.Двойные звезды, служащие источником излучения в рентгеновском диапазоне, называются рентгеновскими двойными. В ряде случаев наблюдается третий компонент, обращающийся вокруг центра масс двойной системы. Иногда один из компонентов двойной системы (или оба), в свою очередь, может оказаться двойными звездами. Тесные компоненты двойной звезды в тройной системе могут иметь период несколько суток, тогда как третий элемент может обращаться вокруг общего центра масс тесной пары с периодом в сотни и даже тысячи лет.Измерение скоростей звезд двойной системы и применение закона всемирного тяготения представляют собой важный метод определения масс звезд. Изучение двойных звезд – это единственный прямой способ вычисления звездных масс.
3. m = k∙I∙t (m=2376*10-6 кг)
Билет №21
Температура и масса звезд
Знание спектрального класса или цвета звезды сразу же дает температуру ее поверхности. Так как звезды излучают приблизительно как абсолютно черные тела соответствующей температуры, то мощность, излученная единицей их поверхности в единицу времени, определяется из закона Стефана — Больцмана.
Деление звезд на основании сопоставления светимости звезд сих температурой и цветом и абсолютной звездной величиной (диаграмма Герцшпрунга—Рессела):
Это разделение также и по возрасту звезды.
Диаграмма Герцшпрунга—Рессела
Различают следующие звезды:
Новые звезды — это звезды, которые существовали давно, но внезапно вспыхнули. Их яркость увеличилась за короткое время в 10 000 раз (амплитуда изменения яркости от 7 до 14 звездных величин).
Сверхновые звезды — это звезды, которые были незаметны на небе, но неожиданно вспыхнули и увеличили яркость в 1000 раз относительно обычных новых звезд.
Пульсар — нейтронная звезда, возникающая при взрыве сверхновой.
Данные об общем числе пульсаров и времени их жизни свидетельствуют, что в среднем в столетие рождаются 2—3 пульсара, это приблизительно совпадает с частотой вспышек сверхновых в Галактике.
ТЕСТ ПО АСТРОНОМИИ «ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВЕЗД»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
1. Какова температура поверхности белых звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса F
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса M
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Что такое парсек?
а) расстояние до ближайшей звезды
б) расстояние до звезды, параллакс которой 1″
в) расстояние в 3 световых года
5. Самые большие звезды это.
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
1. Какова температура поверхности красных звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса О
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса G
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Что такое световой год?
а) единица измерения больших промежутков времени.
б) единица измерения больших расстояний
в) расстояние до ближайшей звезды
5. Самые плотные звезды это.
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
6. Больше по размерам, чем Солнце.
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
1. Какова температура поверхности голубых звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса А
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса K
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Расположите в порядке возрастания единицы измерения расстояний.
а) пк. б) 10 км в) а.е. г) св.г.
5. Меньшую плотность, чем у Солнца имеют.
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
6. Самые маленькие звезды это.
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
1. Какова температура поверхности оранжевых звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса G
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса O
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Что такое парсек?
а) расстояние до ближайшей звезды
б) расстояние до звезды, параллакс которой 1″
в) расстояние в 3 световых года
5. Больше по светимости, чем Солнце.
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
6. Расположите в порядке возрастания плотности ( сначала с самой маленькой.
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
1. Какова температура поверхности бело-желтых звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса В
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса A
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Что такое световой год?
а) единица измерения больших промежутков времени.
б) единица измерения больших расстояний
в) расстояние до ближайшей звезды
5. Расположите в порядке возрастания размеров звезд ( сначала самые маленькие.
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
6. У каких звезд самая большая плотность
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
1. Какова температура поверхности бело-голубых звезд?
а.) 3000К б) 4500К в) 6000К г) 8000К д)10000К е) 15000 ж) 20000 и более
2. Какие основные линии в спектре звезд класса М
д) слабые линии Не, Н е) слабые линии Н и металлов
3. Какой цвет у звезд класса B
а)красные б)оранжевые в)желтые г)бело-желтые д)белые е)бело-голубые ж)голубые
4. Расположите в порядке возрастания единицы измерения расстояний.
а) пк. б) 10 км в) а.е. г) св.г.
5. Какие звезды имеют размеры с Землю или Луну?
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
6. Расположите звезды в порядке убывания плотности ( начните с самых плотных..
а) красные гиганты б) белые гиганты в) нейтронные звезды г) красные карлики
д) белые карлики е) желтые карлики
в д г е б а порядок
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Номер материала: ДБ-1585773
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Школьники из Москвы выступят на Международной олимпиаде мегаполисов
Время чтения: 3 минуты
Россияне чаще американцев читают детям страшные и печальные книжки
Время чтения: 1 минута
Время чтения: 2 минуты
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст
Время чтения: 1 минута
В Оренбурге школьников переведут на дистанционное обучение с 9 декабря
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Меньшую плотность чем у солнца имеют
Звезды можно назвать самыми главными телами во Вселенной: ведь в них заключено более 90% всего наблюдаемого нами вещества.
Каждая звезда — это массивный газовый шар, излучающий собственный свет, в отличие от планет, которые светят отраженным солнечным светом. По своей природе звезды родственны Солнцу, ближайшей к Земле звезде.
Все звезды очень далеки от нас, и расстояние до каждой из них, кроме Солнца, во много раз превышает расстояние от Земли до любой из планет Солнечной системы. Прямой способ определения расстояний до сравнительно близких звезд основан на измерении их наблюдаемого смещения на фоне более далеких звезд, вызванного движением Земли вокруг Солнца.
Если расстояние до звезд составляет сотни и более парсек, их параллактическое смещение становится незаметным. Тогда для определения расстояний до звезд используют другие, косвенные методы, требующие анализа звездных спектров.
Самая близкая к Солнечной системе звезда — Проксима Центавра — находится от нас на расстоянии примерно 1,3 пс. Большинство звезд, хорошо заметных невооруженным глазом, удалено на десятки и сотни световых лет.
Звезды различаются по массе, размерам, плотностям, светимостям и химическому составу.
Рассмотрим эти характеристики подробнее.
Для определения масс звезд изучают движения звезд, входящих в пары и группы. В этих парах и группах звезды притягивают друг друга, двигаясь вокруг общего центра масс (двойные звезды). Массы звезд в таком случае определяются на основании закона всемирного тяготения. Чаще всего масса звезды измеряется в единицах массы Солнца, которая составляет примерно 2•10 30 кг. Массы почти всех звезд находятся в пределах от 0,1 до 50 масс Солнца.
Размеры звезд определяют как прямыми методами, с помощью оптических интерферометров, так и путем теоретических расчетов. Оказалось, что размеры большинства наблюдаемых звезд составляют сотни тысяч и миллионы километров. Диаметр Солнца, например, равен 1392000 км. Но встречаются и очень маленькие звезды – белые карлики и совсем крошечные нейтронные звезды диаметром 10–20 км. Звезды с размерами во много раз больше, чем у Солнца, являются гигантами (Бетельгейзе, Арктур, Антарес). Но особенно велики очень редко встречающиеся звезды — красные сверхгиганты. Если бы некоторые из таких звезд оказались на месте Солнца, орбита Марса, а то и Юпитера очутились бы внутри них!
Сравнительные размеры звёзд
Еще больше, чем по размерам, различаются звезды по светимости. Так называют мощность оптического излучения, т. е. количество световой энергии, ежесекундно выделяемое звездой. Чаще всего светимость выражают в единицах светимости Солнца. Эта величина равна 3,8•10 26 Вт. Для большинства наблюдаемых звезд она находится в пределах от нескольких тысячных долей до миллиона светимостей Солнца.
Химический состав звезд определяют, изучая их спектр. Оказалось, что вещество звезд содержит те же элементы, которые встречаются и на Земле. Почти во всех звездах более 98% массы приходится на два самых легких элемента — водород и гелий, причем водорода примерно в 2,7 раза больше по массе, чем гелия. На долю всех остальных элементов приходится около 2% массы вещества.
Звезды непрозрачны. Поэтому мы можем непосредственно определять химический состав только их поверхностных слоев, от которых к нам приходит свет. Однако теоретические расчеты позволяют предсказать содержание различных элементов и в недрах звезд.
По физическим свойствам вещества все известные звезды можно разделить на три категории: нормальные звезды, белые карлики и нейтронные звезды.
К нормальным звездам относятся большинство наблюдаемых звезд, в том числе все те, которые можно увидеть невооруженным глазом или в небольшой телескоп. Они состоят из обычного по своим свойствам, так называемого идеального газа. Его давление прямо пропорционально температуре и обратно пропорционально объему, который газ занимает. Используя физические законы, которым подчиняется газ, астрономы рассчитывают плотность, давление и температуру в недрах звезд, что очень важно для понимания строения звезд и их развития.
В звездах с очень большой плотностью вещество уже не подчиняется законам идеального газа. Газ приобретает иные свойства и называется вырожденным. Из вырожденного газа состоят белые карлики, а также ядра некоторых звезд-гигантов.
Вещество нейтронных звезд обладает чудовищной плотностью, при которой не могут существовать даже атомные ядра. Оно состоит в основном из электрически нейтральных элементарных частиц — нейтронов. Нейтроны в обычном состоянии входят, наряду с протонами, в состав атомных ядер.
Вещество любой звезды находится под действием силы гравитации, стремящейся сжать звезду. Однако звезды не сжимаются (по крайней мере, быстро), потому что гравитации препятствует сила давления звездного вещества. В нормальных звездах это давление обусловлено упругими свойствами горячего идеального газа. В белых карликах сжатию препятствует давление вырожденного газа. Оно почти не зависит от того, горячий газ или холодный. В нейтронных звездах гравитацию сдерживают ядерные силы, действующие между отдельными нейтронами.
Температура и тепловое давление газа в звездах поддерживаются внутренними источниками энергии. Если они иссякнут (а рано или поздно в каждой звезде это происходит), силы тяготения сожмут звезду в маленький плотный шар. В нормальных звездах энергия постоянно вырабатывается в центральной области, где плотность и температура газа достигают максимальных значений. Там происходят термоядерные реакции между протонами (ядрами атомов водорода), в результате которых самый легкий газ — водород превращается в более тяжелый гелий. При этом выделяется та энергия, которая позволяет звездам долго сохранять свою высокую температуру, но запасы водорода в звездах постепенно убывают. В Солнце, например, каждую секунду количество водорода уменьшается примерно на 600 млн т, и почти на столько же больше становится гелия. За секунду выделяется энергия, равная примерно 3,8•10 26 Дж, которую уносят электромагнитные волны. Несколько процентов этой энергии получают всепроникающие элементарные частицы — нейтрино, возникающие при ядерных реакциях. Они легко пронизывают звезду насквозь и улетают со скоростью света в межзвездное пространство.
В некоторых звездах — красных гигантах температура в центральной области настолько высока, что там начинает происходить реакция между ядрами гелия, в результате которой возникает более тяжелый элемент — углерод. Эта реакция также сопровождается выделением энергии.
По современным научным представлениям большая часть элементов тяжелее гелия, существующих в природе, образовалась при термоядерных реакциях в недрах звезд или в реакциях, протекающих при взрывах сверхновых звезд.
Когда звезда очень молода и в ней еще не начались ядерные реакции, источником ее энергии может служить сжатие звездного вещества, т. е. его уплотнение под действием собственной гравитации. При этом потенциальная энергия вещества уменьшается и переходит в тепловую.
Как и все тела в природе, звезды не остаются неизменными. Они рождаются, эволюционируют и, наконец, «умирают».
Продолжительность жизни звезды зависит от ее массы. Звезды с массой меньшей, чем у Солнца, очень экономно тратят запасы своего ядерного «топлива» и могут светить десятки миллиардов лет. Поэтому звезды небольших масс еще не успели состариться. Зато массивные звезды светят сравнительно недолго. Так, звезды с массой 15 масс Солнца растрачивают запасы своей энергии всего за 10 млн лет. Звезды, такие, как наше Солнце, могут жить примерно в тысячу раз дольше.
Почти всю свою жизнь звезда сохраняет температуру и размер практически постоянными. Но когда в центральной области весь водород оказывается превращенным в гелий, звезда начинает сравнительно быстро изменяться. Она увеличивается в размере, и, хотя температура ее поверхности при этом падает, излучаемая звездой энергия возрастает во много раз. Звезда становится красным гигантом. Температура в центральной области поднимается до 100 млн градусов, и в плотном гелиевом ядре такой звезды «загорается» реакция превращения гелия в углерод.
На определенном этапе развития красного гиганта может произойти «сброс» внешних слоев этой раздувшейся звезды, и тогда звезда будет находиться внутри газового кольца планетарной туманности. Сама звезда после этого сожмется и превратится в медленно остывающий белый карлик.
Такой путь развития ожидает и наше Солнце: через 6–7 млрд лет оно, пройдя стадию красного гиганта, станет белым карликом.
Звезды, у которых масса в 1,4 раза больше, чем у Солнца, не смогут в конце жизни остановить свое сжатие на стадии белого карлика. Мощные силы гравитации сожмут их до такой плотности, при которой произойдет «нейтронизация» вещества: взаимодействие электронов с протонами приведет к тому, что почти вся масса звезды будет заключена в нейтронах. Образуется нейтронная звезда. Наиболее массивные звезды могут превратиться в нейтронные, после того как они взорвутся как сверхновые. Расчеты показывают, что нейтронные звезды должны быть сильно намагничены. Быстро вращаясь вокруг оси, они могут рождать мощные потоки радиоволн. Открытые в 60-х гг. импульсные источники радиоизлучения — пульсары и являются, по-видимому, такими вращающимися нейтронными звездами, возникшими после взрывов сверхновых.
Если масса звезды (или ее «остатка» после потери вещества) превышает 3–5 масс Солнца, то, начав сжиматься в конце своей активной жизни, она не сможет остановить своего сжатия даже на стадии нейтронной звезды. Конечным результатом такого безудержного гравитационного сжатия должно явиться образование черной дыры.