Что такое звезда: как рождаются и угасают звезды?

Масса и движение

В 1924 году астроном А.С. Эддингтон показал, что светимость и масса звезды связаны между собой. Чем больше звезда (то есть более массивна), тем она ярче (светимость = масса³).

Звезды вокруг нас движутся относительно нашей солнечной системы. Некоторые уходят от нас, а некоторые направляются к нам. Движение звезд влияет на длины волн света, которые мы получаем от них, подобно тому, как высокий звук сирены пожарной машины понижается, когда грузовик проходит мимо вас. Это явление называется эффектом Доплера. Измеряя спектр звезды и сравнивая его со спектром стандартной лампы, можно измерить величину доплеровского сдвига. Величина доплеровского сдвига говорит нам, как быстро звезда движется относительно нас.

Кроме того, направление доплеровского сдвига может сказать нам направление движения звезды. Если спектр звезды смещен в синий конец, то звезда движется к нам; если спектр смещен в красный конец, то она удаляется от нас. Аналогично, если звезда вращается вокруг своей оси, доплеровский сдвиг ее спектра может быть использован для измерения скорости ее вращения.

Итак, вы можете видеть, что мы можем довольно много рассказать о звезде по свету, который она излучает. Кроме того, сегодня астрономы-любители имеют такие устройства, как большие телескопы, ПЗС-матрицы и спектроскопы, доступные по относительно низкой цене.

Таким образом, любители могут проводить такие же измерения и звездные исследования, которые раньше делали только профессионалы.

Сравнение тройной звёздной системы Альфа Центавра и Солнца

Плеяды и Гиады

Газ и пыль, из которых состоит туманность Ориона, скрывают от нас процесс звёздообразования, и лишь с появлением инфракрасных и рентгеновских телескопов астрономы смогли изучить, что же происходит внутри. В центре туманности находится небольшая группа молодых массивных звёзд, сильный звёздный ветер раздул большую часть материала облака, в котором ранее образовалось самое яркое из этих юных светил, сформировав газовый пузырь. Этот пузырь, с одной стороны, мешает рождению других звёзд в окрестностях уже рождённых, а с другой — выталкивает молекулярный газ к его краям, создавая новые области плотного материала, где в будущем будут формироваться новые светила. В дальнейшем новые звёзды будут выталкивать друг друга, а оставшиеся сформируются в рассеянное звёздное скопление. Самые известные представители таких космических объектов — Плеяды и Гиады. Но если первое относительно молодое — его возраст около 100 миллионов лет, и вокруг него ещё сохранились остатки газа, из которых оно образовалось, то Гиады — уже старое скопление: его возраст порядка 625 миллионов лет, и вокруг звёзд этого скопления уже нет газовых оболочек, из которых формируются протопланетные диски. В Туманности Ориона около звезды Тета Ориона и в Плеядах уже обнаружены такие диски — в дальнейшем из них образуются планеты. У звёзд «старых» рассеянных звёздных скоплений планеты уже сформировались, и в дальнейшем гравитационные силы не смогут удерживать звёзды скопления между собой, то есть они отправятся в «самостоятельное плавание». Так произошло и с нашим Солнцем, которое тоже родилось из межзвёздного газа. Вот только с его «колыбелью» большой вопрос. Предполагается, что туманность, породившая наше светило, располагалась в 33 тысячах световых лет от центра Галактики. Но то ли под воздействием тяготения других звёзд, то ли в результате взрыва сверхновой наше Солнце было вытолкнуто на свою нынешнюю орбиту, которая расположена в 30000 световых лет от центра Галактики. С момента своего образования наше дневное светило совершило 27 витков. То же произошло и с другими звёздами, родившимися из этого облака — они поменяли орбиты, и в настоящее время астрономы вынуждены констатировать, что мы не знаем звёзд, которые родились вместе с нашим Солнцем.

Удивительные факты

В окружающей нас обстановке нет ничего такого, что хотя бы отдалённо напоминало Туманность Ориона. Самым лёгким веществом на Земле считается воздух, однако по сравнению с любой межзвёздной туманностью он является образованием необычайно плотным. Кубический сантиметр комнатного воздуха имеет массу, близкую к 1 миллиграмму; масса Туманности Ориона в том же объёме в 100000000000000000 раз меньше — это число даже прочесть нелегко, а уж наглядно представить себе столь большую степень разреженности вещества практически невозможно. Кометные хвосты имеют ещё меньшую плотность (0,3 грамма на кубический сантиметр), за что их поэтично называют «видимым ничто». Но при этом общая масса туманности Ориона поистине огромна: из её вещества можно было бы изготовить примерно тысячу таких звёзд, как наше Солнце, или более трёх сотен миллионов похожих на Землю планет! А если нашу планету уменьшить до размеров булавочной головки, то в таком масштабе Туманность Ориона займёт объём величиной с земной шар!

История названий созвездий

Стоит отметить, что впервые небесную сферу разделили на участки примерно пять тысяч лет назад. Тогда люди начали замечать, что ночью вдалеке горят яркие точки. Более того каждая из них появляется почти в одном и том же месте. Так началось наблюдение за звёздами. А как мы знаем, людям свойственно давать названия всему, что он видит и с чем сталкивается.

Звёздное скопление

Безусловно, удивительная вещь человеческий мозг и воображение. Вот, к примеру, каким образом люди объединили видимые звёзды в какие-то фигуры. К тому же рассмотрели в них не просто геометрию, а целые или отдельные части живых существ. Ведь на бескрайних просторах неба можно увидеть всё что угодно. Но действительно, многие имена созвездий соответствуют тому виду, который имеют. Хотя некоторые не содержат никакого смысла. Однако это только сейчас. Ранее каждая часть Вселенной олицетворяла для человека его веру, взгляд на мир. В любом случае имена созвездий передают, хотя бы чуть-чуть, их индивидуальность, красоту и величие.

Современный взгляд на небо несколько отличается от древнего. Если раньше под понятием созвездие обозначали какую-либо фигуру из звёзд, то сейчас это некий участок неба. К тому же, каждая такая часть и имеет чёткие границы. Многие направления в астрономии получили бурное развитие с созданием и применением телескопов, а также другой космической техники.

Телескоп и созвездия

На данный момент установлено сколько созвездий на небе. Кроме того, их изучают и исследуют даже по сей день. Потому как мы, наверное, находимся лишь на середине пути к познанию Вселенной. С уверенностью можно сказать, что многие учёные умы работали и посвящали жизнь космосу и его объектам. Благодаря чему, мы имеем современную картину мира.

Будущее Вселенной

Возможные варианты будущего Вселенной

Если Вселенная имеет возраст, и миллиарды лет назад произошло ее рождение, то значит, наступит время, когда ее не станет. Еще с 90-х ученые, изучающие космос, пытаются прогнозировать его будущее и установить, что произойдет, когда он перестанет существовать.

Все предположения строятся на обязательном условии, что теория Большого взрыва верна. Это дает начальные данные о вселенной, помогает построить представление об устройстве пространства и спрогнозировать, что произойдет дальше.

Пример большого сжатия и рождения новой Вселенной

Сейчас существует три теории будущего Вселенной:

1. Большое сжатие. После того, как пространство расширится до определенного размера, оно начнет сжиматься. Это возможно, если плотность пространства будет выше допустимого. Тогда границы Вселенной начнут уменьшаться, ровно как и расстояние между объектами. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока она не превратится в небольшую сингулярность, существовавшую до Большого взрыва.
2. Большое замораживание. Если плотность не привысит максимальную, то Вселенная продолжит расширяться до неограниченных размеров. Однако постепенно в ней израсходуется запас энергии и газа. Нейтронные звезды превратятся в черные дыры, остальные, потратив все тепло, станут белыми карликами. Постепенно температура в пространстве начнет падать, пока не установится на отметке абсолютного нуля.
3. Большой разрыв. Все объекты во Вселенной притягиваются, но это не мешает галактикам постепенно отодвигаться друг от друга. Ученые полагают, что при определенных обстоятельствах объекты в пространстве смогут отдалиться на такие расстояния, что сила притяжения станет равна нулю.

Каким в итоге окажется будущее Вселенной, пока неизвестно. Поскольку она еще не закончила процесс формирования, конец для нее наступит через миллиарды лет.

Процесс изучения и схема эволюции звезд

Весь процесс познания звезд можно условно разделить на несколько этапов. В самом начале следует определить расстояние до звезды. Информация о том, как далеко от нас находится звезда, как долго идет от нее свет, дает представление о том, что происходило со светилом на протяжении всего этого времени. После того, как человек научился измерять расстояние до далеких звезд, стало ясно, что звезды – это то же самые солнца, только разных размеров и с разной судьбой. Зная расстояние до звезды, по уровню света и количеству излучаемой энергии можно проследить процесс термоядерного синтеза звезды.

Термоядерный синтез на Солнце

Вслед за определением расстояния до звезды можно с помощью спектрального анализа рассчитать химический состав светила и узнать его структуру и возраст. Благодаря появлению спектрографа у ученых проявилась возможность изучить природу света звезд. Этим прибором можно определить и измерить газовый состав звездного вещества, которым обладает звезда на разных этапах своего существования.

Звездное вещество состоит из тех же химических элементов (вплоть до железа), что и наша планета. Разница только в количестве тех или иных элементов и в процессах, происходящих на Солнце и внутри земной тверди. Это и отличает звезды от других объектов во Вселенной. Происхождение звезд следует также рассматривать в контексте другой физической дисциплины — квантовой механики. По этой теории, материя, которая определяет звездное вещество, состоит из постоянно делящихся атомов и элементарных частиц, создающих свой микромир. В этом свете вызывает интерес структура, состав, строение и эволюция звезд. Как выяснилось, основная масса нашей звезды и многих других звезд приходится всего на два элемента — водород и гелий. Теоретическая модель, описывающая строение звезды, позволит понять их строение и главное отличие от других космических объектов.

Состав звезды

Главная особенность заключается в том, что многие объекты во Вселенной имеют определенный размер и форму, тогда как звезда может по мере своего развития менять размер. Горячий газ представляет собой соединение атомов, слабо связанных друг с другом. Через миллионы лет после формирования звезды начинается остывание поверхностного слоя звездного вещества. Большую часть своей энергии звезда отдает в космическое пространство, уменьшаясь или увеличиваясь в размерах. Передача тепла и энергии происходит из внутренних областей звезды к поверхности, оказывая влияние на интенсивность излучения. Другими словами, одна и та же звезда в разные периоды своего существования выглядит по-разному. Термоядерные процессы на основе реакций водородного цикла способствуют превращению легких атомов водорода в более тяжелые элементы — гелий и углерод. По мнению астрофизиков и ученых-ядерщиков, подобная термоядерная реакция является самой эффективной по количеству выделяемого тепла.

Почему же термоядерный синтез ядра не заканчивается взрывом такого реактора? Все дело в том, что силы гравитационного поля в нем могут удерживать звездное вещество в пределах стабилизированного объема. Из этого можно сделать однозначный вывод: любая звезда представляет собой массивное тело, которое сохраняет свои размеры благодаря балансу между силами гравитации и энергией термоядерных реакций. Результатом такой идеальной природной модели является источник тепла, способный работать длительное время. Предполагается, что первые формы жизни на Земле появились 3 млрд. лет назад. Солнце в те далекие времена грело нашу планету так же, как и сейчас. Следовательно, наша звезда мало чем изменилась, несмотря на то, что масштабы излучаемого тепла и солнечной энергии колоссальны — более 3-4 млн. тонн каждую секунду.

Выбросы Солнца

Структура звезд Вселенной

Большую часть своего существования звезда пребывает в этапе главной последовательности. Представлена ядром, участками радиации и конвекции, фотосферой, хромосферой и короной. Ядро – территория, где происходит ядерное слияние, подпитывающее звезду. Энергия этих реакций переходит из радиационной зоны наружу. В конвективной энергия транспортируется горящими газами. Если звезда массивнее Солнца, то конвективная в ядре и излучает во внешних слоях, а если уступает по массивности, то излучает в ядре, а конвективная во внешних слоях. Объекты с промежуточной массой спектрального типа А способны излучать везде.

Далее в звездном строении идет фотосфера, которую часто называют поверхностью. За ней – красноватая хромосфера, из-за наличия водорода. Внешний шар звезды – корона. Она невероятно горячая и может быть связана с конвекцией во внешних слоях. Нижнее видео детально описывает движение звезд на небе.

Движение звезд в Галактике

• Интересные факты о звездах;
• Сколько займет путешествие до ближайшей звезды?;
• Что такое звезды?;
• Звезды и планеты;
• Диаграмма Герцшпрунга-Рассела;
• Рождение звезд;
• Где рождаются звезды;
• Как формируется звезда?;
• Как умирают звезды?;
• Жизненный цикл звезды;
• Жизнь звезды;
• Какой была первая звезда?;
• Звездная эволюция;
• Двигаются ли звезды?;
• Гравитационное красное смещение;
• Звездный параллакс;

Самые самые

• Самая большая звезда во Вселенной;
• Самая маленькая звезда во Вселенной;
• Самая близкая звезда к Солнцу;
• Самая яркая звезда на небе;
• Самая яркая звезда во Вселенной;
• Самая известная звезда;
• Самая массивная звезда;

Строение Звезд

• Размеры звезд;
• Из чего состоят звезды;
• Ядро звезды;
• Температура звезды;
• Масса звезды;
• Цвет звезды;
• Светимость звезды;

Типы звезд

• Бинарная звезда;
• Звезды Вольфа-Райе;
• Звезды Пояса Ориона;
• Звезды главной последовательности;
• Углеродные звезды;
• Переменные звезды;
• Сверхновая звезда;
• Коричневые карлики;
• Магнетар;
• Цефеиды;
• Падающие звезды;

Локализация и типы «звездных колыбелей»

В спиральных галактиках, в том числе и в нашем Млечном Пути, молекулярные облака располагаются не беспорядочно, а главным образом в пределах плоскости диска – в спиральных рукавах на некотором удалении от галактического центра. В иррегулярных галактиках локализация подобных зон носит случайный характер. Что касается эллиптических галактик, газопылевые структуры и молодые звезды в них не наблюдаются, и принято считать, что данный процесс там практически не идет.

Облака могут представлять собой как гигантские – в десятки и сотни световых лет – молекулярные комплексы со сложной структурой и большими перепадами плотности (например, знаменитое Облако Ориона всего в 1300 световых годах от нас), так и изолированные компактные образования, называемые глобулами Бока.

Гипотезы происхождения Луны, не отрицаемые классической астрофизикой

Единого мнения, характеризующего точною фактологию появления спутника, в научном мире пока нет. Но есть гипотезы, которые косвенно дают понятие о том, как же все-таки появилась Луна. Выше мы уже описали теорию центробежного отделения, выдвинутую в девятнадцатом веке Джорджем Дарвином.

Уже в начала двадцатого века ученым Томасом Си была выдвинута гипотеза захвата. По мнению ученого Луна сначала появилась как независимая планета, которая в результате пертурбаций перешла на эллиптическую орбиту. Причем эта планета была в солнечной системе, но при приближении к Земле ее захватила гравитация нашей планеты, что и позволило Луне стать в дальнейшем спутником.

Еще одна интересная научная версия носит название гипотезы совместной аккреции. Ее предложил известный философ и ученый Иммануил Кант, который в своем труде по космологии считал, что Земля и Луна появились из одного огромного газового и пылевого сгустка. Сначала зародилась наша планета, а потом уже и Луна из остатков космического вещества.

В середине 50-х годов прошлого века Эрнст Эпик предположил то, что спутник Земли был образован из-за того, что зарождающаяся прото-Земля была окружена мощным кольцом космических частиц, которые попросту бомбордировали ее. Из-за этого значительные массы вещества под воздействием высокой температуры были попросту выпарены обратно в солнечное пространство. Все тяжелые элементы сконденсировались и в дальнейшем соединились в Луну.

Многие ученые сходятся на том, что более реальна теория столкновения космических тел, разработанная Уильямом Хартманом, который создал ее в 1975 году. Классические постулаты космологии устарели, и эта теория на сегодняшний день выглядит более правдоподобно. По мнению Хартмана некое небесное тело, в частности протопланета во время формирования солнечной системы столкнулась с зарождающейся прото-Землей. В тот период Земля имела вес, равный примерно девяноста процентов от нынешней массы. Удар пришелся по касательной, а не по центру планеты.

В результате этого масштабного космического события часть ударившегося объекта, в том числе и участок земной мантии, были отброшены прямо на околоземную орбиту. Из этих космических обломков под действием сил сжатия и гравитации со временем появился нынешний спутник Земли.

На сегодняшний день гипотеза происхождения Луны, созданная Хартманом, является основной. Она прекрасно объясняет физические и химические свойства луны, особенности ее расположения, вращения и расстояния по сравнению с планетой.

Жизнь и смерть звезды

В результате термоядерной реакции водород превращается в гелий, звезда функционирует подобно нашему Солнцу. Через несколько миллиардов лет весь водород внутри звезды оказывается исчерпанным, водородное ядро превращается в гелиевое, хотя во внешней оболочке реакции все еще продолжаются.

Гелиевое ядро становится все крупнее и крупнее, масса его растет, вновь начинается гравитационный коллапс. Во время этой фазы звезда становится красным гигантом.

Внутри ядра звезды под влиянием гравитационного сжатия вновь проходят термоядерные реакции: гелий превращается в другие элементы: углерод, затем кислород, кремний − вплоть до железа.

Вот и пришел конец нашей звезде. Если она достаточно массивна − раз в восемь тяжелее нашего Солнца, то может превратиться в сверхновую, которая при взрыве разлетается в открытом космосе. Вспышки сверхновой могут быть при этом ярче своих галактик.

Образующаяся при этом ударная волна может привести к сжатию других межзвездных облаков и образованию новых звезд. Впрочем, зачастую сияние новых звезд может запустить цепную реакцию, которая дает толчок рождения новых светил. Так образуются целые звездные поколения.

При этом из разлетевшейся материи сверхновых могут сформироваться твердые планеты вблизи новообразующихся звезд, а также многочисленные астероиды, несущиеся в межзвездном пространстве.

Хорошо забытое старое

Эмблема Рабоче-Крестьянской Красной Армии (1918 год)

Когда в 1917 году грянула Февральская революция, все царские знаки различия в армии были скопом отменены.

Согласно приказу№ 321 от 7 мая 1918 года, выпущенному наркомвоенмором республики Львом Троцким, «марсова звезда с плугом и молотом» становится знаком красноармейцев. Есть мнение, что введение в символику пятиконечной звезды проводилось в рамках кампании по привлечению в Красную армию бывших царских офицеров.

Звезда, символизирующая Красную армию, тоже была красной – как и знамена молодой республики. Мыслилась она сначала как знак нагрудный – однако уже через полгода благополучно перекочевала на головные уборы военных и моряков, где и осталась на долгие годы.

Каждому символу нужна легенда. На заре существования РККА красная пятиконечная звезда олицетворяла единение «пролетариев всех стран» – рабочих со всех пяти континентов; красный цвет был цветом революции, цветом крови, которая была пролита за свободу. Позже красные звезды на головных уборах стали ассоциироваться с воинами-защитниками.

С января 1919 года звезды начали нашивать на новые головные уборы красноармейцев, напоминающие по форме шлемы древних витязей. Первое название этих остроконечных шапок – «богатырки» – не прижилось; они остались в памяти народа как буденовки.

Плакат «Вступайте в красную конницу», 1920 год

Птолемей и «Альмагест»

Звездный глобус Альмагест, написанный Птолемеем

В современном мире насчитывается 88 созвездий. Их главная задача – помогать быстро ориентироваться в ночном небе с помощью легко запоминающихся форм. Первый список включал 48 созвездий и появился около 140 года н.э. Речь идет о труде «Альмагест», написанном математиком, астрономом и географом Клавдием Птолемеем.

Важно понимать, что на ближайшие 13 веков этот труд стал основой для всего научного мира. Правда, в нем было много серьезных неточностей

К примеру, в основе лежала идея геоцентризма, где Земля находится в центре всего. Гораздо позже ее сменит гелиоцентрическая модель Коперника. Все же похвалим Птолемея за то, что созвездия сохранились в его работе до наших дней.

Что видели динозавры

Как уже отмечалось, пока астрономам не удалось определить «родственников» нашего Солнца, а вот звёзды, покинувшие Туманность Ориона, были обнаружены. Нашёл беглянок советский астроном Павел Паренаго в 1950-х годах. Сейчас они располагаются в созвездиях Возничего, Голубя и Овна. Самой интересной звездой из рождённых в Туманности Ориона является белый Ригель. Это одна из самых загадочных звёзд нашего неба, которая ежесекундно перерабатывает 80 миллиардов тон водорода в гелий! Звезда очень молодая, по астрономическим меркам Ригель — младенец: её возраст насчитывает 8 миллионов лет. Да, для человеческой жизни срок невообразимо большой, но в масштабе эволюции эта величина выглядит незначительной. Ригель появился на звёздном небе спустя пару миллионов лет после исчезновения ящеров с лица Земли. Пройдёт 2-3 миллиона лет, и Ригель, «переварив» весь водород, начнёт превращаться в красного гиганта, превзойдя по своему блеску на нашем небе и красный сверхгигант Бетельгейзе, и Сириус. А спустя 10-15 миллионов лет, переработав весь гелий, взорвётся сверхновой звездой. Причём если взрыв Бетельгейзе из-за его удалённости никак не повлияет на орбиту Солнца и объекты нашей системы, то взрыв Ригеля имеет шанс поменять нашу орбиту в галактике, а также столкнет во внутренние области Солнечной системы, где вращается Земля, множество ледяных тел с окраины. Ригель, как и другие звёзды, родился в газовой туманности. В неё он и превратится после своей звёздной смерти, став белым карликом, окружённым яркой оболочкой. Такие объекты называют планетарными туманностями за схожесть по угловому размеру с планетами на земном небе. Но если колыбель звёзд состоит из водорода, то «могила» содержит углерод, кислород, азот и кальций. Пройдёт не более 10000 лет, и все эти газы разлетятся по просторам галактики, оставив звезду одну в необъятных просторах космоса.

Метки: Тайны 20 века, космос, рождение, газетная утка, галактика, Плеяды, звёзды, туманность, Орион созвездие, Гиады