Физическая природа звёзд

1.

Физическая
природа звёзд

2.

Вселенная состоит на 98% из звезд. Они же
являются основным элементом галактики.
«Звезды – это огромные шары из гелия и
водорода, а также других газов. Гравитация тянет
их внутрь, а давление раскаленного газа
выталкивает их наружу, создавая равновесие.
Энергия звезды содержится в ее ядре, где
ежесекундно гелий взаимодействует с
водородом».

3.

Жизненный путь звезд представляет собой законченный
цикл – рождение, рост, период относительно спокойной
активности, агония, смерть, и напоминает жизненный
путь отдельного организма.
Астрономы не в состоянии проследит жизнь одной
звезды от начала и до конца. Даже самые
короткоживущие звёзды существуют миллионы лет –
дольше жизни не только одного человека, но и всего
человечества. Однако учёные могут наблюдать много
звёзд, находящихся на самых разных стадиях своего
развития, - только что родившиеся и умирающие. По
многочисленным звездным портретам они стараются
восстановить эволюционный путь каждой звезды и
написать её биографию.

4. Источники энергии Солнца и звезд.

Источник энергии Солнца - термоядерные
реакции. Ядерные реакции с протонами для
космоса - вещь обычная, так как водород самый распространенный элемент во всей
Вселенной. Таким образом, протоны не
представляют дефицита, а роль ускорителей
в космосе играют, в частности, недра звезд.
Температура там столь велика, что часть
протонов приобретает вполне достаточные
для начала ядерных реакций скорости. Такие
реакции, где для «активирования» протонов
используется температура, называются
термоядерными.

5.

Физическая природа звёзд
Звёзды различны по
массе
размерам
температуре
(цвету)
строению
светимости
возрасту

6.

Сравнительные размеры звезд

7.

8.

Сравнительные размеры звезд
Солнце
Вега
Арктур
Канопус
Антарес

9.

Строение звезд

10.

Звёзды, находящиеся на
одинаковом расстоянии, могут
отличаться по видимой яркости
(т. е. по блеску).
Звезды имеют различную
светимость.
Солнце кажется самым ярким
объектом на небе только потому,
что оно находится гораздо ближе
всех остальных звезд.
Светимостью называется
полная энергия, излучаемая
звездой в единицу времени.
Светимость выражается в
абсолютных единицах (ваттах)
или в единицах светимости
Солнца.
Паллада
Веста

11.

В астрономии принято сравнивать звезды по светимости, рассчитывая их блеск
(звездную величину) для одного и того же стандартного расстояния – 10 пк.
Видимая звездная величина, которую имела бы звезда, если бы
находилась от нас на расстоянии D0 = 10 пк, получила название
абсолютной звездной величины М.
Размеры в космосе обманчивы: Денеб с Земли сияет ярче Антареса, а вот Пистолет – не виден совсем.
Паллада
Тем не менее, наблюдателю с нашей планеты и Денеб и Антарес
кажутся просто незначительными
точками, по сравнению с Солнцем. Насколько это неверно можно судить по простому факту:
Пистолет выпускает в секунду столько же света, сколько Солнце - за год!

12.

Абсолютная звездная
величина Солнца М = 5m,
т.е. с расстояния 10 пк
наше Солнце выглядело
бы как звезда пятой
Веста
звездной величины.
Блеск некоторых небесных светил в шкале звездных величин

13.

14.

Зная абсолютную звездную величину звезды М, легко вычислить ее
светимость L.
Считая светимость Солнца L = 1, получаем:
L = 2,5125-M,
или
lgL = 0,4 (5 – М).
По светимости (мощности излучения) звезды значительно отличаются друг от
друга: некоторые излучают энергию в несколько миллионов раз больше, чем
Солнце, другие – в сотни тысяч раз меньше.
Абсолютные звездные величины
звезд наиболее высокой
светимости (гигантов и
сверхгигантов) достигают М = -9m.
Звезды-карлики, обладающие
наименьшей светимостью, имеют
абсолютную звездную величину
М = +17m .
Паллада
Веста

15.

Температура поверхности звезд различна. У некоторых звезд она может
достигать 30 000 К, а у других - лишь 3 000К. Наше Солнце имеет
поверхность с температурой около 6 000 К. Надо оговориться, что говоря
о поверхности, мы имеем в виду лишь видимую поверхность, так как
никакой твердой поверхности у газового шара быть не может.
Нормальные звезды гораздо больше планет, но главное - гораздо
массивнее. Мы увидим, что есть во Вселенной странные звезды,
имеющие типичные для планет размеры, но во много раз превосходящие
последних по массе. Солнце в 750 раз массивнее всех остальных тел
Солнечной системы. Есть звезды, в сотни раз превышающие по размеру
Солнце и во столько же раз уступающие ему в этом показателе.
Однако массы звезд меняются в гораздо более скромных пределах - от
одной двенадцатой массы Солнца до 100 его масс. Может быть, есть и
более тяжелые, но такие массивные звезды очень редки. Нетрудно
догадаться, прочитав последние строки, что звезды очень сильно
отличаются по плотности. Есть среди них такие, кубический сантиметр
вещества, которых перевешивает большой груженый океанский корабль.
Вещество других звезд настолько разряжено, что его плотность меньше
плотности того наилучшего вакуума, который достижим в земных
лабораторных условиях.

16.

Цвет и температура
звёзд

17.

Цвет и температура звёзд
Звезды имеют самые разные цвета.
У Арктура желто-оранжевый оттенок,
Ригель бело-голубой,
Антарес ярко-красный.
Арктур
Ригель
Антарес

18.

Цвет и температура звёзд
Доминирующий цвет в спектре
звезды зависит от температуры
ее поверхности.
Закон Вина
0,0029
Т
λ =
мах
У различных звёзд максимум излучения
приходится на разные длины волн.
-7
Максимум излучения Солнца λ = 4,7х 10 м

19.

20.

Различия звездных спектров объясняются отнюдь не разнообразием
их химического состава, а различием температуры и других
физических условий в атмосферах звезд.
Изучение спектров показывает, что преобладают в составе звездных
атмосфер (и звезд в целом) водород и гелий.
На долю всех остальных химических элементов приходится не более
нескольких процентов.

21.

Гарвардская спектральная классификация звёзд
O
B
A
F
G
K
M
один
бритый
американец
финики
жевал
как
морковь

22.

Гарвардская спектральная классификация звёзд
O
Be
A
Fine
Girl
Kiss
Mi
Солнце
G0 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9

23.

Гарвардская спектральная классификация звёзд
класс
O
B
A
F
G
K
M
0
эффективная температура К
26000–35000
12000–25000
8000–11000
цвет
голубой
бело - голубой
белый
6200–7900
жёлто - белый
5000–6100
жёлтый
3500–4900
оранжевый
2600–3400
красный