Астрономия 10 класс Воронцов-Вельяминов (стр. 23 из 31)

Рис. 87. Сравнительные размеры Солнца и звезд разных типов (масштабы в трех

излучают у этих звезд одинаковое количество энергии, но по све-
тимости спутник в 10 000 раз слабее, чем Сириус. Зна-
чит, его радиус меньше в -\/Ю000 = 100 раз, т. е. он почти та-
кой же, как Земля. Между тем масса у него, почти как у Солнца!
Следовательно, белый карлик имеет громадную плотность — около
109 кг/м3. Существование газа такой плотности было объяснено сле-
дующим образом: обычно предел плотности ставит размер атомов,
являющихся системами, состоящими из ядра и электронной оболоч-
ки. При очень высокой температуре в недрах звезд и при полной
ионизации ядра и электроны становятся независимыми друг от
друга. При колоссальном давлении вышележащих слоев это «кроше-
во» из атомов может быть сжато гораздо сильнее, чем нейтраль-
ный газ. Теоретически допускается возможность существования
при некоторых условиях звезд с плотностью, равной плотности
атомных ядер. (О них и об эволюции звезд подробнее мы узнаем
из § 30.)

Мы еще раз видим на примере белых карликов, как астро-
физические исследования* расширяют представления о строении ве-
щества; пока создать в лаборатории такие условия, какие есть
внутри звезд, еще нельзя. Поэтому астрономические наблюдения
помогают развитию важнейших физических представлений. Напри-
мер, для физики громадное значение имеет теория относительнос-
ти Эйнштейна. Из нее вытекает несколько следствий, которые
можно проверить по астрономическим данным. Одно из следствий
теории состоит в том, что в очень сильном поле тяготения све-
товые колебания должны замедляться и линии спектра смещаться
к красному концу, причем это смещение тем больше, чем сильнее
поле тяготения звезды. Красное смещение было обнаружено в
спектре спутника Сириуса. Оно вызвано действием сильного поля
тяготения на его поверхности. Наблюдения подтвердили предска-

частях рисунка различны).

103

зания теории относительности и тем самым подтвердили саму те-
орию. Астрономы нашли и несколько других подтверждений этой
теории. Это пример взаимодействия физики и астрономии и удиви-
тельного многообразия природы.

26 1. Во сколько раз Арктур больше Солнца, если светимость Арктура 100, а
температура 4500 К?

2. Какова средняя плотность красного сверхгиганта, если его диаметр в 300 раз
больше солнечного а масса в 30 раз больше, чем масса Солнца?

2. Важнейшие закономерности в мире звезд. Мы видели, что су-
ществуют и одиночные, и двойные, и кратные звезды, переменные
звезды различных типов, новые и сверхновые, сверхгиганты и
карлики, звезды разнообразнейших размеров, светимостей, темпе-
ратур и плотностей. Но образуют ли они хаос физических харак-
теристик? Оказывается, что гет. Обобщая полученные данные о
звездах, установили ряд закономерностей между ними.

Сопоставляя известные массы и светимости звезд, можно убе-
диться, что с увеличением массы быстро растет светимость звезд:
L «т3,9. По этой так называемой зависимости «масса — свети-
мость» можно определить массу одиночной звезды, зная ее све-
тимость (белые карлики этой зависимости не подчиняются). Для
наиболее распространенных типов звезд справедлива формула
L « /?5,2, где R — радиус звезды. Во всех случаях берется полная
светимость. Эти формулы показывают, что входящие в них физи-
ческие характеристики звезд взаимосвязаны.

Исключительно большой интерес представляет сопоставление
светимости звезд с их температурой и цветом. Эта зависимость
представлена на диаграмме «цвет — светимость» (Ц—С) (д и-
аграмма Герцшпрунга — Рессела, рис. 88). На этой
диаграмме по оси ординат откладывают логарифмы светимостей
или абсолютные звездные величины Af, а по оси абсцисс — спек-
тральные классы, или соответствующие им логарифмы температур,
или величину, характеризующую цвет. Точки, соответствующие
звездам с известными характеристиками, располагаются на диа-
грамме не хаотично, а вдоль некоторых линий — последова-
тельностей. Большинство звезд располагаются вдоль наклонной
линии, идущей слева сверху вправо вниз. В этом направлении
уменьшаются одновременно светимости, радиусы и температуры
звезд. Это главная последовательность. На ней* крестиком отмечено
положение Солнца как звезды — желтого карлика. Параллельно
главной последовательности располагается последовательность
субкарликов, которые на одну звездную величину слабее звезд
главной последовательности с такой же температурой.

Вверху параллельно оси абсцисс расположены самые яркие

Рис. 88. Диаграмма «цвет — светимость» (Ц — С) для звезд.

105

звезды — последовательность сверхгигантов. У них цвет и темпе-
ратура различны, а светимость почти одинакова.

От середины главной последовательности вправо вверх отходит
последовательность красных гигантов. Наконец, внизу располага-
ются белые карлики с различными температурами. Бело-голубую
последовательность составляют звезды, вспыхивающие как новые,
и другие типы горячих звезд, смыкающихся на диаграмме
«цвет — светимость» с белыми карликами.

Эта диаграмма показывает нам связь основных физических
характеристик звезд. Заметим, что принадлежность звезды к той
или иной последовательности можно распознать по некоторым де-
талям в ее спектре (§ 23).

3. Мы видим, что в природе не существует произвольных комби-
наций массы, светимости, температуры и радиуса. Теория показы-
вает, что место звезды на диаграмме Ц—С определяется прежде
всего ее массой и возрастом, следовательно, диаграмма отражает
эволюцию звезд. Важным завоеванием науки является выяснение
связи между принадлежностью звезд к той или иной последователь-
ности и их расположением в пространстве. Плоская часть больших
звездных систем (галактик) состоит из звезд главной последова-
тельности, спиральные ветви в них включают горячие сверхгиганты и
цефеиды, а субкарлики и гиганты образуют в галактиках сфери-
ческую систему. Это отражает различия условий и времени образо-
вания звезд.

Сверхгигантов и белых карликов везде очень мало. Звезд же
главной последовательности тем больше, чем меньше их светимость.

27 1. По данным таблицы IV приложения вычислите абсолютные величины и
светимости некоторых звезд. Нанесите звезды по этим данным на диаграмму
Ц—С (рис. 88).

2. Оцените массы тех же звезд по их светимости.

V Ш СТРОЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ

. НАША ГАЛАКТИКА

1. Млечный Путь и Галактика. Долгий путь прошла наука, прежде
чем была установлена структура окружающей нас Вселенной

Английский ученый Вильям Гершель первым указал правиль-
ный путь для решения задачи о строении мира звезд, состоящий
в подсчете звезд в одинаково малых участках, выбранных в раз-
личных областях неба

Гершель предполагал, что все звезды подобны Солнцу не толь-
ко по своей природе, но и по светимости. Если бы все звезды
были одинаковой светимости и их плотность в пространстве была
бы везде одинакова, то, переходя к звездам на одну видимую
звездную величину, т. е. в 2,512 раза более слабым, мы переходи-
ли бы к объему сферы радиусом, в д/2,512 = 1,6 раза большем.
А ее объем и, следовательно, число звезд в ней должны быть тогда
примерно в 4 раза больше предыдущего. Но фактический подсчет
показывает, что в разных направлениях этот прирост разный и с
ослаблением яркости звезд он уменьшается.

Но у звезд разная светимость, число звезд разной светимости
неодинаково, да еще существует ослабление света звезд меж-
звездной космической пылью. Оно тем больше, чем звезда дальше
от нас, и по разным направлениям различно. В. Я. Струве впервые
обнаружил это поглощение света и доказал, что с приближением
к светлой полосе Млечного Пути плотность звезд в пространстве
растет. Полоса Млечного Пути опоясывает все небо по большому
кругу. Значит, мы находимся вблизи его плоскости, которую на-
зывают галактической. В Млечном Пути наблюдаются отдель-
ные облакообразные сгущения (рис. 89). Отчасти это обуслов-
лено реальным облакообразным расположением слабых (т. е. дале-
ких) звезд, из которых он состоит, отчасти тем, что местами
Млечный Путь закрывают облака космической пыли. Такое темное
облако можно заметить около звезды Денеб в созвездии Лебедя.
Как раз в этом созвездии начинается разделение Млечного Пути
на две ветви, соединяющиеся снова в южном полушарии неба. Это
раздвоение кажущееся. Оно вызвано скоплением космической пыли,

107

заслоняющей часть самых ярких мест Млечного Пути, в том числе
находящихся в созвездиях Скорпиона и Стрельца (рис. 90).

Постепенно выяснилось, что звезды Млечного Пути составляют
основную часть нашей сильно сплющенной звездной системы — Га-
лактики Дальше всего Галактика простирается вдоль плоскости
Млечного Пути. В перпендикулярном к ней направлении плот-
ность звезд быстро падает, следовательно, Галактика в этом на-
правлении простирается не так далеко.

Иногда неудачно говорят, что Млечный Путь — это и есть наша
Галактика. Млечный Путь — это видимое нами на небе светлое коль-
цо, а наша Галактика — это гигантский звездный остров. Большин-
ство ее звезд в полосе Млечного Пути, но ими она не исчерпыва-
ется. В Галактику входят звезды всех созвездий.

Подсчитано, что число звезд 21-й величины и всех более яр-
ких на всем небе составляет около 2 • 109. Конечно, это далеко не
исчерпывает звездное «население» нашей звездной системы — Га-
лактики. Масса Галактики оценивается по ее вращению (см. § 29)
и составляет около 2 • 1011 масс Солнца.