Температура і розміри зірок, астрономія

Легко помітити, що зірки мають різні кольори - одні білі, інші жовті, треті червоні і т. П. Білий колір мають, наприклад, Сіріус та Вега, жовтий - Капела, червоний - Бетельгейзе і Антарес. Зірки різних кольорів мають різні спектри і різні температури. Подібно розжарюються шматка заліза, білі зірки гарячіші, а червоні - менш.

Відмінності в спектрах зірок полягають в різному розподілі яскравості уздовж безперервного спектра і в тому, що положення і інтенсивність темних ліній на тлі цього безперервного спектра різні.

Характер спектрів зірок визначається головним чином температурами їх атмосфер, тому що спектри атомів будь-якого хімічного елемента змінюються при сильній зміні температури.

Порівнюючи Сонце по спектру і по температурі з зірками, ми приходимо до висновку, що Сонце є жовтою зіркою середньої температури (6000 ° С).

Крім відмінності в температурах за спектрами зірок, виявляють і деякі відмінності в їх хімічному складі, який у всіх зірок в загальному схожий і близький до хімічного складу Сонця і Землі. Вивчаючи зіркові спектри, ми виявляємо на зірках ті ж хімічні елементи, які нам відомі на Землі і на Сонце. Це підтверджує матеріальне єдність речовини, з якого складаються Земля і інші небесні тіла, і спростовує релігійні твердження про різницю між земним і небесним.

Наука має зараз декількома способами визначення розмірів зірок. Одні з них ми пояснимо на такому прикладі.
Відомо, що кількість енергії, що випускається квадратним сантиметром поверхні, зростає з її температурою. Повне випромінювання зірки різно кількості енергії, випромінюваної одним квадратним сантиметром поверхні, помноженому на величину її поверхні. Тому якщо якась зірка має ту ж температуру і світність, як наше Сонце, то ми можемо стверджувати, що і розмір поверхні (а отже, і діаметр) у зірки той же, що і у Сонця.

Якщо при тій же температурі, що у Сонця, світність зірки в 16 разів більше, значить, її поверхню в 16 разів, а діаметр в 4 рази більше, ніж у Сонця. Подібним же чином можна визначити діаметри інших зірок, вводячи поправку на відміну їх температури від температури Сонця. Отримані результати перевіряються іншими способами і узгоджуються один з одним.
Зірками-гігантами називаються зірки великої світності, а зірками-карликами - зірки малої світності. Однак і за розмірами ми зустрічаємо серед зірок і гігантів, і карликів (Малюнок 94).

Малюнок 94 - Порівняльні розміри Сонця, зірок-гігантів і зірок-карликів.

До червоних зірок-гігантів належать Бетельгейзе і Антарес. Діаметр першої з них приблизно в 400, а другий в 300 разів більше діаметра Сонця. Всередині зірки Бетельгейзе могли б вміститися орбіти всіх планет сонячної системи до Марса включно. Газ, з якого складаються червоні зірки-гіганти, дуже розріджене; його щільність в тисячі разів менше щільності кімнатного повітря.
Червоні зірки-карлики оком не видно. Одна з них, дуже близька до нас зірка (№ 60 за каталогом Крюгера), в 2,5 рази менше Сонця по діаметру. Гази, з яких вона складається, стиснуті так сильно, що їх середня щільність в 4,5 рази більше щільності води і втричі більше щільності Сонця.

Чим менше розміри зірок, тим в більшій кількості вони зустрічаються в світовому просторі; величезні ж червоні зірки-гіганти попадаються дуже рідко. За своїми розмірами Сонце є рядовий зіркою, не дуже великий, але і не дуже маленькою.
Існують зірки, які по світності належать до зірок-карликів, мають білий колір і високу температуру. За розмірами білі зірки-карлики є найменшими з зірок (іноді навіть менша за Землю). Прикладом білого карлика є супутник Сіріуса. Ця слабка зірка звертається близько Сіріуса подібно до планети, проте її маса майже дорівнює масі Сонця, і вона (зірка) випромінює власний світ.

Середня щільність білих зірок-карликів незвично висока: вона в тисячі разів перевершує щільність води. Щільність однієї білої зірки-карлика так велика, що, якби її речовиною наповнити наперсток, він зміг би врівноважити паровоз (щільність 5 * 10 ^ 7 г / см ^ 3).

На Землі ми не знаємо речовин, які мали б таку жахливу щільність. Тим часом білі карлики складаються з атомів тих же самих хімічних елементів, що і Земля. Вирішити цю загадку можна, виходячи з будови атомів речовини і фізичних умов всередині зірок.

Атоми хімічних елементів - складні системи, що складаються з ядер з звертаються навколо них електронами. Майже вся маса атома зосереджена в його ядрі, а розмір атома визначається розмірами орбіти електрона, найбільш далекого від ядра. Ці розміри атомів визначають межу, до якого можуть бути зближені атоми дією тиску. У надрах білих зірок-карликів панують жахливо високі температури і тиску. Під дією високої температури швидко носяться атоми стикаються, електрони відриваються від своїх атомів, і від останніх залишаються тільки їх ядра, розміри яких дуже малі в порівнянні з розмірами орбіт електронів. Тому під дією величезних тисків зменшені в розмірах атоми можуть бути зближені набагато сильніше, в результаті чого виходить надзвичайно щільне речовина. На Землі немає ні таких високих температур, - ні настільки високого тиску, які могли б привести речовина в такий стан.

На прикладі вивчення білих зірок-карликів ми бачимо, як збагачує астрономія наші знання про будову речовини.
Більшість зірок підпорядковується важливу закономірність - чим більше їх маса, тим більше і їх світність. Цей зв'язок відображає фізичні умови, при яких можуть стійко існувати зірки.

Маси зірок-гігантів більше, ніж маси зірок-карликів, але відмінності ці не такі великі, як відмінності в світності. Маси важких зірок раз в 10 більша за масу Сонця. Вкрай рідкісні зірки з масами в кілька десятків мас Сонця. Отже, за своєю масою Сонце теж є середньою зіркою.

Ми бачимо, що з точки зору всіх фізичних ознак - кольору, спектра, розмірів, температури і маси - Сонце, є рядовий зіркою, нічим особливим не видатної.