Основные физические характеристики звезд, взаимосвязь этих характеристик. Условия равновесия звезд

Основные физические характеристики звезд: светимость, абсолютная и видимая звездные величины, масса, температура, размер, спектр.

Светимость – энергия, излучаемая звездой или другим небесным телом за единицу времени. Обычно дается в единицах светимости Солнца, выражается формулой lg (L/Lc) = 0,4•(Mc – M), где L и M – светимость и абсолютная звездная величина источника, Lc и Mc – соответствующие величины для Солнца (Mc = +4,83). Также определяется по формуле L=4рR2уT4. Известны звезды, светимость которых во много раз превосходит светимость Солнца. Светимость Альдебарана в 160, а Ригеля в 80 000 раз больше, чем Солнца. Но подавляющее большинство звезд имеют светимости сравнимые с солнечной или меньше ее.

Звездная величина – мера яркости звезды. З.в. не дает истинного представления о мощности излучения звезды. Близкая к Земле слабая звезда может выглядеть ярче, чем далекая яркая звезда, т.к. поток излучения, принимаемый от нее, уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Видимая З.в. — блеск звезды, к-рый видит наблюдатель, глядя на небо. Абсолютная З.в. — мера истинной яркости, представляет собой уровень блеска звезды, к-рый она имела бы, находясь на расстоянии 10 пк. Гиппарх изобрел систему видимых З.в. во 2 в. до н.э. Звездам были приписаны числа в зависимости от их видимой яркости; ярчайшие звезды были 1-й величины, а самые слабые — 6-й. В сер. 19 в. эта система была модифицирована. Современная шкала З.в. была установлена путем определения З.в. представительной выборки звезд вблизи сев. полюса мира (сев. полярный ряд). По ним определялись З.в. всех др. звезд. Это логарифмическая шкала, на к-рой звезды 1-й величины в 100 раз ярче звезд 6-й величины. По мере роста точности измерений пришлось вводить десятые доли. Самые яркие звезды ярче 1-й величины, а нек-рые даже имеют отрицательные звездные величины.

Масса звездная – параметр, непосредственно определяемый только для компонентов двойных звезд с известными орбитами и расстояниями (M1 +M2 = R3/T2). Т.о. установлены массы лишь нескольких десятков звезд, но для гораздо большего числа массу можно определить из зависимости масса – светимость. Массы больше 40 солнечных и менее 0,1 солнечных очень редки. Массы большинства звезд меньше солнечной. Температура в центре таких звезд не может достигать уровня, при котором начинаются реакции ядерного синтеза, и источником их энергии является только сжатие Кельвина – Гельмгольца. Такие объекты называются коричневыми карликами.

Масса—светимость соотношение , найденное в 1924 г. Эддингтоном соотношение между светимостью L и звездной массой М. Соотношение имеет вид L/Lс = (М/Мс)а, где Lс и Мс — светимость и масса Солнца соответственно, значение а обычно лежит в диапазоне 3—5. Соотношение следует из того факта, что наблюдаемые св-ва нормальных звезд определяются главным образом их массой. Это соотношение для звезд-карликов хорошо согласуется с наблюдениями. Считается, что она справедлива также для сверхгигантов и гигантов, хотя их масса плохо поддается прямым измерениям. Соотношение не применимо к белым карликам, т.к. завышает их светимость.

Температура звездная – температура некоторой области звезды. Относится к числу важнейших физических характеристик любого объекта. Однако из-за того, что температура различных областей звезды отличается, а также из-за того, что температура – термодинамическая величина, которая зависит от потока электромагнитного излучения и присутствия различных атомов, ионов и ядер в некоторой области звездной атмосферы, все эти различия объединяют в эффективную температуру, тесно связанную с излучением звезды в фотосфере. Эффективная температура, параметр, характеризующий полное кол-во энергии, излучаемой звездой с единицы площади ее поверхности. Это однозначный метод описания звездной температуры. Э.т. определяется через температуру абсолютно черного тела, которое бы, согласно закону Стефана—Больцмана, излучало такую же мощность на единицу площади поверхности, как и звезда. Хотя спектр звезды в деталях значительно отличается от спектра абсолютно черного тела, тем не менее эффективная температура характеризует энергию газа во внешних слоях звездной фотосферы и позволяет, используя закон смещения Вина (лmax=0,29/Т), определить, на какую длину волны приходится максимум звездного излучения, а следовательно и цвет звезды.

По размерам звезды делятся на карлики, субкарлики, нормальные звезды, гиганты, субгиганты и сверхгиганты.

Спектр звезд зависит от ее температуры, давления плотности газа ее фотосферы, силы магнитного поля и хим. состава.

Спектральные классы, классификация звезд по их спектрам (в первую очередь по относит, интенсивностям спектральных линий), впервые введенная итал. астрономом Секки. Ввел буквенные обозначения, к-рые были модифицированы по мере расширения знаний о внутр. строении звезд. Цвет звезды зависит от темп-ры ее поверхности, поэтому в совр. спектральной классификации Дрэпера (гарвардской) С.к. расположены в порядке убывания темп-ры:

Каждый подразделяется на 10 подклассов, например от АО до А9. Самые горячие звезды класса О – голубоватые с темп-рой 100 000 К; звезды класса. В также голубоватые, А – бело-голубые, F – белые, G – бело-желтые (Солнце принадлежит к этому классу), К – оранжевые, М – красные; звезд, принадлежащих к классам R, N и S, немного и их темп-pa так низка, что в атмосферах могут находиться молекулы. Два первых из них иногда объединяют в один класс, обозначаемый С.

S

R – N

O – B – A – F – G – K – M

Герцшпрунга – Ресселла диаграмма, график, позволяющий определить две основные характеристики звезд, выражает связь между абсолютной звездной величиной и температурой. Названа в честь датского астронома Герцшпрунга и американского астронома Ресселла, опубликовавших первую диаграмму в 1914 г. Самые горячие звезды лежат в левой диаграммы, а звезды самой высокой светимости – вверху. От верхнего левого угла к нижнему правому проходит главная последовательность, отражающая эволюцию звезд, и заканчивающуюся звездами-карликами. Большинство звезд принадлежит этой последовательности. Солнце относится также к этой последовательности. Выше этой последовательности располагаются в указанном порядке субгиганты, сверхгиганты и гиганты, ниже – субкарлики и белые карлики. Эти группы звезд называются классами светимости.

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.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *