Группа: МОЦИ-258

Тема: Звезды: основные физико-химические характеристики и их взаимная связь.

Дата: 03.11.2020 г.

Группа: МОЦИ-258

ЦЕЛИ: рассмотреть физические характеристики звезд: видимые и абсолютные звездные величины, температура, светимость, размеры; познакомиться со связью между разными характеристиками звезд.

Сириус является наиболее яркой звездой на ночном небе. Другие звезды по сравнению с ней едва заметны невооруженным глазом и примерно в тысячу раз слабее. Большим телескопам доступны звезды, от которых приходит еще меньше света (в сотни миллионов раз). Очевидны большие различия между количеством света, приходящего от звезд. Поэтому измерять яркость звезд удобно в логарифмическом масштабе (а не в линейном). Для этого применяется своеобразная система единиц — шкала звездных величин. Гиппарх — греческий астроном — во II в. до н.э. впервые ввел понятие звездной величины как меры видимой яркости звезды, которая оценивалась глазом. Самые яркие звезды были отнесены к первой величине, а еле заметные невооруженному глазу — к шестой величине. В настоящее время эта шкала звездных величин усовершенствована и имеет широкое применение.

Видимая яркость звезды определяется физической величиной, которая называется освещенностью. В астрономии освещенность измеряется и выражается в звездных величинах, так как измерять приходящую от звезды световую энергию в абсолютных физических единицах (например, в Вт/м²) на практике очень трудно.

Наблюдаемую звезду сравнивают с другими, звездные величины которых уже известны или приняты в качестве стандарта. Звездные величины обозначаются индексом т (от лат. magnituda — величина), который ставят вверху после числового значения (например, б⁷”).

Звездная величина источника тем больше, чем слабее он выглядит.

Оценки, полученные Гиппархом для нескольких сотен звезд, были неточными. В середине XIX в. были проделаны измерения, которые показали, что разности в 5'” в шкале Гиппарха соответствует отношение освещенностей почти 1: 100. Затем была создана новая строгая шкала, в которой это отношение в точности равно 1:100. В этом случае различие в ^т соответствует отношению освещенностей, равному 100^1/5 = 2,512. Для т звездных величин оно составляет (2,512...)"'. Значит, звездные величины двух звезд отличаются на единицу, если создаваемые ими освещенности отличаются в 2,512 раза, на две единицы, если освещенности отличаются в 2,512² = 6,31 раза, натри — в 2,512³ = 15,85 раза, на четыре — в2,512⁴ = 39,81 раза, на пять — в 2,512⁵ = 100 раз ит.д. [4].

В астрономии применяются несколько систем звездных величин, каждая из которых характеризуется определенным интервалом длин волн (областью спектра). Желто-зеленая область спектра — это область, в которой наиболее чувствителен глаз человека. Звездная величина, относящаяся к этой области, обозначается латинской буквой V. Также звездные величины определяются в других областях спектра: ультрафиолетовой (U), голубой (В), красной (К), инфракрасной (/, Я или К). Разность звездных величин источника, которые измерены в различных областях спектра (U — В или В — V), зависит от цвета его излучения и называется показателем цвета. Он необходим для количественной оценки цвета данного объекта.

Глаз человека ощущает цвет при достаточно большой освещенности, поэтому все слабые звезды кажутся одинаково белыми. Благодаря современным фотоэлектрическим приборам сегодня цвет даже очень слабых звезд измеряется с большой точность.

На одном из прошлых уроков мы с вами говорили о том, что всю информацию о звёздах мы получаем лишь на основе приходящего от них излучения. Все звёзды, как и наше Солнце, излучают свет потому, что их наружные слои сильно нагреты и имеют температуру равную многим тысячам градусов. Звезда излучает свет так же, как и любое нагретое тело, например нить накаливания в электрической лампе. При этом чем выше температура нити накаливания, тем более белый свет она излучает. Аналогично и с излучением звёзд: чем выше температура звезды, тем более голубоватым выглядит её свечение (как, например, у Плеяд — рассеянного звёздного скопления в созвездии Тельца).

И наоборот, холодные звёзды кажутся нам красноватыми. Это хорошо заметно на примере такого гиганта, как Бетельгейзе. Её температура составляет всего около 3600 К.

Изучение различных типов звёзд показало, что их температура заключена в пределах от 2000 до 60 000 К. Также было установлено, что изменение температуры меняет состояние атомов и молекул в атмосфере звёзд, что отражается в их спектрах. С учётом видов спектральных линий и их интенсивности строится спектральная классификация звёзд.

Современная спектральная классификация звёзд была создана в 20-е годы ХХ века в Гарвардской обсерватории (США). В ней спектральные типы принято обозначать большими буквами латинского алфавита в порядке, соответствующем убыванию температуры: O, B, A, F, G, K, M.

Звёзды, принадлежащие классу О, являются очень горячими, с температурой 30—60 тыс. К. При такой высокой температуре наибольшая интенсивность излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра. Поэтому такие звёзды имеют ярко выраженный голубой оттенок. Типичным представителем является звезда Беллатрикс в созвездии Ориона.

К классу В относятся звёзды, температура которых колеблется 10—30 тыс. К. Они имеют голубовато-белый цвет. В качестве примера звезды данного класса можно привести Регул из созвездия Льва.

Звёзды белого цвета, с температурой поверхности 7500—10 000 К относятся к классу А. Их типичным представителем является Сириус — самая яркая звезда ночного неба.

Кклассу Fпринадлежат звёзды, температура которых 6000—7500 К. Они имеют жёлто-белый цвет. Примером звезды этого класса является Альтаир в созвездии Орла.

Жёлтые звёзды, с температурой поверхности 5000—6000 К относятся к классу G. Известным представителем этого класса является наше Солнце.

Звёзды, принадлежащие классу К, обладают оранжевым цветом. А температура их поверхности 3500—5000 К. К данному классу звёзд относится Альдебаран из созвездия Тельца.

И, наконец, класс М. В нём «обитают» холодные звёзды с минимальной температурой 2000—3500 К. Их цвет — ярко-красный, иногда тёмно-оранжевый. В качестве примера можно привести Бетельгейзе — красного сверхгиганта из созвездия Ориона.

По мере усовершенствования методов наблюдения за звёздами и их спектрами Гарвардская спектральная классификация дополнялась и расширялась. Поэтому астрономы стали выделять дополнительные спектральные классы для некоторых классов небесных тел. Так, например, буквой Q стали обозначать спектральные классы новых (молодых) звёзд. Спектры планетарных туманностей причислили к классу Р. А буквой W стали обозначать спектры звёзд типа Вольфа — Райе — это очень тяжёлые горячие звёзды, температура превышает звёзды O класса и достигает 100 000 К.

Выделяют в отдельные классы также углеродные звёзды(C класс), циркониевые звёзды (класс S) и белые карлики (класс D).

В 1995 году были впервые были обнаружены звёзды, температура которых не превышала 2000 К — коричневые карлики. Так появились спектральные классы L, Т и Y. Причём класс Y появился относительно недавно — в августе 2011 года. К нему относятся ультрахолодные коричневые карлики, с температурой поверхности 300—500 К.

Тонкие различия внутри каждого класса дополнительно подразделяют на 10 подклассов — от 0 (самые горячие) до 9 (самые холодные). Лишь спектральный класс O делится на меньшее количество подклассов: от 4 до 9,5. Например, наше Солнце принадлежит к спектральному классу G2.

Ещё одним фактором, влияющим на вид спектра звезды, является её светимость, которая не учитывается в Гарвардской классификации. Хотя различия в светимостях приводят к различию в спектрах звёзд-гигантов и карликов одинаковых Гарвардских спектральных классов. Поэтому в 1943 году в Йеркской обсерватории была разработана ещё одна классификация (МКК), которая учитывает светимость звёзд. С учётом двух классификаций наше Солнце имеет спектральный класс (G2V).

Двойными звёздами называют близко расположенные пары звёзд.

Среди звёзд, которые видны на небе рядом, различают оптические двойные и физические двойные звёзды. В первом случае две звезды проецируются на небесную сферу рядом друг с другом. Хотя в действительности расстояние между ними может достигать миллионов световых лет.

А вот физические двойные звёзды действительно расположены в пространстве рядом друг с другом. Они не только связаны между собой силами тяготения, но и обращаются около общего центра масс.

Домашнее задание. Ответить на вопросы:

Какие звезды самые горячие?

Какие звезды самые холодные?

Какие звезды называются гигантами?

Какие звезды называются карликами?

Какую температуру имеют красные карлики?

Какую температуру имеют желтые карлики?

Какую температуру имеют голубые гиганты?

Что называется светимостью звезды?

Критерии оценивания:

Оценка «отлично» - выставляется обучающемуся, если ответ на вопрос полный, логичный, грамотно изложен.

Оценка «хорошо» - выставляется обучающемуся, если допущены незначительные погрешности в ответе на вопрос.

Оценка «удовлетворительно» - выставляется обучающемуся, если ответ на вопрос нелогичный, не полный.

Оценка «неудовлетворительно» - выставляется обучающемуся, если нет ответа на поставленный вопрос

ВНИМАНИЕ!!!

Уважаемые студенты, практическое задание необходимо выполнить в рабочей тетради (сфотографировать) или в формате Документа Word. Отправлять для проверки в личные сообщения на страницу ВКонтакте: https://vk.com/id492455515