Для чего нужны звезды
Что такое звезды?
Одно из самых красивых зрелищ, которые только есть в нашем мире, — вид звездного неба в темную безлунную ночь. Тысячи звезд алмазными россыпями усеивают небо — яркие и тусклые, красные, белые, желтые… Но что такое звезды? Расскажу об этом совсем просто, так, чтобы понятно было всем.
Звезды — это огромные шары, разбросанные тут и там в космическом пространстве. Вещество в них удерживается силами взаимного притяжения. Эти шары разогреты до такой высокой температуры, что способны излучать свет, благодаря чему мы их и наблюдаем. На самом деле звезды настолько раскалены, что любое вещество, даже самый твердый металл, пребывает на них в виде электрически заряженного газа. Такой газ называется плазмой.
Почему звезды светятся?
Внутри звезд температура гораздо выше, чем на поверхности. В звездном ядре она может достигать 10 миллионов градусов и выше. При таких температурах идут термоядерные реакции превращения одних химических элементов в другие. Например, водород, из которого в основном состоят почти все звезды, в их недрах превращается в гелий.
Именно термоядерные реакции служат основным источником энергии звезд. Благодаря им звезды способны светить на протяжении многих миллионов лет.
Звезды и галактики
Во Вселенной насчитывается больше миллиарда миллиардов звезд. В соответствии с законами природы они собрались в огромные звездные острова, которые астрономы назвали галактиками. Мы живем в одной из таких галактик, имя которой — Млечный Путь.
Млечный Путь — галактика, частью которой являются Солнце и все видимые на небе звезды. Фото: Juan Carlos Casado (TWAN, Earth and Stars)
Все звезды, видимые на небе невооруженным глазом или в небольшой телескоп, принадлежат Млечному Пути. Другие галактики тоже можно наблюдать на небе с помощью телескопа, но все они выглядят как тусклые туманные пятнышки света.
Солнце — самая близкая к нам звезда. Она ничем не выделяется на фоне миллионов других звезд, которые можно увидеть в телескоп. Солнце — не самая яркая, но и не самая тусклая звезда, не самая горячая, но и не самая холодная, не самая массивная, но и не самая легкая. Можно сказать, что Солнце — звезда-середняк. И только нам роль Солнца кажется исключительно важной, потому что эта звезда дарит нам тепло и свет. Только благодаря Солнцу на Земле возможна жизнь.
Размеры, масса и светимость звезд
Размеры и масса даже небольших звезд огромны. Например, Солнце в 109 раз больше Земли по диаметру и в 330000 раз массивнее нашей планеты! Чтобы заполнить объем, который занимает в пространстве Солнце, нам потребовалось бы больше миллиона планет размером с Землю!
Сравнительные размеры Солнца и планет Солнечной системы. Земля на этой картинке — крайняя левая планета в первом, ближайшем ряду.
Но мы уже знаем, что Солнце обычная, средняя звезда. Есть звезды гораздо крупнее Солнца, как, например, звезда Сириус, самая яркая звезда ночного неба. Сириус в 2 раза массивнее Солнца и в 1,7 раза больше его по диаметру. Он также излучает в 25 раз больше света, чем наша дневная звезда!
Другой пример — звезда Спика, возглавляющая созвездие Девы. Ее масса в 11 раз больше Солнца, а светимость в 13000 раз выше! Вряд ли возможно даже представить себе испепеляюще мощное излучение этой звезды!
Но большинство звезд во Вселенной все-таки меньше Солнца. Они легче и светят гораздо слабее, чем наша звезда. Самые распространенные звезды называются красными карликами, так как излучают в основном красный свет. Типичный красный карлик примерно в 2-3 раза легче Солнца, в 4 или даже 5 раз меньше его по диаметру и в 100 раз тусклее, чем наша звезда.
В нашей галактике порядка 700 миллиардов звезд. Из них не меньше 500 миллиардов окажется красными карликами. Но, к несчастью, все красные карлики настолько тусклые, что ни один из них не виден на небе невооруженным глазом! Чтобы наблюдать их, нужен телескоп или хотя бы бинокль.
Необычные звезды
Помимо красных карликов, которые составляют большинство всех звезд во Вселенной, помимо звезд, похожих на Солнце, а также таких звезд, как Сириус и Спика, существует также небольшая доля необычных звезд, чьи характеристики — размеры, светимость или плотность — сильно отличаются от других звезд.
Белые Карлики
Одной из таких звезд является спутник Сириуса.
Многие звезды живут не поодиночке, как наше Солнце, а парами. Такие звезды называются двойными. Точно так же, как Земля и другие планеты Солнечной системы движутся по орбитам вокруг Солнца под действием его притяжения, так и звезда-спутник может обращаться по орбите вокруг главной звезды.
Двойная звезда. Главная звезда и звезда-спутник меньшего размера вращаются вокруг общего центра масс, обозначенного на рисунке красным крестом. Источник: Википедия
На самом деле планеты вместе с Солнцем обращаются вокруг общего центра масс. То же самое происходит и с компонентами двойной звезды — они обе вращаются вокруг общего центра масс (см. gif-рисунок).
В XIX веке у Сириуса, самой яркой звезды ночного неба, был обнаружен очень тусклый спутник, видимый только в телескоп. Его назвали Сириус B (читается как Сириус Б). Вместе с тем оказалось, что его поверхность столь же горячая, как поверхность Сириуса. В то время астрономы уже знали, что тело испускает тем больше света, чем оно горячее. Следовательно, с каждого квадратного метра поверхности спутника Сириуса излучалось столько же света, сколько с квадратного метра самого Сириуса. Почему же спутник был такой тусклый?
Потому что площадь поверхности Сириуса В была гораздо меньше площади поверхности Сириуса А! Оказалось, что размер спутника равен размеру Земли. Вместе с тем его масса оказалась равна массе Солнца! Простые подсчеты показывают, что каждый кубический сантиметр Сириуса B содержит 1 тонну вещества!
Такие необычные звезды назвали белыми карликами.
Красные сверхгиганты
На небе также были найдены звезды огромных размеров и светимостей. Одна из таких звезд, Бетельгейзе, в 900 раз больше Солнца по диаметру и излучает в 60000 раз больше света, чем наше дневное светило! Другая звезда, VY Большого Пса (читается как «вэ-игрек») в 1420 раз больше Солнца по диаметру! Если VY Большого Пса поместить на место Солнца, то поверхность звезды будет находиться между орбитами Юпитера и Сатурна, а все планеты с Меркурия по Юпитер (включая Землю!) оказались бы внутри звезды!
Сравнительные размеры Солнца (слева вверху), Сириуса (белая звезда) и некоторых гигантских звезд. Красный сверхгигант UY Щита, который занимает большую часть картинки, в 1900 раз больше Солнца по диаметру.
Такие звезды называются сверхгигантами. Отличительная особенность гигантских и сверхгигантских звезд состоит в том, что они при всех своих колоссальных размерах содержат лишь в 5, 10 или 20 раз больше вещества, чем Солнце. Это значит, что плотность таких светил очень низка. Например, средняя плотность VY Большого Пса в 100000 раз меньше плотности комнатного воздуха!
И белые карлики, и звезды-гиганты не рождаются такими, а становятся в ходе эволюции, после того, как водород в их недрах переработан в гелий.
Звезды и скрытая масса Вселенной
Еще относительно недавно астрономы полагали, что в звездах содержится почти все вещество во Вселенной. Но в последние десятилетия выяснилось, что львиную долю массы Вселенной составляют таинственная темная материя и еще более таинственная темная энергия. На звезды, таким образом, приходится всего около 2% всей материи (а на планеты, кометы и астероиды и того меньше!). Но именно эти 2% мы и способны наблюдать, так как именно они излучают свет! Трудно представить, насколько унылым местом была бы Вселенная, если бы в ней не было звезд!
Что такое звезда в космосе?
Каждому человеку приходилось хотя бы раз в жизни рассматривать звездное небо, поражаясь его великолепию. Городским жителям такие случаи выпадают не слишком часто: обычно огни уличных фонарей и рекламы мешают смотреть на небо ночью, так как на их фоне звезды кажутся маленькими и тусклыми. В этой статье мы узнаем, что такое звезда в космосе.
Но стоит выехать за город, где нет вездесущего ночного освещения – и первый же вечер приносит поразительное открытие: так вот как, оказывается, на самом деле выглядят звезды. Приходилось ли вам задумываться о том, что такое звезды в космосе, кому и для чего они нужны?
Что означает слово «звезда»?
В русском языке слово «звезда» имеет несколько смыслов. Оно может означать:
Что такое звезда?
Говоря о звезде как о небесном теле, наука подразумевает под этим словом светящийся раскаленный сгусток материи огромной массы, в котором протекают активные термоядерные процессы. Кстати, за счет этих процессов поддерживается тепловое и световое излучение звезд, благодаря чему мы можем видеть их в ночное время.
Звезды находятся от нас на очень больших расстояниях, поэтому кажутся нам такими маленькими. Но в реальности большинство видимых на небе звезд по массе и объему намного больше, чем наше Солнце (которое тоже является звездой класса «желтый карлик»).
Между прочим, человек с хорошим зрением может рассмотреть на небе около 3 000 звезд, общее же их количество во Вселенной, скорее всего, бесконечно. Звезды в космосе сгруппированы в огромные скопления – галактики, имеющие форму спирали с двумя или несколькими рукавами.
Какие виды звёзд бывают?
Во времена, когда единственным прибором, доступным астрономам, был оптический телескоп, критерием для классификации звезд была их яркость.
Сразу же, как только появилась возможность получать спектры звезд, была разработана классификация. Она базируется на спектральном анализе. Она гораздо лучше характеризует звезды, так как дает возможность выяснить их химический состав, массу и стадию развития.
Согласно спектральному составу все звезды разбиваются на классы в зависимости от их температуры. Каждому классу присвоена буква латинского алфавита. К самому высокому классу О относят наиболее горячие звезды, температура которых достигает 30-60 тысяч градусов Кельвина. Далее с понижением температуры следуют классы B, A, F, G. Буквами от М до Т обозначают светила, температура которых ниже 2-3,5 тысяч градусов Кельвина.
Кроме того, астрономы различают следующие виды звезд:
Из чего состоят звёзды?
Любая звезда, которую мы видим на ночном небе, представляет собой раскаленный газовый шар. Невероятно большая масса приводит к тому, что на газ действуют чудовищной силы гравитационные поля. Под их действием он сжимается.
В центре звезды, который называется ядром, сила сжатия запускает термоядерный процесс. В результате выделеляется огромное количество энергии. Но при этом на поверхности температура составляет несколько тысяч или десятков тысяч градусов Кельвина. А внутри она исчисляется миллионами градусов.
Кстати, газ, из которого состоят звезды – это водород. В ходе термоядерной реакции он преобразуется в гелий и другие химические элементы. Молодые звезды, жизненный цикл которых начался относительно недавно, содержат совсем немного гелия.
Кроме того, в составе газа и плазмы может присутствовать небольшое количество металлов. В результате они оказывают существенное влияние на скорость протекающих в ядре процессов синтеза. Чем старше звезда, тем больше в ее составе химических элементов.
Для чего нужны звёзды?
Звёзды – преобладающие во Вселенной небесные тела. Они генерируют световую и тепловую энергию, которая в виде излучения распространяется в космосе. Центр нашей звездной системы, Солнце, является источником жизни и тепла для нашей Земли.
Вполне возможно, что у многих звезд в нашей и в других Галактиках тоже имеются планеты. Кроме того, на них, возможно, зародилась и развивается жизнь.
Если бы Солнце вдруг погасло или исчезло, вся жизнь на Земле погибла бы от холода в течение двух-трех недель.
Московский планетарий. Зачем нужны звёзды?
Вы были в Планетарии? Нет, знак вопроса лишний. Вы наверняка там были и скорее всего вам понравилось. Мне, во всяком случае, не приходилось встречать людей, равнодушных или ругавших «астрономический театр». 5 ноября у Московского планетария юбилей — его открыли в 1929-м, 90 лет назад. Мы решили разобраться, какую роль играет Планетарий в современном городе и зачем школьнику (и не только ему) туда идти.
Давайте вернемся к началу ХХ века. Ученые, философы, эзотерики, изобретатели, писатели и художники — в то время космосом интересовались все. И каждый, конечно, понимал его по-своему. Но ни для кого он не был чем-то отвлеченным. Осознание и изучение космоса казалось жизненно необходимым и должно было улучшить человеческое существование. Напомню, что в то время идеи космического сознания развивались в искусстве авангарда, в частности в картинах и теоретических текстах Василия Кандинского и Казимира Малевича. В русской философии значимое место занимали концепции космистов — Федорова, Вернадского и Циолковского. В то же время зародились важнейшие физические теории ХХ века — квантовая механика и теория относительности.
Уже в 1920-е в молодом СССР интересовались идеей космического полета. Публиковались старые и новые работы Константина Циолковского. Сам «странноватый ученый», которого раньше принимали всерьез лишь немногие, получил пожизненную пенсию от государства и смог сосредоточиться на исследованиях. Параллельно в Газодинамической лаборатории, проектировавшей ракетные снаряды, разрабатывались и первые двигатели для ракет.
Собственно, на этой «космической» волне и появился Московский планетарий. Инициатором его создания был директор Института Маркса и Энгельса Давид Рязанов. Исключительно образованный был человек. Знакомые вспоминали, что в юности он читал всё время — даже на ходу и за обедом, а иногда и во время разговора с кем-нибудь. Еще Рязанов отличался редкой принципиальностью. Будучи большевиком, выступал против террора, авторитаризма и смертной казни. Открыто конфликтовал со Сталиным, а когда начались репрессии, действовал фактически, как правозащитная организация и помог тысячам заключенных. Всё это не могло закончиться хорошо. В 1931 г. ученый был арестован по сфабрикованному обвинению и выслан из Москвы. Через 7 лет его расстреляли.
В Институте Маркса и Энгельса Рязанов с начала 1920-х собирал замечательную библиотеку по истории социалистических идей. В том числе купил два крупнейших в мире частных собрания по теме (более 30 000 книг). Под его руководством небольшой институт издал около 150 теоретических трудов. При этом ученый хотел, чтобы в исследовании социализма существовала здоровая конкуренция разных взглядов, а не догмы, предписанные партией. Неудивительно, что идею постройки планетария предложил именно этот фанатичный деятель науки и широко мыслящий человек.
Создание планетария — дело финансово затратное. Строить его, тем более в то «кризисное» время, не стали бы без серьезной необходимости. Зачем же понадобился Московский планетарий?
Важно помнить, что 1920-е — это, в том числе, идея создания «нового человека». Ведь мировоззрение большинства рабочих до сих пор было религиозным, а идеи осознанного труда и перестройки мира оставались для многих бессмысленными лозунгами. «Класс-гегемон» не понимал важность возложенной на него исторической миссии. Ему привычнее было решать вполне житейские вопросы, а мещанские ценности при первом приближении к ним оказались не лишены очарования.
Именно таких рабочих и надлежало превратить в сознательных строителей коммунистической утопии, рожденных, «чтобы сказку сделать былью». Для этого по всей стране стали возводить рабочие клубы, устраивать секции и творческие кружки. Частью плана была и популяризация науки. Ведь упрощенное научное мировоззрение могло вытеснить из сознания «старую» религию. Другой вопрос, что безраздельная вера в науку мало чем от нее отличалась, но это уже тонкости. К тому же для индустриализации страны нужны были образованные кадры.
Московский планетарий стал частью плана по созданию «нового человека». Этот «астрономический театр» сочетал в себе зрелищность, развлечение и образование, что привлекало даже зрителей, зевавших на обычных лекциях. Одним он давал веру в научное познание и объяснял устройство Вселенной с точки зрения материализма. А заодно отваживал от религии. Об этом, кстати, говорят и строчки стихотворения, которым разразился по случаю открытия планетария Владимир Маяковский: «Побыв в небесных сферах, мы знаем — нету бога и нету смысла в верах». В других — разжигал страсть космических исследований. Многие юные члены Астрономического кружка при планетарии впоследствии стали известными учеными.
После открытия «строительство» не остановилось. На протяжении нескольких лет специалисты под руководством конструктора и директора Планетария Константина Шистовского работали над созданием «живого неба».
И в 1934-м звезды, наконец, замерцали, полетела комета, появились даже солнечные затмения и звездопады — всё это помогало зрителю полнее ощутить образ Вселенной. В то время ни в одном планетарии мира еще не было аппарата, подобного «детищу» Шистовского.
С каждым годом расширялась лекционная программа, а в конце 1930-х здесь начали ставить и спектакли. Их героями были выдающиеся ученые — Николай Коперник, Галилео Галилей, Джордано Бруно. Правда, во время войны театр «остановился» и возродился только в 1957-м, но уже в виде любительского.
В планетарии велась и серьезная научная деятельность. В 1930-е здесь работал Стратосферный комитет, членом которого, кстати, был молодой Сергей Королев. А в подвале «Астрономического театра» конструкторы Л. К. Корнеев, А. И. Полярный, Л. С. Душкин, И. А. Меркулов создавали первые ракеты с жидкостными двигателями. Спустя 25 лет — в 1960-м — в планетарии стали готовиться будущие космонавты. Здесь они изучали астрономическую навигацию.
Об истории Московского планетария можно рассказывать долго. О том, как создавали музей и обсерваторию. О всплеске зрительского интереса после первых полетов в космос — в то время планетарий посещали около миллиона человек в год. О том, как тогда же, на лекциях, можно было узнать новейшие результаты космических исследований. Как в 1994-м планетарий стали реконструировать и открыли только в 2011 году. Но что с «сегодняшним днем»? Просвещать «класс-гегемон» больше не обязательно. Да и слепая вера в науку уже не считается ценностью. Пробуждать в детях страсть к устройству Вселенной, готовя таким образом «будущих ученых», — безусловно важная задача. Однако не всех детей влечет к физике и астрономии. К тому же среди посетителей много взрослых. Может быть, есть еще какой-то смысл, актуальный для любого современного человека?
Астроном Владимир Сурдин начинает одну из своих статей о планетарии так: «Недавно группе московских школьников я задал вопрос: “Сколько звёзд на небе видит человек невооруженным глазом?” Самые начитанные ответили, что примерно 6 тысяч. Для большинства же их оказалось от 20 до 100. И ведь, по существу, они правы: обычно в Москве больше звёзд и не видно. Городской житель практически не знаком с явлениями ночного неба — метеорами, полярными сияниями, серебристыми облаками, гало, кометами. Вся эта прелесть “убита” ярким ночным освещением и смогом». А еще — скоростью, перегруженностью, поверхностной практичностью, говорящей, что смотреть на звёзды бессмысленно. Впрочем, это уже «более взрослая» логика.
Дел много, всё нужно успеть «вовремя», с баннеров смотрят другие «звёзды» — подгоняют. А вокруг еще город — мелькают машины, прохожие, вывески и реклама. Всё отвлекает, ворует внимание.
У современного человека редко бывает время притормозить и осмотреться. Но если не осмотришься — само собой, не поймешь, где, собственно, ты оказался.
Вышел из метро на Баррикадной, спешишь в Планетарий, а потом понимаешь — ни Садового, ни Высотки, ошибся станцией. То же самое и с повседневностью. Суетишься, не глядя по сторонам, и не знаешь, где ты на самом деле и почему идешь в эту сторону, а не в противоположную.
Сегодня планетарий дает возможность осмотреться — выйти из нашего «здесь и сейчас» и увидеть, насколько мал тот суетный мирок, в котором мы привычно существуем. В планетарии космос перестает быть чем-то далеким, посторонним. Это только наше повседневное сознание убирает Вселенную «на задворки». Но стоит ей проявиться, и мы уже не можем спокойно жить по «будничным» правилам, перестаем быть объектами, которыми управляют взгляды и ценности эпохи. Иными словами, начинаем думать масштабнее и самостоятельнее и меньше зависим от навязанных представлений. Важно, правда, запомнить ощущение планетария и, выходя из Большого звездного зала, прихватить его с собой.
Что делать в Московском планетарии:
Первый зал музея Урании посвящен истории исследований космического пространства и самого планетария. Здесь вы увидите аппараты «Карл Цейсс Йена» № 13 и № 313, которые раньше «создавали» небо Большого звездного зала. Сможете изучить старинные атласы и карты, показывающие представления о Земле в разные эпохи. Найдете приборы для наблюдений за звёздами и модели спроектированных в планетарии первых жидкостных ракет. А любители искусства наверняка будут долго разглядывать «космические витражи», украшавшие холл планетария до реконструкции.
Второй зал демонстрирует большую модель Солнечной системы. А глобусы Марса, Венеры, Луны и Земли можно вращать, представляя движения небесных тел в космосе. Интересна и собранная здесь большая коллекция метеоритов.
В планетарии можно послушать лекции или пройти учебный курс. Причем и взрослый, и школьник, и даже самый юный слушатель найдут себе подходящую программу. Кстати, здесь до сих пор действует Астрономический кружок.
В Малом звездном зале показывают фильмы в формате 4D.
В Планетарии ваш ребенок может отпраздновать День рождения. Для этого предусмотрена специальная программа с элементами «космического квеста».
Самое захватывающее происходит, конечно, в Большом звездном зале. Черные дыры, неведомая Темная материя, Луна или путешествие вояджеров, запущенных в 1977 году, а сейчас выходящих за пределы Солнечной системы. «Космических фильмов» много. Остается только выбрать маршрут.
1 В «Лунариум» нужен отдельный билет.
Редакция выражает благодарность за помощь в подготовке материала пресс-секретарю Московского Планетария Татьяне Дрожевкиной
текст: С. Брут фото: Н. Арефьева
Что такое звезды в космосе, классификации звезд и самые известные
Звезды – главные тела во Вселенной. Без их света и тепла не существовало бы биологической жизни. Каждая звезда имеет свои особенности и свою иерархию.
Что такое звезда в космосе
Это космическое тело, в недрах которого идут термоядерные реакции. Не каждый объект может стать звездой. Нужно, чтобы его масса составляла минимально 0,08 от массы нашего Солнца (1,9885⋅1030 кг). Газовый состав – 70% водорода и 28% гелия. В смеси газов достигается критическая температура, достаточная для возникновения водородной реакции. Водород через цепочку реакций превращается в гелий.
Расстояние
Без знания, как далеко космический объект, невозможно оценить физические характеристики. Звездный параллакс – сложный с точки зрения математики метод, применять который впервые начал Тихо Браге. С 1833 по 1838 одновременно несколько ученых, в том числе и русский астроном В. Я. Струве, измерили расстояние до Альфы Центавра, Веги и 61 Лебедя.
Земная атмосфера сильно мешает наблюдению за космосом. Расстояние, вычисленное с помощью наземного телескопа, может иметь погрешность до 50%. Ситуация изменилась после появления спутников. Астрометрический метод точно определяет, как далеко находится космическое тело.
На основании параллакса специально для измерения расстояния до дальних звезд ввели внесистемную единицу – парсек (ПАРаллакс+СЕКунда). Он равен 206265 астрономическим единицам. Свет пролетает парсек за 3,2616 г. Употребляются кратные единицы: кило-, мега- и гигапарсек.
Нужно помнить о скорости света. Любой объект наблюдатель с Земли видит таким, каким он был то время назад, каково до него расстояние в световых годах.
Созвездия
Созвездие – условная группа звезд на видимой части неба.
Небосвод разделили на участки для удобства нахождения объектов и классификации.
На практике космические тела из одного созвездия находятся на огромном расстоянии друг от друга.
Созвездия Северного полушария нельзя увидеть, находясь в Южном, и наоборот. В темные безлунные ночи при хороших погодных условиях некоторые экваториальные созвездия можно увидеть низко над горизонтом, например, Стрелец. Зимнее и летнее небо также различаются из-за наклона земной оси.
Названия 88-ти созвездий частично связаны с античными мифами — Андромеда, Кассиопея, Персей, Лебедь, многие другие. Более поздние названия
привнесены христианством, например, Волосы Вероники. В Южном полушарии названия созвездиям давались учеными, их обозначившими.
Звезды в созвездии обозначаются греческими буквами, от самой яркой до самой тусклой в порядке очередности букв в алфавите: