Предыдущая страница Астрономия Следующая страница

Астрономия

Учебник для 10 класса

Разнообразие звездных характеристик и их закономерности

§25.1. Диаметры и плотности звезд

Покажем на простом примере, как можно сравнить размеры звезд одинаковой температуры, например Солнца и Капеллы (а Возничего). Эти звезды имеют одинаковые спектры, цвет и температуру, но светимость Капеллы равна 120 (в единицах светимости Солнца). Так как при одинаковой температуре яркость единицы поверхности звезд тоже одинакова, то, значит, поверхность Капеллы больше, чем поверхность Солнца в 120 раз, а диаметр и радиус ее больше солнечных в Астрономия раз.

В физике установлено, что полная энергия, излучаемая в единицу времени с 1 м2 поверхности нагретого тела, равна: i=δT4 где δ — коэффициент пропорциональности, а T — абсолютная температура. Относительный линейный диаметр звезд, имеющих известную температуру T, находят из формулы:

Астрономия

где r — радиус звезды, i — излучение единицы поверхности звезды, r0, i0, Т0 относятся к Солнцу, a L0 = 1.

Отсюда

Астрономия

в радиусах Солнца.

Результаты таких вычислении размеров светил полностью подтвердились, когда стало возможным измерять угловые диаметры звезд при помощи особого оптического прибора (звездного интерферометра).

Звезды очень большой светимости называются сверхгигантами. Красные сверхгиганты оказываются такими и по размерам (рис. 87). Бетельгейзе и Антарес в сотни раз больше Солнца по диаметру. Более далекая от нас VV Цефея настолько велика, что внутри нее поместилась бы Солнечная система с орбитами планет до орбиты Юпитера включительно! Между тем массы сверхгигантов больше солнечной всего лишь в 30—40 раз. В результате даже средняя плотность красных сверхгигантов в тысячи раз меньше, чем плотность комнатного воздуха.

Астрономия. Сравнительные размеры Солнца и звезд разных типов

Рис. 87. Сравнительные размеры Солнца и звезд разных типов (масштабы в трех частях рисунка различны).

При одинаковой светимости размеры звезд тем меньше, чем эти звезды горячее. Самыми малыми среди обычных звезд являются красные карлики. Массы их и радиусы — десятые доли солнечных, а средние плотности в 10—100 раз выше, чем плотность воды. Еще меньше красных белые карлики — это уже необычные звезды.

У близкого к нам и яркого Сириуса (имеющего радиус, примерно вдвое больше солнечного) есть спутник, обращающийся вокруг него с периодом 50 лет. Для этой двойной звезды расстояние, орбита и массы хорошо известны. Обе звезды белые, почти одинаково горячие. Следовательно, поверхности одинаковой площади излучают у этих звезд одинаковое количество энергии, но по светимости спутник в 10 000 раз слабее, чем Сириус Значит его радиус меньше в = 100 раз, т. е. он почти такой 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 следующим образом: обычно предел плотности ставит размер атомов, являющихся системами, состоящими из ядра и электронной оболочки. 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 «крошево» из атомов может быть сжато гораздо сильнее, чем нейтральный 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 астрофизические исследования* расширяют представления о строении вещества; пока создать в лаборатории такие условия, какие есть внутри звезд, еще нельзя. Поэтому астрономические наблюдения помогают развитию важнейших физических представлений. Например, для физики громадное значение имеет теория относительности 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 световые 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 предсказания теории относительности и тем самым подтвердили саму теорию. Астрономы нашли и несколько других подтверждений этой теории. Это пример взаимодействия физики и астрономии и удивительного многообразия природы.

  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?

Рейтинг@Mail.ru