Рождение звёзд (стр. 2 )

2.1.Гарвардская спектральная классификация звезд 

Как оказалось, среди сотен тысяч звёзд трудно обнаружить звезды излучающие одинаковые спектры. Звёзды как и люди –индивидуальны. И всё же, анализируя звёздные спектры создана Гарвардская спектральная классификация звезд  по спектральным классам, по цвету : О, В,А - горячие или ранние, F, G-солнечные, К, М - холодные поздние. Цвет звезды напрямую зависит от её температуры. Например, звезда  Арктур из созвездия Волопаса - желто-оранжевая, Ригель из созвездия Ориона - бело-голубая, Антаррес из созвездия Скорпиона – ярко-красная.

Приложение

(14.Слайд)  Самые горячие – голубые звёзды, а холодные – красные Самые горячие – голубые звёзды, а холодные – красные.

Спектральная классификация звёзд

Спектр. класс	Основные линии	Темпера- тура, тыс. К	Цвет
О	Н, Н,Не	40-28	голубой
B	Не, Н	28-10	бело - голубой
A	Н	10-7	белый
F	Н, Ga	7-6	желто –белый
G	Ga,  Fe, Ti	6-5	жёлтый
K	Fe, Ti	5-3,5	оранжевый
М	TiО	3,5-2.5.	красный

Срок жизни звезды и то, во что она превращается в конце жизненного пути, полностью определяется ее массой. Рождение и смерть – ничтожно малые мгновенья в жизни звезды.

2.2 Диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Характеристика звёзд главной последовательности.

Датский астроном Э. Герцшпрунг и американский астроном –Г. Рассела в 1905- 1913гг установили сущестование зависимости между светимостью звёзд и температурой и изобразили её виде диаграммы Герцшпрунга-Рассела. Смысл же всей диаграммы ГР заключается в том, чтобы нанести на нее как можно больше экспериментально наблюдаемых звезд (каждая из которых представлена соответствующей точкой) и по их расположению определить некие закономерности их распределения по соотношению спектра и светимости.

Как оказалось звёзды не заполняют поле диаграммы  равномерно, а образуют несколько последовательностей. С эволюционной точки зрения главная последовательность - это то место диаграммы Герцшпрунга-Рассела, на котором звезда находится большую часть своей жизни. Молодые звёзды малой массы (до трёх масс Солнца), находящиеся на подходе к главной последовательности, полностью конвективные. Это ещё по сути протозвёзды, в центре которых только-только начинаются ядерные реакции, и всё излучение происходит в основном из-за гравитационного сжатия. То есть светимость звезды убывает при неизменной эффективной температуре. По мере приближения молодой звезды к главной последовательности сжатие замедляется.

У звезды находящейся на главной последовательности потери энергии на излучения компенсируются за счет энергии, выделяющейся в ходе ядерных реакции. Излучение звезд поддерживается в основном за счет двух типов термоядерных реакций. У массивных звезд это реакции углерод-азотного цикла, а у маломассивных звезд типа Солнца это протон-протонные реакции. В первых углерод играет роль катализатора: сам не расходуется, но способствует превращению других элементов, в результате чего 4 ядра водорода объединяются в одно ядро гелия. Таким образом, «сжигая» водород в процессе термоядерной реакции, звезда не дает силам гравитационного притяжения сжать себя до сверхплотного состояния, противопоставляя гравитационному коллапсу непрерывно возобновляемое внутреннее термическое давление, в результате чего возникает устойчивое энергетическое равновесие. О звездах на стадии активного сжигания водорода говорят, что они находятся на «основной фазе» своего жизненного цикла или эволюции. Чем массивнее звезда, тем большим запасом водородного топлива она располагает, но для противодействия силам гравитационного коллапса ей приходится сжигать водород с интенсивностью, превосходящей по темпу роста темп роста запасов водорода по мере увеличения массы звезды. Таким образом, чем массивнее звезда, тем короче время ее жизни, определяемое исчерпанием запасов водорода, и самые крупные звезды в буквальном смысле сгорают за «какие-то» десятки миллионов лет. Самые мелкие звезды, с другой стороны, «безбедно» живут сотни миллиардов лет. Так что по этой шкале наше Солнце относится к «крепким середнякам».

90% звёзд, ближайших к Солнцу, образуют главную последовательность, пересекающую поле диаграммы от её верхнего левого угла к правому нижнему. В правом нижнем углу находяться звёзды поздних спектральных классов K, М с малой светимостью –красные карлики. В левом верхнем углу – звёзды ранних спектральных классов  О, В - голубые гиганты, в середине последовательности располагается Солнце и ему подобные звёзды – жёлтые карлики.

Над главной последовательностью располагается группа гигантов поздних классов G, К, М. с большой светимостью( Поллукс из созв. Близнецов). В верхнем правом углу находятся сверхгиганты (Бетельгейзе из  созв. Ориона). На 1000 звёзд главной последовательности  приходится один гигант, а на 1000 гигантов –один сверхгигант. . Красные гиганты и сверхгиганты в правом верхнем углу — это доживающие свой век звезды с до предела раздувшейся внешней оболочкой (через 6,5 млрд. лет такая участь постигнет и наше Солнце — его внешняя оболочка выйдет за пределы орбиты Венеры). Они излучают в пространство примерно то же количество энергии, что и звезды основного ряда, но, поскольку площадь поверхности, через которую излучается эта энергия, превосходит площадь поверхности молодой звезды на несколько порядков, сама поверхность гиганта остается относительно холодной.

Ниже основной последовательности располагается последовательность субкарликов и белых карликов  с маленькой светимостью. Это очень горячие звезды — но очень мелкие, размером, обычно, не больше нашей Земли. Поэтому, излучая в космос относительно немного энергии, они, по причине весьма незначительной (на фоне других звезд) площади их поверхностной оболочки, светятся в достаточно ярком спектре, поскольку она оказывается достаточно высокотемпературной.

Вообще, по диаграмме Герцшпрунца—Рассела можно проследить весь жизненный путь звезды. Сначала звезда главной последовательности (подобная Солнцу) конденсируется из газо-пылевого облака (см. Гипотеза газопылевого облака) и уплотняется до создания давлений и температур, необходимых для разжигания первичной реакции термоядерного синтеза, и, соответственно появляется где-то в основной последовательности диаграммы ГР. Пока звезда горит (запасы водорода не исчерпаны), она так и остается (как сейчас Солнце) на своем месте в основной последовательности, практически не смещаясь. После того, как запасы водорода исчерпаны, звезда сначала перегревается и раздувается до размеров красного гиганта или сверхгиганта, отправляясь в правый верхний угол диаграммы, а затем остывает и сжимается до размеров белого карлика, оказываясь слева внизу. На самом деле, три этих последовательности на диаграмме ГР строго соответствуют трем этапам жизненного цикла звезд.

Прослеживается в диаграмме и зависимость месторасположения звезды от её массы. Массивные звёзды расположены над основной последовательностью. Нужно заметить, что звёзды одного спектрального класса, т.е. температуры могут быть гигантами и карликами, астрономы их отличают по виду спектральных линий(ширине, интенсивности.) В предложенной таблице прослеживается зависимость продолжительности жизни звезды на главной последовательности от её массы.

Интенсивность выделения энергии (светимость) звезд очень быстро возрастает с ростом их массы. Маленькие, холодные красные карлики медленно сжигают запасы водорода и остаются на главной последовательности сотни миллиардов лет, в то время как массивные сверхгиганты уйдут с главной последовательности уже через несколько миллионов лет после формирования. Поэтому более массивные звезды гораздо быстрее сжигают свое горючее, чем маломассивные.

Яркие массивные звезды верхней части главной последовательности (спектральные классы О, В и А) живут значительно меньше, чем звезды типа Солнца и еще менее массивные члены нижней части главной последовательности. Поэтому родившиеся одновременно с Солнцем звезды классов О, В и А уже давно закончили свою эволюцию, а те, что наблюдаются сейчас (например, в созвездии Ориона), должны были родиться относительно недавно. В окрестности Солнца встречаются звезды различного физического и эволюционного возраста.

Характеристика звёзд главной последовательности

Спектр. класс	Масса, Мс	Радиус, Rс	Светимость Lс	Время жизни на ГП, года	Темпера- тура, тыс. К	Цвет
B	17-3,2	9-2,8	30 000-100	8∙106 -400∙106	28-10	бело - голубой
A	3,2-1,5	2,8-1,25	100-4,8	400∙106  -4∙109	10-7	белый
F	1,5-1,02	1,25-1,2	4,8-1,2	4∙109 -11∙109	7-6	желто –белый
G	1,02-0,74	1,02-0,74	1,2-0,35	11∙109  -17∙109	6-5	жёлтый
K	0,74-0,31	0,74-0,33	0,35-0,03	17∙109 -280∙109	5-3,5	оранжевый

2.3. Строение звезд. Модели некоторых типов звезд.

Строение звёзд зависит от массы и места которое она занимает на диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Приложение