Что такое звезда в космосе. Из чего состоят звезды

Удивительно, но звёзды состоят из материалов, которые входят в состав всей остальной Вселенной: водород (73 %), гелий (25 %), другие элементы (2 %). За исключением немногих различий - звёзды имеют в своём составе одинаковые вещества. Теория большого взрыва говорит о том, что 13,7 миллиардов лет назад Вселенная была плотной сферой высочайших температур (крайне горячей). Другими словами, вся Вселенная была огромной звездой.

Момент рождения

В плотной сфере было так горячо, как будто внутри неё находилось мощнейшее ядерное светило. По вселенским масштабам, за недолгий период времени водород трансформировался в гелий с помощью реакции ядерного синтеза. Вселенная постоянно расширялась и охлаждалась. Это привело к тому, что водород с гелием остыли и фактически стали вместе собираться из-за взаимного притяжения. Это и есть момент рождения звезды. В своём составе каждая звезда имеет водород и гелий в соотношении 73 % и 25 % соответственно.

Зная, из чего состоят звезды, учёные пошли дальше в изучении Вселенной. Небесные светила, которые образовались первыми, были огромными. Скорее всего, они взорвались. Но благодаря их жизни и смерти сформировались определённые тяжелые элементы, которые сегодня мы имеем на Земле: углерод, кислород, уран, золото.

Галактики

Известно, что во Вселенной существует не одна галактика. Когда наблюдаешь за ночным небом, невольно задаёшься вопросом: из чего состоят звезды и как они рождаются. Понятно, что звезды образовываются со времени зарождения самой Вселенной. Но происходит ли рождение новых звезд и правда ли, что звезды умирают?

Астрономы рассчитали, что ежегодно в нашей галактике, которая носит название Млечный Путь, зарождаются пять новых звезд. Среди них есть металлически богатые и металлически бедные. Богатые имеют в своём составе больше тяжелых элементов от предыдущих звезд, а металлически бедные - меньше. Интересно, а из чего состоят звезды, кроме как из гелия и водорода? Какие другие элементы входят в их состав? И чем они отличаются?

Составляющие элементы

Интересно, что соотношение элементов всегда остается более-менее равным. К примеру, Солнце богато металлами. Оно имеет внутри более высокое число тяжелых элементов, чем в среднем такие же звезды. Но и оно обладает соотношением: 71 % - водород, 27,1 % - гелий, остальные - азот, кислород, углерод. Водород в гелий преобразовывается внутри солнечного ядра уже 4,5 миллиарда лет.

А из чего состоят звезды, кроме водорода и гелия? Все ли небесные светила имеют одинаковый состав других элементов? Этот состав такой же, как у Солнца, или нет?

Ученый Вернадский В. И. говорил так о звездах, как о центре максимального сгущения энергии и материи в Галактике. Сегодня уже о звездах говорят не как о скоплении газа, а как о сверхплотных космических объектах с огромной массой. Предположительно, звезды по своему строению неоднородны. Они схожи в химических элементах, но имеют их в разном процентном соотношении.

Есть даже предположения, что аналог звезды - это шаровая молния. В её центре точечный источник - ядро, окруженное оболочкой из плазмы. Слой воздуха - это граница оболочки. Шаровая молния светится разными цветами и радиусами, вращается и имеет вес от восьми до десяти килограмм.

Размеры и объем звезд

Выше описано, из чего состоят звезды на небе, но почему они такие разные по объёму? Если Солнце изобразить в виде шара диаметром десять сантиметров, то всю Солнечную систему можно указать в виде круга с поперечником в восемьсот метров. Тогда самая близкая звезда к Солнцу, Проксима Центавра, будет на 2 700 км. Сириус будет на расстоянии 5 500 км, Альтаир - на 9 700 км, Вега - на 17 000 км. Арктур на расстоянии от главного нашего светила 23 000 км, Капелла - в 28 000 км, Регул - в 53 000 км, а Денеб - в 350 000 км.

По размеру звезды отличаются между собой. Солнце значительно уступает в своем объеме Сириусу, Альтаиру, Проциону, Бетельгейзе и Эпсилону Возничего. Но оно во много раз больше Проксимы Центавра и некоторых других звезд. В нашей галактике оной из самых больших звезд считается красный сверхгигант, находящийся в самом центре. Он больше, чем орбита Сатурна. Это гранатовая звезда Цефея.

Наблюдая за звёздами, люди ещё в древности заметили, что они скапливаются в причудливые формы, которые напоминают разные фигуры. Соответственно этим формам им стали давать названия.

Звездный охотник

Рассмотрим созвездие Орион - его пояс состоит из трех звезд, в трёх строчках. Имя дано в честь древнегреческого героя мифов - охотника. Сегодня Орион является очень известным созвездием, одним из крупнейших, очень заметных и узнаваемых. Большие звезды Ориона видны в обоих полушариях, так как находится его пояс на небесном экваторе. С октября по начало января вечером его видно в средних широтах Северного полушария, с конца июля по ноябрь можно увидеть утром. Орион полезно использовать в качестве помощника для осуществления поиска других звезд.

В древности люди еще не знали, из чего состоят звезды в космосе, но уже составляли карты звездного неба. Тогда художники, составляя звездную карту, иногда связывали окружающие созвездия с Орионом. Символически его изображали стоящим с двумя охотничьими собаками (Большим и Малым Псом) на берегу реки Эридан. При этом собаки боролись с Тельцом. Орион необычайно богат на яркие объекты.

Альфа Ориона - это Бетельгейзе. Она красная и превосходит размерами орбиту Марса. Но Бетельгейзе немного тусклее, чем бета Ригель. Это огромная сине-белая звезда, которая является одной из самых ярких на звездном небе. Особенно эффектным выглядят пояса Ориона из звезд: Минтака, Алнитак и Алнилам - дельта, зета и эпсилон соответственно. Это три яркие звезды, стоящие рядом друг с другом, благодаря которым и можно отличить Орион от других созвездий.

Большая Медведица: из каких звезд состоит созвездие и как оно образовалось?

Звездная Медведица тоже известна с древности. Греки считали её нимфой Каллисто, спутницей Артемиды, возлюбленной Зевса, навлекшей на себя гнев богини. Она нарушила правила спутниц Артемиды, и её превратили в медведицу, а бБогиня натравила на неё собак. Зевс, спасая возлюбленную, вознёс её на небо. Хотя говорят и о том, что это сам Зевс превратил Каллисто в медведицу, скрывая измены от своей ревнующей жены. Артемида устроила на медведицу охоту по ошибке или по наущению догадливой Геры. В общем, история запутанная, так как возможно, что Гера, мстя за измены, превратила Каллисто в созвездие. Охоту же на медведицу по ошибке устроил Аркад, сын Каллисто. Есть и другие истории про малую медведицу, про младенца Зевса и его нянь медведиц, скрывавшихся от Крона. Но так или иначе, мы наблюдаем за Большой Медведицей, её красотой и загадкой, связанной с её появлением.

Интересно, из каких звезд состоит Большая Медведица и где её наблюдают? Это созвездие хорошо видно в средних широтах. Здесь оно относится к незаходящим. На небе видно семь наиболее ярких звезд - ковш с ручкой. Их очень легко увидеть и отличить от других. Звезды относятся к категории второй величины. Среди них слабее только верхняя левая звезда так называемого ковша.

Две звезды

Кроме этих семи, насчитывается ещё 125, которые ярче, чем шестая величина. Это одно из самых больших созвездий. Его границы выходят намного дальше пределов так называемого ковша, звезды которого находятся на разных расстояниях от нас, начиная с 50 световых лет (это ближайшая звезда Алиот).

Среди известных созвездий есть и совсем маленькие по количеству насчитываемых в нём звезд. В вопросах по астрономии часто можно встретить вопрос: какое созвездие состоит всего из двух звезд, и где оно расположено на звездном небе. Это система эпсилон Возничего. Она состоит из двух звезд - видимой и невидимой. Видимая выглядит в созвездии Возничего как желтоватый огромный сверхгигант. Температура на его поверхности 6600 К. Она в 36 раз массивнее Солнца. Её диаметр в 190 раз больше солнечного. Однако даже её размеры меркнут на фоне второй звезды, диаметр которой в 2700 раз больше диаметра Солнца. Внутри неё можно свободно поместить орбиты всех планет солнечной системы, вплоть до Сатурна. Однако светимость этого сверхмощного гиганта мала (почти как у Солнца). Эта звезда очень холодная. Температура на поверхности составляет 1600 К.

Нейтронные звёзды

Существование звезд, обладающих ничтожно малыми размерами, по сравнению с Солнцем, было доказано относительно недавно. Реальность такого объекта стала очевидной в 1967 году, когда были открыты пульсары. Тогда Т. Голд предположил, что это и есть быстровращающиеся звезды, называемые нейтронными. Их существование предсказывалось еще физиками-теоретиками 30-х годах XX столетия. Первым из них был Лев Ландау. Какая особенность этих небесных объектов, из чего состоит нейтронная звезда и как образуется?

Изучая теорию небесных светил, было предположено, что нейтронные объекты должны быть около 10 км в размерах. Плотность вещества в центре таких звезд достигает плотности ядра атома: 2,8 х 1014 грамм/см³. В 1934 году было высказано предположение о том, что нейтронные звезды состоят из вырожденных нейтронов и образуются, когда вспыхивает сверхновая звезда.

Позже, с открытием пульсаров, это предположение подтвердилось. Рождение пульсаров - это грандиозное небесное явление, сопровождающееся вспышкой сверхновой взрывающейся звезды. Такие вспышки случаются примерно один раз в 25 лет. Получается, что за 15 млрд лет (время существования галактики) должна уже образоваться не одна сотня нейтронных звезд!

Пульсары

Основная функция пульсара - это появление мощных электрических полей, вырывающих заряженные частицы из звезды и ускоряющих их до высочайших показателей энергии. Это происходит за счет вращения и существования магнитного поля. Частицы, получившие ускорение, порождают кванты электромагнитного излучения (довольно жесткого состояния). Сложные электродинамические процессы небольшую часть энергии преобразуют в радиоволны, наблюдаемые от пульсаров. С вырванными с нейтронной звезды и ускоренными частицами энергия вращения затухает, период вращения пульсаров нарастает, и нейтронная звезда тормозит, благодаря собственному излучению!

При торможении электрический потенциал падает. В итоге наступает момент, когда заряженные частицы перестают образовываться и пульсар умирает. По времени это приблизительно 10 млн лет.

Черные дыры и другие объекты глубокого космоса

Если масса нейтронной звезды превышает 3 массы Солнца, никакое давление вещества не может противодействовать силам гравитации, и звезда исчезает под горизонт - образуется черная дыра. Нейтронные звезды (пульсары и черные дыры) относятся к объектам глубокого космоса, которые находятся за пределами солнечной системы. Там же существуют и другие объекты, тоже относящиеся к понятию глубокий космос: экзопланеты, туманности, звездные скопления, квазары, галактики, темная энергия и темная материя. Все эти объекты притягивают большой интерес со стороны ученых. Безусловно, изучение небесных светил, особенно объектов глубокого космоса, очень интересно и важно для развития астрономии как науки и реализации важнейших научных проектов.

Несмотря на разницу в размерах, в начале своего развития все эти звезды имели похожий состав.

То, из чего состоят звезды, полностью определяет их характер и судьбу - начиная от цвета и яркости, заканчивая сроком жизни. Более того, на составе звезды завязан весь процесс ее образования, равно как и формирования ее - и нашей Солнечной системы в том числе.

Любая звезда в начале своего жизненного пути - будь то монструозные гиганты вроде или желтые карлики как наше - состоит приблизительно из равной пропорции одних и тех же веществ. Это 73% водорода, 25% гелия и еще 2% атомов дополнительных тяжелых веществ. Почти таким же был состав Вселенной после , за исключением 2% тяжелых элементов. Они образовались после взрывов первых во Вселенной звезд, чьи размеры превышали размах современных галактик.

Однако почему тогда звезды такие разные? Секрет кроется в тех самых «дополнительных» 2 процентах звездного состава. Это не единственный фактор - очевидно, что достаточно большую роль играет масса звезды. Именно определяет судьбу светила - сгорит оно за пару сотен миллионов лет, подобно , или же будет светить миллиардами лет, как Солнце. Однако дополнительные вещества в составе звезды могут перебить все другие условия.

Состав звезды SDSS J102915 +172927 идентичен составу первых звезд, возникших после Большого взрыва.

Вглубь звезды

Но как такая ничтожная часть состава звезды может серьезно изменить ее функционирование? Для человека, в среднем состоящего на 70% из воды, потеря 2% жидкости не страшна - это всего лишь ощущается как сильная жажда и не приводит к необратимым изменениям в организме. Но Вселенная очень чуткая даже к самым малым переменам - будь 50-я часть состава нашего Солнца хоть капельку иной, жизнь в могла и не образоваться.

Как это работает? Для начала вспомним одно из главных последствий гравитационных взаимодействий, упоминаемое повсеместно в астрономии - тяжелое стремится к центру. Любая планета служит этого принципа: самые тяжелые элементы, вроде железа, располагаются в ядре, когда более легкие - снаружи.

То же самое происходит во время образования звезды из рассеянного вещества. В условном стандарте строения звезды гелий образует ядро светила, а из водорода собирается окружающая оболочка. Когда масса гелия переваливает за критическую точку, гравитационные силы сжимают ядро с такой силой, что в прослойках между гелием и водородом в ядре начинается .

Именно тогда звезда и зажигается - еще совсем молодая, окутанная водородными облаками, которые со временем улягутся на ее поверхности. Свечение играет важную роль в существовании звезды - именно , пытающиеся вырваться из ядра после термоядерной реакции, удерживают светило от моментального сжатия в или . Также имеет силу обычная конвекция, перемещение вещества под воздействием температуры - ионизированные накалом у ядра, атомы водорода поднимаются в верхние слои звезды, перемешивая тем самым материю в нем.

Так все же, при чем тут 2% тяжелых веществ в составе звезды? Дело в том, что любой элемент тяжелее гелия - будь то углерод, кислород или металлы - неминуемо окажется в самом центре ядра. Они опускают планку массы, по достижению которой зажигается термоядерная реакция - и чем тяжелее вещества в центре, тем быстрее зажигается ядро. Однако при этом оно будет излучать меньше энергии - размеры эпицентра горения водорода будут скромнее, чем если бы ядро звезды состояло из чистого гелия.

Солнцу повезло?

Итак, 4 с половиной миллиарда лет назад, когда Солнце только стало полноценной звездой, оно состояло из того же материала, что и вся - трех четвертей водорода, одной четверти гелия, и пятидесятой части примесей металлов. Благодаря особой конфигурации этих добавок, энергия Солнца стала подходящей для наличия жизни в его системе.

Под металлами не подразумевается только никель, железо или золото - астрономы называют металлами все, что отличается от водорода и гелия. Туманность, из которой по теории сформировалось , была сильно металлизирована - она состояла из остатков сверхновых звезд, которые стали источником тяжелых элементов во Вселенной. Звезды, чьи условия зарождения были схожи с Солнечными, называются звездами населения I. Такие светила составляют большую часть нашей .

Мы уже знаем, что благодаря 2% металлов в содержании Солнца оно горит медленнее - это обеспечивает не только долгую «жизнь» звезде, но и равномерную подачу энергии - важные для зарождения жизни на критерии. Кроме того, раннее начало термоядерной реакции поспособствовало тому, что не все тяжелые вещества были поглощены младенцем-Солнцем - в итоге сумели зародиться и полностью сформироваться существующие нынче планеты.

К слову, Солнце могло гореть немногим тусклее - пусть и маленькую, но все же значимую часть металлов забрали у Солнца газовые гиганты. В первую очередь стоит выделить , немало изменивший в Солнечной системе. Влияние планет на состав звезд было доказано в процессе наблюдений за тройной звездной системой . Там есть две звезды, похожие на Солнце, и возле одной из них нашли газовый гигант, масса которого минимум в 1,6 раза больше Юпитера. Металлизация этой звезды оказалась существенно ниже ее соседки.

Старение звезды и изменение состава

Однако время не стоит на месте - и термоядерные реакции внутри звезд постепенно изменяют их состав. Главной и самой простой реакцией синтеза, который протекает в большинстве звезд во Вселенной, и в нашем Солнце в том числе, является протон-протонный цикл. В нем четыре атома водорода сливаются воедино, образуя в итоге один атом гелия и очень большой выход энергии - до 98% общей энергии звезды. Такой процесс называется еще «горением» водорода: в Солнце «сгорает» до 4 миллионов тонн водорода ежесекундно.

Как меняется состав звезды в процессе ? Это мы можем понять того, что мы уже узнали о звездах в статье. Рассмотрим на примере нашего Солнца: количество гелия в ядре будет увеличиваться; соответственно, будет расти объем ядра звезды. Из-за этого увеличится площадь термоядерной реакции, а вместе с ней - интенсивность свечения и температура Солнца. Через 1 миллиард лет (в возрасте 5,6 млрд лет) энергия звезды вырастет на 10%. В возрасте 8 миллиардов лет (через 3 млрд лет от сегодняшнего дня) солнечное излучение составит 140% от современного - условия на Земле к тому времени поменяются настолько, что она в точности будет напоминать .

Рост интенсивности протон-протонной реакции сильно отразится на составе звезды - водород, мало затронутый с момента рождения, станет сгорать куда быстрее. Нарушится баланс между оболочкой Солнца и его ядром - водородная оболочка станет расширяться, а гелиевое ядро, наоборот, сужаться. В возрасте 11 миллиардов лет сила излучения из ядра звезды станет слабее сжимающей его гравитации - греть ядро теперь станет именно растущее сжатие.

Существенные изменения в составе звезды произойдут еще через миллиард лет, когда температура и сжатие ядра Солнца вырастет настолько, что запустится следующая стадия термоядерной реакции - «горение» гелия. В итоге реакции, атомные ядра гелия сначала сбиваются вместе, превращаясь в нестабильную форму бериллия, а затем в углерод и кислород. Сила этой реакции невероятно велика - когда будут зажигаться нетронутые островки гелия, Солнце будет вспыхивать до 5200 раз ярче, чем сегодня!

Во время этих процессов ядро Солнца будет продолжать накаляться, а оболочка расширится до границ орбиты Земли и значительно остынет - ибо чем больше площадь излучения, тем больше энергии теряет тело. Пострадает и масса светила: потоки звездного ветра будут уносить остатки гелия, водорода и новообразованных углерода с кислородом в далекий космос. Так наше Солнце превратится в . Полностью завершится развитие светила тогда, когда оболочка звезды окончательно истощится, и останется только плотное, горячее и маленькое ядро - . Оно медленно будет остывать миллиардами лет.

Эволюция состава звезд, отличных от Солнца

На этапе возгорания гелия термоядерные процессы в звезде размеров Солнца заканчиваются. Массы небольших звезд недостаточно для возгорания новообразованных углерода и кислорода - светило должно быть минимум в 5 раз массивнее Солнца, чтобы углерод начал ядерное преобразование.

Вопрос о том, сколько звёзд на небе, волновал умы людей, как только первая звезда была замечена ими на небосклоне (причём задачу эту они решают до сих пор). Некоторые подсчёты астрономы всё-таки сделали, установив, что невооружённым взглядом на небе можно рассмотреть около 4,5 тыс. небесных светил, а в состав нашей галактики Млечный Путь входит около 150 млрд. звёзд. Учитывая, что Вселенная содержит несколько триллионов галактик, общее количество звёзд и созвездий, свет которых достигает земной поверхности, равняется септиллиону – и оценка эта лишь приблизительна.

Звезда — это огромных размеров газовый шар, излучающий свет и тепло (в этом состоит главное её отличие от планет, которые, будучи абсолютно тёмными телами, способны лишь отражать падающие на них световые лучи). Энергия порождает свет и тепло, возникшая в результате термоядерных реакций, происходящих внутри ядра: в отличие от планет, в состав которых входят как твёрдые, так и лёгкие элементы, небесные светила имеют в своем составе легкие частицы с незначительной примесью твёрдых веществ (например, Солнце почти на 74% состоит из водорода и на 25% – из гелия).

Температура небесных светил чрезвычайно раскалена: в результате большого количества термоядерных реакций температурные показатели звёздных поверхностей колеблются от 2 до 22 тыс. градусов Цельсия.

Поскольку вес даже самой маленькой звёздочки значительно превосходит массу самых крупных планет, небесные светила обладают достаточной гравитацией для того, чтобы удерживать вокруг себя все объекты меньших размеров, которые начинают крутиться вокруг них, образуя планетную систему (в нашем случае – Солнечную).

Вспыхивающие светила

Интересно, что в астрономии существует такое понятие, как «новые звёзды» – при этом речь идёт не о появлении новых небесных тел: на протяжении своего существования горячие небесные тела умеренной светимости периодически ярко вспыхивают, причём они настолько сильно начинают выделяться на небосводе, что люди в прежние времена считали, будто это рождаются новые звёзды.

В действительности анализ данных показал, что эти небесные светила существовали и раньше, но из-за вздутия поверхности (газообразной фотосферы) внезапно приобрели особую яркость, увеличив своё свечение в десятки тысяч раз, в результате чего создаётся впечатление, будто на небе появились новые звёзды. Возвращаясь к первоначальному уровню яркости, новые звёзды могут изменять свой блеск до 400 тыс. раз (при этом, если сама вспышка длится лишь несколько дней, их возврат к предыдущему состоянию нередко длится годами).

Жизнь небесных светил

Астрономы утверждают, что звёзды и созвездия образовываются до сих пор: согласно последним научным данным, лишь в нашей галактике ежегодно появляется около сорока новых небесных светил.

На первоначальном этапе своего образования новая звезда являет собой холодное разряженное облако межзвёздного газа, которое вращается вокруг своей галактики. Толчком для того чтобы в облаке начали происходить реакции, стимулирующие образование небесного светила, может послужить взорвавшаяся неподалёку сверхновая звезда (взрыв небесного тела в результате которого оно через некоторое время полностью разрушается).

Также вполне вероятными причинами может оказаться его столкновение с другим облаком или же на процесс могут повлиять столкнувшиеся друг с другом галактики, словом, всё, что способно воздействовать на газовое межзвёздное облако и заставить его сжиматься в шар под действием собственной гравитации.

Во время сжатия гравитационная энергия трансформируется в тепло в результате чего газовый шар чрезвычайно сильно нагревается. Когда температурные показатели внутри шара поднимаются до 15-20 К, начинают происходить термоядерные реакции в результате которых прекращается сжатие. Шар превращается в полноценное небесное светило, и на протяжении длительного времени внутри его ядра происходит преобразования водорода в гелий.

Когда запасы водорода заканчиваются, реакции останавливаются, формируется гелиевое ядро и структура небесного светила постепенно начинает изменяться: она становится более яркой, а ее внешние слои расширяются. После того как вес гелиевого ядра достигает максимальных показателей, небесное тело начинает уменьшаться, температура подниматься.

Когда температурные показатели достигают 100 млн. К, внутри ядра возобновляются термоядерные процессы, во время которых гелий преобразовывается в твёрдые металлы: гелий – углерод – кислород – кремний – железо (когда ядро становится железным, все реакции полностью прекращаются). В результате яркая звезда, увеличившись во сто крат, превращается в Красного гиганта.

Сколько именно проживёт то или иное светило, во многом зависит от размера: небесные тела малой величины сжигают запасы водорода очень медленно и вполне способны просуществовать миллиарды лет. Из-за недостаточной массы, в них не происходят реакций с участием гелия, и после остывания, они продолжают излучать небольшое количество электромагнитного спектра.

Жизнь светил средних параметров, среди которых и Солнце, составляет около 10 млрд. После этого периода их поверхностные слоя обычно превращаются в туманность с абсолютно безжизненным ядром внутри. Это ядро некоторое время спустя трансформируется в гелиевый белый карлик, диаметром ненамного больше Земли, затем темнеет и становится невидимым.

Если же небесное светило средних размеров было довольно крупное, оно сначала превращается в чёрную дыру, а затем на её месте вспыхивает сверхновая звезда.

А вот продолжительность существования сверхмассивных светил (напр., Полярная звезда) длится лишь несколько миллионов лет: в горячих и больших небесных телах водород сгорает чрезвычайно быстро. После того как огромное небесное тело заканчивает своё существование, на его месте происходит взрыв чрезвычайно огромной силы – и возникает сверхновая звезда.

Взрывы во Вселенной

Сверхновой звездой астрономы называют взрыв звезды, во время которого объект почти полностью разрушается. Через несколько лет объём сверхновой звезды увеличивается настолько, что она становится полупрозрачной и очень разреженной – и эти остатки можно увидеть ещё на протяжении нескольких тысяч лет, после чего она темнее и трансформируется в тело, полностью состоящее из нейтронов. Интересно, что явление это нередкое и в галактике происходит раз в тридцать лет.

Классификация

Большую часть видимых нам небесных светил относят к звёздам главной последовательности, то есть к небесным телам, внутри которых происходят термоядерные процессы, вызывающие преобразование водорода в гелий. Астрономы подразделяют их в зависимости от их цвета и температурных показателей на следующие классы звёзд:

• Голубые, температура: 22 тыс. градусов Цельсия (класс О);
• Бело-голубые, температура: 14 тыс. градусов Цельсия (класс В);
• Белые, температура: 10 тыс. градусов Цельсия (класс А);
• Бело-жёлтые, температура: 6,7 тыс. градусов Цельсия (класс F);
• Жёлтые, температура: 5,5 тыс. градусов Цельсия (класс G);
• Желто-оранжевые, температура: 3,8 тыс. градусов Цельсия (класс К);
• Красные, температура: 1,8 тыс. градусов Цельсия (класс М).

Кроме светил главной последовательности, учёные выделяют следующие типы небесных светил:

• Коричневые карлики – слишком малые небесные тела, чтобы внутри ядра мог начаться процесс преобразования водорода в гелий, поэтому они не являются полноценными звёздами. Сами по себе они чрезвычайно тусклые и учёные узнали об их существовании лишь по выделяемому ими инфракрасному излучению.
• Красные гиганты и сверхгиганты – несмотря на свою низкую температуру (от 2,7 до 4,7 тыс. градусов Цельсия), это чрезвычайно яркая звезда, инфракрасное излучение которой достигает максимальных показателей.
• Типа Вольфа-Райе – излучение отличается тем, что в нём присутствует ионизированный гелий, водород, углерод, кислород и азот. Это очень горячая и яркая звезда, являющаяся гелиевыми остатками огромных небесных светил, которые на определённом этапе развития скинули свою массу.
• Типа Т Тельца – относятся к классу переменных звёзд, а также к таким классам, как F, G, K, M, . Имеют большой радиус, обладают высокой яркостью. Увидеть эти светила можно возле молекулярных облаков.
• Яркие голубые переменные (второе название – переменные типа S Золотой Рыбы) – чрезвычайно яркие пульсирующие гипергиганты, чья яркость может превышать яркость Солнца в миллион раз и быть тяжелее в 150 раз. Считается, что небесное светило этого типа – самая яркая звезда во Вселенной (встречается, правда, очень редко).
• Белые карлики – умирающие небесные светила, в которые преобразуются светила средних размеров;
• Нейтронные звезды – также относятся к умирающим небесным телам, которые после гибели образуют более крупные светила, чем Солнце. Ядро в них уменьшается до тех пор, пока не преобразуется в нейтроны.

Путеводная нить моряков

Одной из наиболее известных небесных светил нашего небосклона является Полярная звезда из созвездия Малая Медведица, почти никогда не меняющая своего положения на небосклоне относительно определённой широты. В любое время года она указывает на север, из-за чего получила второе своё название – Северная звезда.

Естественно, легенда о том, что Полярная звезда не двигается, далека от истины: как и любое другое небесное тело, она совершает обороты. Северная звезда уникальна тем, что она ближе всех находится к северному полюсу – на расстоянии около одного градуса. А потому из-за угла наклона Полярная звезда кажется неподвижной, и вот уже на протяжении не одного тысячелетия служит великолепным ориентиром для моряков, пастухов, путешественников.

Надо заметить, что Северная звезда сместится, если наблюдатель изменит своё местоположение, так как полярная звезда изменяет свою высоту в зависимости от географической широты. Эта особенность давала возможность морякам, при измерении угла наклона между горизонтом и Полярной звездой, определять своё месторасположение.

В действительности Полярная звезда состоит из трёх объектов: недалеко от неё расположены две звезды-спутника, которые связаны с ней силами взаимного притяжения. При этом сама Полярная звезда относится к гигантам: её радиус почти в 50 раз больше радиуса Солнца, а светимость превышает в 2,5 тыс. раз. Это значит, что Северная звезда будет иметь крайне непродолжительную жизнь, а потому, несмотря на относительно молодой возраст (не более 70 млн. лет), Полярная звезда считается старой.

Интересно, что в списке самых ярких звёзд, Северная звезда находится на 46 месте – именно поэтому в городе на ночном небе, освещенном уличными фонарями, Полярная звезда практически никогда не видна.

Падающие светила

Порой, посмотрев на небо, можно увидеть, как по небу проносится упавшая звезда, яркая светящаяся точка – иногда одна, иногда несколько. Выглядит это так, будто звезда упала, а на ум сразу приходит легенда о том, что когда на глаза попадается упавшая звезда, нужно загадать желание – и оно непременно сбудется.

Мало кто задумывается, что в действительности – это метеориты, летящие к нашей планете из космоса, которые столкнувшись с атмосферой Земли, оказались настолько раскалены, что стали гореть и походить на яркую летящую звёздочку, получившую понятие «упавшая звезда». Как ни странно, явление это нередкое: если следить за небом постоянно, увидеть, как звезда упала, можно практически каждую ночь – на протяжении суток в атмосфере нашей планеты сгорает около сотни миллионов метеоров и около ста тонн очень мелких пылевых частиц.

В некоторые годы упавшая звезда показывается на небосклоне намного чаще, чем обычно, а если она при этом не одна, земляне имеют возможность наблюдать за метеорным потоком – несмотря на то, что кажется, будто звезда упала на поверхность нашей планеты, почти все небесные тела потока сгорают в атмосфере.

Появляются они в таком количестве, когда комета приближается к Солнцу, нагревается и частично разрушается, отдавая в космос определенное количество камней. Если проследить траекторию метеоритов, создаётся обманчивое впечатление, будто все они летят из одной точки: движутся они по параллельным траекториям и каждая упавшая звезда имеет свою.

Интересно, что многие из этих метеорных потоков возникают в один и тот же период года и земляне имеют возможность увидеть падение звезды довольно продолжительное время – от нескольких часов, до нескольких недель.

И только метеориты крупных размеров, обладающие достаточной массой, способны достигнуть земной поверхности, и если в это время такая звезда упала недалеко от населённого пункта, например, это случилось несколько лет назад в Челябинске, то это может вызвать чрезвычайно разрушительные последствия. Иногда упавшая звезда может быть не одна, что именуют метеоритным дождем.

Маленькие мерцающие точки в темном ночном небе. Они, казалось, были там всегда. Сотни миллионов человек любуются прекрасными картинами таинственного звездного неба и чтобы восхищаться этим небосводом, совсем не обязательно знать физические характеристики звезд - это красота, в ее первозданном состоянии. Загадочность всегда окружала звезды, именно это влекло к ним тысячи ученых, дилетантов, магов и просто романтиков. Человек связывал со звездным небом свою судьбу, настоящее, прошлое и грядущее. Но если рассматривать звёзды как физические объекты, естественный путь к их познанию лежит через измерения и сопоставление свойств. Чем собственно и занимается современная наука – астрономия.

Хотя де Сент-Экзюпери говорил: «Вы проинтегрировали звезды, и они утратили свою загадочность и романтичность…», мы продолжаем изучать загадочный мир, к которому принадлежим.

Что же представляли для древних культур звезды?

Может это души, а может и боги, может это слезы богов, но никто не мог представить, что это небесные тела, похожи на наше солнце.

По всему миру создавались культы Луны и Солнца, и некоторых известных созвездий и звезд. Люди поклонялись им.

Древние египтяне считали, что, когда люди разгадают природу звезд – наступит конец света. Другие народы верили, что жизнь на земле прекратиться, как только созвездие Гончих Псов догонит Большую Медведицу. Вифлеемская звезда знаменовала приход Иисуса Христа, а звезда Полынь оповестит о конце света.

Все это красноречиво говорит об огромном значении для людей знаний о звездном небе. Например, одним из величайших астрономов древности был самараканец Улугбек, точность его наблюдений и расчетов была потрясающей, а все это происходило во времена, когда еще никто не задумывался о телескопах…далеком XV веке. Ученые современности даже засомневались в подлинности этих данных. Все древние культуры имели огромные обсерватории, в которых мудрецы или жрецы, шаманы или магистры вели свои наблюдения. Такие знания были крайне необходимы. Составлялись календари, прогнозы, гороскопы. Одним из интереснейших открытий для ученых стали календари, составленные древними Майя, жрецы древнего Египта были также одними из первых астрономов.

Но для внесения ясности нужно отметить, что в те далекие времена науки астрономии еще не существовало, это было лишь как одна из составляющих астрологии. Древние большое внимание уделяли на связь судеб человека и происходящего в мире с состоянием звездного неба.

Тайны приоткрывались с огромным трудом, а ответов становилось все меньше по сравнению с вопросами, которые порождали эти же ответы.

Человек – очень интересное существо. Он накапливает знания, полученные за много тысячелетий, но вместе с тем иногда забывает, что знания намного важнее войн и разрушений – так теряется очень много и современной науке нужно все начинать сначала.

Для человека очень важным было знать что в этом мире есть нечнто вечное – как звезды, люди думали, что они существовали всегда и никогда не изменялись. Но и это мнение оказалось ошибочным, уже ни для кого не секрет, что картина звездного неба уже не такая как 4-5 тысяч лет назад, звезды появляются и исчезают, и «передвигаются» по небосводу. У них есть своя жизнь. Передвижение звезд Сириус, Процион и Арктур, относительно других заметил в 1718 г. английский астроном Эдмунд Галлей. Это были ярчайшие звезды в небе, сейчас же установлено что такое передвижение – закономерность для всех звезд. Но, например, о том, что звезды меняют свой блеск знали еще древние греки. Наука Нового времени показала, что многим звездам присуще это свойство.

Английский астроном Уильям Гершель в конце XVIII века предполагал, что все звезды излучают одинаковое количество света, а различие в видимой яркости обусловлены лишь не одинаковым удалением их от Земли. Но в 1837 г., когда измерили расстояние до ближайших звезд, его теория оказалась неверной.

Наша система оказалась в спокойной части галактики, вдали от горячих звезд и ярких светил, поэтому так долго ничего не удавалось узнать о звездах. Вследствие чего, ученые обратили взоры на ближайшую звезду – Солнце.

До середины XIX века считалось, что наружный слой Солнца горячий, а под ним скрывается холодная поверхность, изредка виднеющаяся через пятна – просветы в раскаленных солнечных облаках. Для объяснения этой гипотезы предполагалось, что на поверхность постоянно падали кометы и метеориты, которые передавали бы ему свою кинетическую энергию. Пробовали объяснить энерговыделение на Солнце привычным земным огнем – теплом, выделяющимся при химических реакциях. Но в таком случае весь запас солнечных «дров» выгорел бы за несколько тысяч лет. А даже древние знали, что светилу намного больше.

В 1853 г. немецкий физик Герман Гельмгольц предположил, что источник энергии звезд является их сжатие, ведь всем известно, что при сжатии газ нагревается. [Простым примером может служить обычный велосипедный насос, который нагревается при накачивании.] При этом на нагрев газа затрачивается не вся энергия, часть ее расходуется на излучение. Сжатие – это источник уже значительно более мощный, чем простое горение. Сжимающееся Солнце могло бы светить десятки миллионов лет. Но энергосистема Солнца непрерывно действует уже несколько миллиардов лет, и это факт уже доказан учеными.

Основными характеристиками звезды, которые могут быть тем или иным способом определены из наблюдений, это: мощность ее излучения (светимость), масса, радиус и химический состав атмосферы, а так же ее температура. При этом, зная еще некоторые дополнительные параметры можно рассчитать возраст звезды. Но к этому вернемся позже.

Жизненный путь звезды довольно сложен. В течение своей истории она разогревается до очень высоких температур и остывает до такой степени, что в сё атмосфере начинают образовываться пылинки. Звезда расширяется до грандиозных размеров, сравнимых с размерами орбиты Марса, и сжимается до нескольких десятков километров. Светимость её возрастает до огромных величин и падает почти до нуля.

Жизнь звезды не всегда протекает гладко. Картина её эволюции усложняется вращением, иногда очень быстрым, на пределе устойчивости (при быстром вращении центробежные силы стремятся разорвать звезду). Некоторые звёзды обладают скоростью вращения на поверхности 500 – 600 км/с. Для Солнца эта величина составляет около 2 км/с. Солнце – звезда относительно спокойная, но даже оно испытывает колебания с различными периодами, на его поверхности происходят взрывы и выбросы вещества. Активность некоторых других звёзд несравнимо выше. На определённых этапах своей эволюции звезда может стать переменной, начав регулярно менять свой блеск, сжиматься и опять расширяться. А иногда на звёздах происходят сильные взрывы. Когда взрываются самые массивные звёзды, их блеск на короткий срок может превысить блеск всех остальных звёзд галактики, вместе взятых.

В начале XX в., в основном благодаря трудам английского астрофизика Артура Эддингтона, окончательно сформировалось представление о звёздах как о раскалённых газовых шарах, заключающих в своих недрах источник энергии – термоядерный синтез ядер гелия из ядер водорода. Впоследствии выяснилось, что в звёздах могут синтезироваться и более тяжёлые химические элементы. Вещество, из которого сделана любая книга, также прошло через «термоядерную топку» и было выброшено в космическое пространство при взрыве породившей его звезды.

По современным представлениям, жизненный путь одиночной звезды определяется её начальной массой и химическим составом. Чему равна минимальная возможная масса звезды, с уверенностью мы сказать не можем. Дело в том, что маломассивные звёзды очень слабые объекты и наблюдать их довольно трудно. Теория звёздной эволюции утверждает, что в телах массой меньше чем семь-восемь сотых долей массы Солнца долговременные термоядерные реакции идти не могут. Эта величина близка к минимальной массе наблюдаемых звёзд. Их светимость меньше солнечной в десятки тысяч раз. Температура на поверхности подобных звёзд не превосходит 2 – 3 тыс. градусов. Одним из таких тусклых багрово-красных карликов является ближайшая к Солнцу звезда Проксима в созвездии Центавра.

В звёздах большой массы, напротив, эти реакции протекают с огромной скоростью. Если масса рождающейся звезды превышает 50 – 70 солнечных масс, то после загорания термоядерного топлива чрезвычайно интенсивное излучение своим давлением может просто сбросить излишек массы. Звёзды, масса которых близка к предельной, обнаружены, например, в туманности Тарантул в соседней с нами галактике Большое Магелланово Облако. Есть они и в нашей Галактике. Через несколько миллионов лет, а может быть и раньше, эти звёзды могут взорваться как сверхновые (так называют взрывающиеся звёзды с большой энергией вспышки).

История изучения химического состава звёзд начинается с середины XIX в. Ещё в 1835 г. французский философ Огюст Конт писал, что химический состав звёзд навсегда останется для нас тайной. Но вскоре был применён метод спектрального анализа, который теперь позволяет узнать из чего состоят не только Солнце и близкие звёзды, но и самые удалённые галактики и квазары. Спектральный анализ дал неоспоримые доказательства физического единства мира. На звёздах не обнаружено ни одного неизвестного химического элемента. Единственный элемент – гелий был открыт сначала на Солнце и лишь потом на Земле. Но неизвестные на Земле физические состояния вещества (сильная ионизация, вырождение) наблюдаются именно в атмосферах и недрах звёзд.

Наиболее обильным элементом в звёздах является водород. Приблизительно втрое меньше содержится в них гелия. Правда, говоря о химическом составе звёзд, чаще всего имеют в виду содержание элементов тяжелее гелия. Доля тяжёлых элементов невелика (около 2%), но они, по выражению американского астрофизика Дэвида Грея, подобно щепотке соли в тарелке супа, придают особый вкус работе исследователя звёзд. От их количества во многом зависят и размер, и температура, и светимость звезды.

После водорода и гелия на звёздах наиболее распространены те же элементы, которые преобладают в химическом составе Земли: кислород, углерод, азот, железо и др. Химический состав оказался различным у звёзд разного возраста. В самых старых звёздах доля элементов тяжелее гелия значительно меньше, чем на Солнце. В некоторых звёздах содержание железа меньше солнечного в сотни и тысячи раз. А вот звёзд, где этих элементов было бы больше, чем на Солнце, сравнительно немного. Эти звёзды (многие из них двойные), как правило, являются необычными и по другим параметрам: температуре, напряжённости магнитного поля, скорости вращения. Некоторые звёзды выделяются по содержанию какого-нибудь одного элемента или группы элементов. Таковы, например, бариевые или ртутно-марганцевые звёзды. Причины подобных аномалий пока малопонятны. На первый взгляд может показаться, что исследование этих малых добавок немного дает для понимания эволюции звезд. Но на самом деле это не так. Химические элементы тяжелее гелия образовались в результате термоядерных и ядерных реакций в недрах очень массивных звёзд, при вспышках новых и сверхновых звёзд предыдущих поколений. Изучение зависимости химического состава от возраста звёзд позволяет пролить свет на историю их образования в различные эпохи, на химическую эволюцию Вселенной в целом.

Важную роль в жизни звезды играет её магнитное поле. С магнитным полем связаны практически все проявления солнечной активности: пятна, вспышки, факелы и др. На звёздах, магнитное поле которых значительно сильнее солнечного, эти процессы протекают с большей интенсивностью. В частности, переменность блеска некоторых таких звёзд объясняют появлением пятен, аналогичных солнечным, но закрывающих десятки процентов их поверхности. Однако физические механизмы, обусловливающие активность звёзд, ещё не до конца изучены. Наибольшей интенсивности магнитные поля достигают на компактных звёздных остатках – белых карликах и особенно нейтронных звёздах.

За период немногим более двух столетий представление о звёздах изменилось кардинально. Из непостижимо далёких и равнодушных светящихся точек на небе они превратились в предмет всестороннего физического исследования. Как бы отвечая на упрек де Сент-Экзюпери, взгляд на эту проблему выразил американский физик Ричард Фейнман: «Поэты утверждают, что наука лишает звёзды красоты. Для нее звезды – просто газовые шары. Совсем не просто. Я тоже любуюсь звёздами и чувствую их красоту. Вот только кто из нас видит больше?»

Благодаря развитию наблюдательных технологий астрономы получили возможность исследовать не только видимое, но и невидимое глазу излучение звезд. Сейчас уже многое известно об их строении и эволюции, хотя немало остается и непонятного.

Еще впереди то время, когда исполниться мечта создателя современной науки о звездах Артура Эддингтона и мы, наконец «сможем понять такую простую вещь, как звезда».

Каждый из нас хоть раз, но любовался прекрасным ночным небом, усыпанным множеством звёзд. Не задумывались ли вы о том, из чего состоят звёзды, в чём же секрет их вечного сияния?

Что такое звезда, и из чего она состоит

Звезда — это огромное небесное газовое тело, в котором происходят термоядерные реакции. Температура на поверхности звезды достигает тысячи кельвинов, а внутри измеряется миллионами.

Изначально состав звезды аналогичен составу межзвёздной материи. В дальнейшем по составу можно судить о природе межзвёздного пространства и о тех термоядерных реакциях, которые происходят в теле звезды во время её развития. Зная химический состав звезды, можно достаточно точно определить её возраст.

Само небесное тело состоит в основном из гелия и водорода. Также в составе некоторых звёзд присутствуют оксиды титана и циркония, такие радикалы, как CH, CH2, OH, C2, C3, Верхний слой звезды состоит, в основном, из водорода: в среднем на 10 тысяч атомов водорода приходится примерно тысяча атомов гелия, 5 - кислорода и менее 1 атома некоторых других элементов.

Известны звезды, в которых содержание некоторых химических элементов сильно повышено. Например, существуют кремниевые звёзды (с повышенным содержанием кремния), железные, углеродные. В относительно молодых звёздах часто встречается высокое содержание тяжёлых элементов. В одном из таких небесных тел обнаружено содержание молибдена, в 26 раз превышающее его содержание в Солнце. Чем больше возраст звезды, тем меньше в ней содержание элементов, у атомов которых масса больше, чем у атомов гелия.