Звёзды

Что такое звезда

Звезда — это светящийся шар газа и плазмы, в котором идут термоядерные реакции, удерживаемого в таком виде своим собственным гравитационным полем. Раньше считалось, что звёзды не претерпевают никаких изменений. Конечно, продолжительность их жизни велика (миллиарды лет), но они рождаются, проходят несколько стадий развития и, наконец, умирают, как и всё во Вселенной. Изучая многие звёзды на различных стадиях их существования, астрономы поняли, как развивается жизнь этих космических объектов от зарождения до смерти.

Как рождаются звёзды

Формирование такого рода космических тел начинается в облаках пыли и газа, называемых туманностями, которые перемещаются в космическом пространстве. Вещество туманностей — это остатки более старых звезд, которые взорвались или внешние части которых развеяны. Если туманность подходит близко к галактике или испытывает действие ударной волны от взрыва звезды, она может быть сжата. Частички материи начнут сближаться.

Гравитационное поле растущих глыб вещества удерживает их вместе и притягивает вещество извне. Образующийся шар сжимается под воздействием собственной силы тяжести, а его температура увеличивается.

Эта первозданная глыба вещества называется протозвездой. Ядро протозвезды сжимается быстрее, чем наружная оболочка. Когда его температура достигает 10 миллионов градусов (по Цельсию), водород в ядре начинает гореть. То есть происходит процесс, называемый ядерным синтезом. Атомы водорода соединяются, образуя гелий и выделяя огромное количество энергии в виде тепла и света, при этом прекращается сжатие ядра. Темная протозвезда превратилось в сияющую звезду. Процесс образования может длиться до 100 миллионов лет.

Главная последовательность звёзд

Звезды постоянно зарождаются в нашей Галактике. Как только новая световая единица начинает сиять, говорят, что она «вошла в главную последовательность». То есть это такой период в жизни звёзд, и он в жизни звезды самый продолжительный. Можно для наглядности сравнить с человеком – детство, юность, взрослый человек, старость. Самый длинный период – взрослости. Вот у звёзд тоже, можно так сказать, что это период их взрослости, они в это время больше всего «работают» – светят. Солнце в настоящее время — звезда главной последовательности.

Звёзды-гиганты

Когда в ядре уже не остается водородного топлива, начинает действовать сила тяжести и ядро сжимается опять. Оно нагревается и поджигает водород в окружающем веществе. Эта материя расширяется, и звезда очень сильно растет. Из-за красного свечения такие объекты называют красными гигантами. Ядро продолжает сжиматься и нагреваться до тех пор, пока его температура станет достаточной (примерно 100 миллионов градусов по Цельсию) для воспламенения гелия — вещества, из которого состоит ядро.

Антарес – ярчайшая звезда в созвездии Скорпиона и вообще она из самых ярких видимых нами звёзд, красный сверхгигант. Находится на расстоянии примерно 550 световых лет от Солнца. Диаметр этого космического монстра такой, что если бы он был на месте Солнца, то заканчивалась бы эта звезда дальше орбиты Марса!

Звёзды-карлики

Когда в ядре не остается гелия, оно опять начинает сжиматься, нагревается и поджигает гелий в оболочке. На этой стадии быстро расширяющаяся оболочка может быть унесена в окружающий космос со скоростью 70 000 км/ч. Больше сжиматься ядро уже не сможет. Горение заканчивается, и звезда становится, как говорят, белым карликом. Со временем она охлаждается, перестает испускать свет и исчезает.

Чёрные дыры и нейтронные звёзды

Звезда, превосходящая по массе наше Солнце более чем в пять раз, заканчивает свое существование по-другому. Она может продолжать сжиматься, воспламеняться и образовывать новые вещества до тех пор, пока вещество ядра не превратится в железо. После этого горение прекращается и ядро разрушается в результате вспышки, уносящей внешние слои звезды в космос. Образуется сверхновая звезда — возможно, это наиболее захватывающее явление во вселенной.

Взрывная звезда может быть ярче целой галактики. Вещество, выброшенное в космическое пространство, со временем образует новые звезды и планеты. Самые тяжелые элементы во Вселенной, такие как золото и уран, образовались на сверхновых звездах. Ядро может пережить взрыв сверхновой звезды, превратившись в очень маленькое, темное, плотное тело, называемое нейтронной звездой, а иногда — «черной дырой».

Одним из любимых объектов космической фантастики всегда были как раз так называемые черные дыры, которые безжалостно всасывали в себя всякого, кто неосторожно окажется рядом. И это действительно так. Черные дыры образуются на месте остывших звезд и имеют массу, во много раз превышающую солнечную при диаметре всего в несколько километров. За счет огромной плотности сила притяжения черных дыр так велика, что не только все материальные объекты, но и свет втягиваются внутрь. Отсюда собственно и пошло название — черная дыра.

Однако современная наука сумела разобраться и с этими монстрами космоса. Используя несколько телескопов, размещенных на космических аппаратах, астрономы из 20 стран исследовали черную дыру в центре галактики Маркаряна, расположенную в 500 миллионах световых лет

Вещество нейтронной звезды уплотнено так сильно, что один кубический сантиметр его может весить тысячи миллионов тонн.

Утверждение Джордано Бруно

Мы знаем, что Солнце представляет собой одну из звёзд, а это означает, что все звёзды — также «солнца». Так говорил Джордано Бруно задолго до того, когда это могло быть доказано, как теперь. В настоящее время наиболее важная часть астрономии основана на этой важной истине. Все, что мы знаем теперь относительно звезд, помогает нам понять и нашу звезду — Солнце; а всё, что мы узнаем относительно Солнца, помогает нам понять звёзды — чужие солнца.

Но мы должны начать с самого начала. Мы знаем, что начало изучения звёзд относится к очень давним временам, за много веков до изобретения телескопа или же какого-либо инструмента, когда человек имел только пару глаз и хорошие мозги. У ассирийцев и египтян, халдеев и греков не было телескопов. Но они узнали о звёздах почти все то, что было известно вплоть до наших времен. Потому что всякий, умеющий пользоваться своими глазами, может изучать звёзды и очень многое узнать о них.

Как звёзды движутся

Первое, что люди узнали, это то, что некоторые из блестящих точек на небесах, похожие на звёзды, движутся или странствуют между другими звёздами. Эти странницы или «планеты» понятны нам теперь. Мы отделили их в семью нашего Солнца и удерживаем слово «звёзды» для тех лишь светил, которые в продолжение стольких веков назывались поначалу неподвижными звёздами в отличие от странствующих звёзд. У нас есть полное основание отбросить это слово неподвижные.

• Во-первых, в нем нет никакой необходимости, потому что странствующие звезды мы можем называть планетами, а совсем не звёздами
• во-вторых, название неподвижные звезды неверно, потому что нам известно, что все они движутся.

Однако, если мы будем наблюдать звезды каждую светлую ночь в течение всей своей жизни, мы не заметим простым глазом их ничтожного передвижения. И это справедливо относительно большинства их, даже если их наблюдать в течение целых столетий. По-видимому, они остаются в одном и том же положении относительно друг друга, хотя все небо оказывается повернутым к нам различными своими сторонами в различные времена года или в различные часы ночи. Зимнее небо, например, видимое с нашей части света, гораздо интереснее летнего неба. Самые большие скопления звезд в той полосе, идущей поперек всего неба, которая называется Млечным путем.

Созвездия

Для человеческого зрения звёзды, естественно, располагаются по группам, и эти группы, как известно, называются созвездиями. Но на самом деле это не так, это только выглядит, как группа.

Ночь за ночью или год за годом звёзды, образующие созвездия, остаются почти в одном и том же положении относительно друг друга. И таким образом, если шесть звезд образуют нечто вроде короны, их так и зовут Короной. Таково созвездие Северная Корона, и вы можете легко найти его на небе.

Когда мы смотрим на небо, то оно представляется нам чем-то вроде купола или котла, опрокинутого над нами, с прикрепленными на нем звездами. Причем все звёзды находятся на одном и том же уровне или расстоянии от нашего глаза. Поэтому прежде думали, что то, что нам кажется группой звёзд, и на самом деле есть такая группа или созвездие. 

Что думали люди о звёздах в старину

Старинные астрономы, действительно, полагали, что звёзды прикреплены к нижней поверхности огромной хрустальной сферы, внутри которой мы живем. И что движение небесного свода в целом зависит от движения этой огромной сферы или полого шара, движущегося вокруг своей оси и несущего вместе с собой все звёзды.

Предполагалось, что у планет, движущихся отдельно, должны быть свои хрустальные сферы, и можно себе представить, какой сложной и невероятной должна была казаться Вселенная, раз в самой основе была сделана ошибка! Это все равно, как если бы вы, взглянув на свою комнату, предположили, что все в ней находится на одном и том же уровне, на одном расстоянии от вашего глаза.

Курьёзное представление имели бы вы о своей комнате! Но, конечно, вы видите комнату в перспективе, и вы знаете, что предметы, лежащие рядом вашем поле зрения, могут быть одни близко к вам, другие же, наоборот на другом конце комнаты.

Глубина небесного свода

К сожалению, мы не можем видеть неба в такой перспективе. Если бы это было возможно, если бы мы могли хоть немного проникнуть нашим собственным взором в глубину пространства, то больше половины всех астрономических ошибок никогда бы не было сделано. Любой мальчик мог бы их исправить в первый же раз, выйдя из дома в ясную ночь. 

Однажды один остроумный англичанин изобрел способ дать некоторое представление о небесной перспективе или о глубине пространства. Он сделал рисунки неба совершенно тем же способом, как и фотографируются на Земле предметы для стереоскопа: один рисунок он сделал для левого глаза, а другой — для правого. Если смотреть на них обоими глазами в стереоскоп, то эти рисунки дадут нам перспективу неба и мы можем видеть некоторые звезды сравнительно близко, а другие, которые находятся на небе как раз за ними, будут нам казаться светящими из глубины пространства.

Итак, мы теперь раз и навсегда уяснили себе, что созвездия или группы звёзд кажутся нам плоскими именно потому, что наше зрение не может дать нам никакого представления о той различной глубине, из которой к нам доходит свет различных звёзд.

Но тем не менее мы, конечно, должны знать и то, какими кажутся нам важнейшие созвездия или группы звезд, потому что они являются, так сказать, указателями места на небе, и на них постоянно ссылаются, когда нужно знать, где найти какую-нибудь планету или комету в определенно время.

Перемещения звёзд

Тут мы можем узнать один очень интересный факт. Неподвижные звезды совсем не неподвижны, следовательно, раз они движутся, то должны изменяться и созвездия. И они изменяются.

1. Первый изумительный факт, касающийся этих изменений, состоит в том, что они так незначительны. У нас сохранились небесные карты за несколько веков; но, в общем, картина небесного свода представляется и теперь почти такой же, какой она была тогда, когда только начали изучать звезды. А между тем многие из этих звёзд движутся, может быть, со скоростью десяти или даже ста километров в секунду. Это означает только, что расстояния от нас до звёзд огромны, потому что чем ближе движущиеся предметы к нашему глазу, тем заметнее их движение, и наоборот.
2. Второй важный факт — это тот, что хотя изменения созвездий и кажутся очень малы, принимая во внимание, ках давно уже люди наблюдают звезды, однако эти перемены все-таки имеются.

Во-первых, мы знаем некоторые созвездия или группы звезд, которых древние не называли и которые получили свои имена не так уж давно. Зная, как тщательно делали свои наблюдения древние астрономы и как охотно они давали имена, мы можем совершенно основательно предположить, что причина, почему они не обратили внимания на эти так называемые новые созвездия, состоит в том, что они их просто не видели. Образующие их звезды двигались по небесному своду, и, следовательно, наши новые созвездия являются действительно новыми в том смысле, что несколько тысяч лет тому назад образующие их звезды не имели вида группы, как в настоящее время.

Некоторые из имён, данных созвездиям, указывающие на то, что они похожи на известные нам предметы, могут казаться теперь абсурдными. И этот факт можно объяснить тем, что звёзды на самом деле совсем не неподвижны. Возможно, что когда им давалось то или другое имя, звёзды были так расположены, что созвездия более походили на то, чем их назвали, чем в настоящее время.

Северная и южная половина небесного свода

Всякий живущий в нашей части света должен знать некоторые важнейшие созвездия и звёзды, которые можно видеть отсюда безо всяких инструментов, кроме того, с помощью которого греки сделали такие великие открытия в астрономии, а именно пары собственных глаз и разума.

На приложенных здесь рисунках изображено то, что мы, собственно, должны были бы давно знать, и я перечислю нарисованные там главные звезды. Но на рисунках не изображена одна вещь, которая соперничает по красоте с созвездиями, — это северная половина Млечного пути, большой светлый пояс, пробегающий прямо поперек всего неба.

Большая медведица и Полярная звезда

Древние звездочеты увидели в скоплениях звезд на небе некие символические рисунки – их стали называть созвездиями. В действительности звезды одного созвездия кажутся близкими друг к другу только в силу оптической иллюзии, а реальные расстояния между ними могут быть огромными. К созвездиям Северного полушария, которые легче всего различимы невооруженным глазом, относятся, например, Большая Медведица (иначе Большой Ковш), состоящая из семи ярких звезд. И Малая Медведица (Малый Ковш). В последнем созвездии сияет Полярная звезда, которая в любой точке Северного полушария указывает на север. Семь звёзд Большой Медведицы еще похожи на плуг, и так они иногда и называются. А больше всего они похожи на крючок от дверей.

Звезда Арктур

Теперь идите обратно к Большой Медведице и следуйте по направлению ее хвоста, загибая его вниз, пока вы не дойдете до великолепной звезды Арктур. Это — одна из самых блестящих звезд и называется звездой первой величины; это одна из наиболее быстро двигающихся в небе звёзд, и предполагают, что она делает около ста километров в секунду.

Кассиопея

Другое легко заметное созвездие очень похоже на большую латинскую букву \/. Оно называется Кассиопея, а древние его называли Трон на Небе. В нем никогда нельзя ошибиться.

Вега

Ещё более прекрасная белая звезда первой величины — это Вега в созвездии Лиры, расположенном сбоку от Млечного пути. Она особенно интересна, не только тем, что это — одна из самых красивых звезд на небе, но также и тем, что в направлении этой звезды движется в настоящее время Солнце, а с ним и мы, со скоростью почти двадцать километров в секунду.

Созвездие Персея

Совсем близко от Кассиопеи лежит созвездие Персея. Его часто можно наблюдать в виде большого Г, лежащего под большим (представляющим Кассиопею), и оно интересно тем, что одна из его звезд — это знаменитая двойная звезда Алголь, которая состоит в сущности из двух звезд — одной блестящей и одной темной. Эти звезды обращаются друг вокруг друга, так что через каждые несколько дней темная звезда отчасти затемняет блестящую, и таким образом Алголь через каждые несколько дней становится то более, то менее блестящим.

Почему мы не можем знать истинного блеска звёзд

Если мы хорошенько подумаем, то увидим, что ни этим способом, ни посредством нашего зрения и ни каким-либо иным средством мы никогда не будем в состоянии узнать, как велик в сущности блеск разных звезд. Мы можем знать, насколько ярок кажется он нам, можем рассчитать сравнительную силу света, доходящего до нас; но все это не истинный их блеск. Маленькая Луна, которая светит отраженным солнечным светом, гораздо больше блестит, чем огромный Сириус, который, вероятно, ярче тысячи наших солнц. Это различие в кажущейся нам яркости зависит от расстояния звезд от нас, а не от их истинной яркости.

Следовательно, всеми такими средствами мы можем сравнивать только кажущийся блеск звезд. И звезда, кажущаяся нам самой яркой на всем небесном своде, как, например, Сириус, на самом деле может быть одной из самых слабых и казаться нам яркой только потому, что она случайно находится к нам ближе всех других. Следовательно, мы можем узнать что-либо об истинном блеске звезд только познакомившись с расстояниями до них.

Расстояния являются первой великой проблемой изучения звезд. Над ней работают астрономы всего света, и теперь мы уже узнали очень простым путем расстояния до довольно большого количества звезд. Вот как они были найдены.

Каким образом люди открыли расстояние между звёздами

Если какое-нибудь тело находится между вами и стеной и вы измените положение головы, то изменяется и видимое положение тела на противоположной стене. Даже если вы посмотрите на него прежде одним глазом, а затем другим, то его видимое положение на стене изменяется; и если вы знаете расстояние между вашими глазами, то вы можете таким путем измерить и расстояние до того предмета, на который вы смотрите. Теперь, если мы будем иметь дело с таким близким к нам светилом, как Луна, то мы можем изменить положение нашего зрения, просто отметив то место среди звезд, где Луна видна с одной точки Земли, и затем с другой,

Этой линии на Земле вполне достаточно для определения расстояния Луны от Земли, совершенно так же, как достаточно линии, равной промежутку между вашими глазами, для того, чтобы определить длину карандаша, который вы держите перед собой. Но звёзды, даже ближайшие к нам, настолько далеки, что всякая линия, взятая на нашей маленькой Земле, слишком коротка для них.

Что же нам тогда делать — ведь мы не можем подняться над Землей! Но мы можем использовать движение Земли вокруг Солнца. Мы можем наблюдать звезду в какую-нибудь определенную ночь и затем второй раз посмотреть на нее шесть месяцев спустя, когда Земля будет на другой стороне Солнца. Это дает нам линию около 300 миллионов километров — в два раза большую, чем расстояние Земли от Солнца, и этого как раз достаточно для того, чтобы мы могли заметить разницу в видимом положении некоторых звезд и таким путем измерить расстояние до них. Но есть много случаев, когда мы не можем заметить разницы, даже при употреблении такой огромной линии основания. Такие звезды находятся на неизмеримом расстоянии от нас.

Как узнать массу звзды

Вычисление массы звезды, которую мы совсем не видим, возможно в том случае, если есть небесный объект, другая звезда, влияющая на нашу невидимку. И мы по степени влияния соседки вполне можем сделать необходимые расчёты. Потому, что притяжение зависит от массы тел. Есть много так называемых двойных звёзд. Они движутся одна вокруг другой. Именно в таких случаях и вычисляется масса невидимой нам звезды.

Можно сказать, что проведение таких вычислений и установление масс невидимых звёзд –  величайший триумф астрономии.

Объемов же звёзд мы не можем определить прямым путем, мы можем только делать расчёты. Причина этому та, что мы не располагаем никакими средствами, с помощью которых мы могли бы видеть поперечную величину какой-нибудь звезды. Так как телескоп нам этого не может показать и так как наше изучение света звезды и не говорит нам ничего относительно ее величины, то очень трудно даже наметить способ, которым можно было бы измерить ее объем.

Каким образом ученые пытаются определить величину звёзд

Но нельзя сказать, чтобы мы окончательно потеряли всякую надежду на это, потому что мы можем узнать кое-какие другие данные о той или иной звезде, по которым мы можем, по крайней мере, догадываться об ее вероятной величине. Если, например, нам известно расстояние до звезды, яркость ее и количество вещества в ней, то мы будем очень недалеки от того, чтобы догадаться, какова должна быть вероятная величина.

Самое большее, что мы можем сказать, это то, что, вероятно, та или другая звезда во столько-то раз больше Солнца, потому что даёт во столько-то раз больше света.

Сколько на небе звёзд?

Последнее, что нам остается теперь указать относительно звёзд — это число их. Чтобы определить его, нужно нечто большее, чем наш глаз, вооруженный самым огромным телескопом. Мы должны прибегать еще к помощи фотографической пластинки, которая может видеть больше звёзд, чем глаз, потому что свет звёзд оказывает больше влияния на фотографическую пластинку, чем на человеческий глаз. Таким образом было найдено, что число всех видимых звёзд превосходит сотни миллионов.

Мы не можем заметить, чтобы с улучшением телескопов и фотографии число звезд возрастало в такой же пропорции, как это можно было бы ожидать, если бы их число было действительно бесконечно. Наоборот, мы имеем все основания предполагать, что число звёзд, составляющих наше небо, ограничено, и, наверное, также ограничено и число тёмных, невидимых нашим глазам звёзд. Вероятно, что наше звёздное небо имеет границы, но, может быть, существует бесконечное количество других таких же вселенных в других частях пространства…

Правда ли, что звезды падают

Нет, на самом деле то, что мы называем падающими звездами, – это метеоры – частицы космической пыли, попадающие в атмосферу Земли. При быстром движении частиц сквозь атмосферу расположенный вдоль их траектории газ разогревается и светится. Когда Земля пересекает метеорный рой (скопление метеоров на орбите вокруг Солнца) возникает метеорный поток. Метеорные потоки наблюдаются в строго определенное время года. В Европе полюбоваться падающими звездами можно ночью 12 августа, когда Земля проходит через скопление Персеид.