- Физические характеристики звезд
- Знать: понятие спектрального класса звезд; две классификации звезд; понятие главной последовательности
- Уметь: определять спектральный класс звезды в зависимости от температуры ее поверхности; использовать диаграмму Герцшпрунга - Рассела
- Какие размеры имеют звезды?
- Как цвет звезды зависит от температуры на ее поверхности?
- Что отражает диаграмма Герцшпрунга – Рассела?
Физические характеристики звезд
С развитием техники появилась возможность измерять угловые размеры и годичные параллаксы ближайших звезд. Полученные данные позволили астрономам вычислить диаметры исследуемых звезд и расстояния между звездами и нашей планетой. Также для оценки различных характеристик звезд используются спектральный анализ и измеряется мощность светового излучения – светимость звезды .

Результаты исследований говорят о том, что во Вселенной находится огромное количество звезд, большинство из которых имеет размеры, сопоставимые с размерами Солнца. Однако существуют звезды – гиганты, такие как звезда Бетельгейзе, радиус которого сопоставим с радиусом орбиты Земли (рис. 1); а также звезды – карлики, имеющие размеры, сравнимые с размером Земли.
Если размеры звезд имеют очень широкий диапазон, то значения их масс лежат в достаточно малых пределах:
.
У звезд, массы которых удовлетворяют соотношению выше, в процессе из образования сначала наблюдается рост гравитационных сил, увеличение плотности и разогрев ядра. Результатом этих процессов является термоядерная реакция, энергия продолжает выделяться до тех пор, пока ее количество не станет равно потерям на излучение. В этот момент гравитационное сжатие прекращается, звезда приходит в устойчивое состояние.
Если же размер небесного тела меньше, чем , то гравитационные силы недостаточно велики, чтобы вызвать нагрев центральной части и спровоцировать термоядерные реакции. Такие объекты не являются самосветящимися телами.
Известно, что мощность светового излучения пропорциональна кубу ее массы : . Таким образом, звезда, имеющая массу будет излучать энергию . Если масса звезды будет превышать массу Солнца более чем в сто раз, такая звезда разрушится, так как гравитационные силы не будут уравновешивать действие сил светового давления, разрушающих звезду.
Цвет поверхности звезды определяется температурой ее поверхности. Все известные звезды в зависимости от их спектра разделены на семь спектральных классов. В таблице 1 приведены диапазоны температур, соответствующие каждому спектральному классу.
Таблица 1. Спектральные классы звезд
Спектральный класс
|
Температура поверхности, К
|
Цвет поверхности
|
Пример звезды (созвездие)
|
О
|
26000 - 35000
|
Голубой
|
Беллатрикс (Орион)
|
В
|
12000 - 25000
|
Бело – голубой
|
Регул (Лев)
|
A
|
8000 – 11000
|
Белый
|
Сириус (Б. Псы)
|
F
|
6200 - 7900
|
Желто - белый
|
Альтаир (Орел)
|
G
|
5000 - 6100
|
Желтый
|
Солнце
|
K
|
3500 - 4900
|
Оранжевый
|
Альдебаран (Телец)
|
M
|
2600 - 3400
|
Красный
|
Бетельгейзе (Орион)
|
Таким образом, Солнце относится к желтым звездам и занимает промежуточное положение в температурном диапазоне звезд.
В начале XX в. было установлено, что, если построить диаграмму, отражающую зависимость светимости звезд от их спектрального класса, большинство звезд будет располагаться вдоль узкой полосы (рис. 2). Эта группа звезд была названа главной последовательностью. Звезды главной последовательности имеют плотность, сопоставимую с плотностью Солнца, а мощность их светового излучения пропорциональна кубу их массы : . Для данной группы звезд справедливо следующее утверждение: чем больше массы звезды, тем больше ее светимость и масса.

Остальные звезды были разделены на сверхгиганты, гиганты и белые карлики.
Полученная зависимость светимости от спектрального класса получила название диаграмма Герцшпрунга - Рассела в честь двух астрономов, Генри Рассела (1877-1957) и Эйнара Герцшпрунга (1873-1967), открывших данную закономерность независимо друг от друга.
Итоги
Массы звезд лежат в пределах:
,
где – масса Солнца.
Если масса звезды будет превышать массу Солнца более чем в сто раз, такая звезда разрушится.
Если же размер небесного тела меньше, чем , то такие объекты не являются самосветящимися телами.
Мощность светового излучения звезды пропорциональна кубу ее массы : .
В зависимости от температуры поверхности различают семь спектральных классов звезд. Солнце относится к желтым звездам главной последовательности и занимает промежуточное положение в температурном диапазоне звезд.
Контрольные вопросы
1. В каких пределах лежат массы всех звезд?
2. Почему не могут существовать звезды, масса которых превышает массу Солнца более чем в 100 раз?
3. Как связаны светимость звезд главной последовательности с их массой?