5.4.2 Звезды: разнообразие звездных характеристик и их закономерности. Источники энергии звезд

Характеристики звезд и их закономерности

Согласно современных взглядов, звезда представляет собой раскаленный газовый шар, который существует в своём состоянии достаточно большое количество времени из-за того, что у него имеется собственная внутренняя энергия. На протяжении всей своей жизни состояние звёзд поддерживается противостоянием, зависящим, в свою очередь, от гравитации, которая стремится как можно сильнее сжать небесное тело, а также давления газа, которое старается разорвать его и разнести по всему космическому пространству.

Высокая температура звезд достигается, благодаря наличию постоянно существующего источника энергии, которым являются термоядерные реакции, идущие в недрах. Основными характеристиками звезд, которые можно так или иначе определить, является их мощность, степень излучения, вес, радиус, температура, а также химический состав атмосферы, которая их окружает. Если знать большую часть данных параметров, то вполне возможно определить, сколько той или иной звезде лет. Указанные характеристики могут периодически изменяться в довольно больших границах. Кроме того, все они связаны между собой. В частности, звезды, которые ярче всего светят, чаще всего обладают и наибольшим весом. В свою очередь, мелкие звезды практически не светят, а продолжительность существования звезд является настолько большой что учёные не могут достоверно проследите ее от начала и до конца. К примеру, даже самая молодая звезда, которая утратила свое состояние, могла просуществовать несколько миллионов лет. А между тем, осуществляя наблюдение за молодыми и старыми звездами, ученые могут составить наиболее оптимальную картину мира, которая могла бы объяснить характеристики данных небесных тел.

Химическим составом звезд впервые заинтересовались в середине XIX века. В это время при помощи метода спектрального анализа было определено, из каких элементов состоит солнце, а также наиболее ближайшие к Звезде звезды. Кроме того, тот же самый метод показал, что ни на одной из обнаруженных звезд нет химических элементов, которые не были бы известны науке. Наиболее часто встречающимся элементом в составе звезд является водород, следующим за ним идет гелий, концентрация которого примерно в 3 раза меньше предыдущего. Помимо данных элементов, на звездах можно встретить и иные химические соединения – кислород, азот, железо, углерод и так далее.

Когда человек смотрит на звёзды, то первый момент, на который он обращает - это различная степень их яркости. Что касается характеристик, в данном случае основной из них является степень блеска любой звезды. Определяется, согласно историческим традициям, первая звездная величина, присвоенная наиболее ярким небесным телам, шестая - к самым слабым. Разница каждой ступени заключается в том, что звезда более высокой ступени светит примерно в два с половиной раза ярче предыдущий. Впоследствии были добавлены нулевые, а также отрицательные звездные величины - это звёзды, блеск которых невозможно увидеть невооружённым глазом.

Относительно расстояния от Земли до той или иной звезды, а также расстояния между самими звездами следует сказать, что его можно определить лишь при помощи достаточно точного оборудования. Пожалуй, именно этим объясняется тот факт, что до пятидесятых годов прошлого века точно определить эти расстояния никому не удавалось. Что касается определения расстояния на сегодняшний день, то его можно найти лишь для тех звезд, которые близко расположены к Земле.

Помимо света, а также видимого блеска одной из основных характеристик звёзд является их цвет. В частности, у большинства небесных тел заметен голубовато-белый либо красный цвет. В зависимости от света зависит и температура звезды. Голубые звезды является наиболее теплыми, а жёлтые - самыми холодными. Кроме того, необходимо отдельно выделить красные звезды, температура которых очень низкая. Однако, даже такая звезда будет горячее любого расплавленного металла для человека.

Что касается размеров звезд, то они являются достаточно большими. Например, на сегодняшний день известна такая звезда, размер которой превышает размер солнца в несколько сотен раз. Если ее поместить вместо солнца, то она займёт практически половину всей Солнечной системы. Между тем, данная звезда находится не в нашей галактике. Прямые оценки массы могут быть сделаны только на основании закона всемирного тяготения. Такие оценки удалось получить для большого числа звезд, входящих в двойные системы, путем измерения скорости их движения вокруг общего центра масс. Все другие способы вычисления массы считаются косвенными, поскольку они строятся не на законе тяготения, а на анализе тех звездных характеристик, которые так или иначе связаны с массой. В основном это светимость. Практически для всех звезд действует правило: чем выше светимость, тем больше масса.

Ещё одной достаточно важной характеристикой звёзд является их масса. От этого зависит ее температура и давление, что в свою очередь влияет и на остальные характеристики. Чем меньше масса звезды, тем она будет холоднее. Изучая основные характеристики звезд и соотнося их друг с другом, ученые в сфере астрономии смогли установить те, факты, которые до этого были неизвестны человечеству. В частности, они определили, как устроено то или иное небесное тело, как оно появляется и какие изменения происходят в течение всей жизни этого тела.

Источники энергии звезд

Звезды светят очень и очень долго. Откуда же берётся огромная энергия, необходимая для излучения звезд? Успехи ядерной физики и квантовой механики позволили сделать вывод о том, что таким источником являются термоядерные реакции, происходящие в недрах звёзд благодаря очень высоким температурам. Это реакции синтеза ядер гелия из ядер водорода (протонов).  2 протона на огромной скорости сталкиваются и соединяются в дейтрон, состоящий из 1 протона и 1 нейтрона. Далее дейтрон сталкивается с другим протоном и испускает γ–квант, в результате образуется частица Не³. Заключительная реакция, синтезирующая Не⁴ происходит между двумя частицами Не³. Схема реакций: