Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Category:

Начала физики. 40. Зоология звезд и основное их топливо.

      Мы видим звезды точками разной яркости и цвета. И только. Но звезды гораздо разнее, чем мы их видим. И век с небольшим назад Герцшпрунгом и Расселом была нарисована весьма наглядная диаграмма классификации звезд, смысл которой, как и смысл таблицы Менделеева, становится с каждым годом все яснее и яснее. С диаграммы Герцшпрунга-Рассела и начнем знакомство с основами зоологии звезд.

      1. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела.



     Что видно на этой диаграмме? По горизонтали на ней отложена температура поверхности (фотосферы) звезд в градусах Кельвина и соответствующие знаки их классификации (от O до М). Черт знает, кто вводил классификацию звезд такими буквами, но студенты запоминают ее мнемограммой O, Be A Fine Girl, Kiss Me!  А по вертикали - светимость звезд в единицах светимости Солнца.

      Видно, что интервал температур фотосфер звезд различается немногим более чем на порядок. От 2000-3500 °К у красных карликов класса М до порядка 60000 °К у голубых сверхгигантов класса О (температура фотосферы Солнца - около 5800 °К, его класс - G2). Сразу заметим, что светимость звезды, как величина излучаемой с ее поверхности энергии в единицу времени (по сути - "мощность" звезды) пропорциональна квадрату ее радиуса (геометрический фактор) и четвертой степени температуры ее фотосферы.
      Весьма наглядно на этой же диаграмме косым пунктиром отмечены линии фиксированных размеров звезд в единицах радиуса Солнца.

      2. Звезды главной последовательности.
      Слева направо и сверху вниз на диаграмме Г-Р видна мощная "река" звезд, называемая главной последовательностью. В ней сосредоточено подавляющее большинство наблюдаемых звезд. Хорошо дополняет диаграмму Г-Р по параметрам звезд главной последовательности такая схема:

      В этой схеме четко прослеживается зависимость класса звезды, ее цвета и температуры ее поверхности от массы звезды в единицах масс Солнца. Самые яркие звезды класса О являются одновременно и самыми массивными - их массы, хоть и в редких случаях, превышают массу Солнца в 100 и более раз. Самыми тусклыми звездами на этой схеме являются красные карлики класса М. Нижний предел их массы - 0,08 солнечной массы.
      Примерно четверть века назад открыли еще один класс самых тусклых звезд - коричневые карлики. Температура их поверхности меньше 2000 К°, а массы лежат в пределах 0,013-0,08 солнечных масс. Фактически такие звезды есть переходная форма между звездами и планетами-гигантами. Наш Юпитер имеет массу в 13 раз меньше нижнего предела массы для коричневых карликов, а наше Солнце имеет массу в 12 раз больше верхнего предела массы таких карликов.

      3. Как долго живут звезды на главной последовательности?
      Из приведенных выше числовых данных, зависимостей и диаграмм следует, что у самых ярких звезд радиус на 1-1,5 порядка больше, чем у Солнца, а температура фотосфер на порядок больше, чем у Солнца. Следовательно, их светимость на 6-7 порядков больше, чем у Солнца. Но масса самых ярких звезд всего лишь на два порядка больше, чем у Солнца. А топливо, за счет которого светят звезды, одинаково для всех них. Следовательно, у самых ярких звезд главной последовательности топливо должно заканчиваться за срок примерно на 4-5 порядков более короткий, чем у Солнца.
      Так и есть. Продолжительность жизни самых ярких звезд на главной последовательности составляет единицы миллионов лет. А расчетная продолжительность жизни Солнца - примерно 10 миллиардов лет. Из которых практически половина уже в прошлом. Продолжительность жизни оранжевых карликов (класс К) сопоставима с возрастом Вселенной, а у красных карликов (класс М) существенно превышает его.

      4. Основное топливо звезд.
      Межзвездный газ, из которого через механизм гравитационной неустойчивости газовых облаков образуются звезды, состоит в основном из водорода с небольшой примесью гелия и очень малыми примесями элементов второй и третьей строк таблицы Менделеева, выброшенных в пространство предыдущими поколениями звезд. По мере сжатия газового облака в звезду температура в недрах звезды повышается до десятка и более миллионов градусов. В этих условиях скорости очень малой доли протонов становятся настолько большими, что при лобовом столкновении с другими протонами они оказываются способными преодолеть силы электростатического отталкивания. Зажигается термоядерная реакция синтеза ядер гелия из ядер водорода (протонов). В ходе которой из четырех протонов и превращения двух из них в нейтроны образуется ядро гелия.
      При превращении двух протонов в нейтроны образуются два позитрона, нейтрализуемые аннигиляцией с двумя лишними электронами, два низкоэнергичных нейтрино, о которых мы говорили в разделе "Загадки нейтрино" и, самое главное - высокоэнергичные гамма-кванты. Энергия этих гамма-квантов оказывается порядка 0,7% массы покоя четырех участвующих в реакции протонов или примерно 50 масс покоя электрона. Эти гамма-кванты, непрерывно рассеиваясь на протонах и электронах плазмы звезды и теряя при этом свою энергию, медленно просачиваются к поверхности звезды и излучаются в пространство в видимой части спектра и близких ней ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. За счет чего звезды освещают и греют окружающие их пространство и объекты.

      О дальнейшей же эволюции звезд, их смерти и форм их мумий - в следующих разделах.

Tags: Начала физики
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Конец МКС?

    Объявлено о прекращении участия России в МКС. Аккуратно объявлено - после 2024 года. Как раз тогда, когда истечет второе продление ее эксплутации…

  • Птичка поет кольцами...

    Не только лишь особо тренированные курильшики способны выпускать дым кольцами. Делают это и птички. Разумеется, выпуская из клюва не дым, а…

  • Путин, скорее всего, согласится. И потому окончательно проиграет.

    Политика - это игра в мяч. И тот, кто отдает мяч-инициативу в руки противника, тот, как правило, проигрывает. Менее суток в руках Путина был…

promo moralg march 5, 2018 03:01 44
Buy for 30 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 3 comments