Глава 14. КОНЦЕПЦИИ СТРОЕНИЯ МЕГАМИРА

Звезды — это основные тела Вселенной, в них сосре-

что соответствует разности звездных величин 3,5. Поэтому

доточено более 90% наблюдаемого вещества. Солнце —

звездная величина Сириуса (+2 – 3,5)= –1,5, а Солнце

одна из звезд, другие звезды представляются светящимися

посылает энергии в 1010 раз больше, чем Сириус. Здесь

точками на небосводе, так как очень далеки от нас. От-

учтено, что освещенности, созданные одним источником

дельные группы звезд — созвездия — выделяли еще в

на разных расстояниях, обратно пропорциональны квад-

древности, в их названиях отражены образ мыслей, пре-

ратам этих расстояний.

дания, легенды и жизнь разных народов. Сейчас на звездном

Звезды — газовые шары, которые светят собственным

небе выделено 88 созвездий с четко обозначенными гра-

светом (в отличие от планет). Мир звезд многообразен.

ницами, 60 из них — видны с территории нашей страны.

По физическим характеристикам звезды делят на нормаль-

Было замечено, что в течение суток звезды делают полный

ные звезды, белые карлики è нейтронные звезды. Размеры

круг по небу и центр этого круга (полюс мира) находится в

большинства звезд различны — от 10 до 107 км. Диаметр

том же направлении, в котором днем отбрасывается самая

Солнца — 1,4 млн км. Белые карлики и нейтронные звезды

короткая тень. Постепенно люди научились ориентиро-

имеют диаметр всего 10–20 км, есть гиганты — Бетель-

ваться (от лат. oriens — восток) и по звездам. В ритме со

гейзе, Арктур, а самые большие, красные гиганты, больше

сменой времен года изменяется вид звездного неба и

Солнца настолько, что, оказавшись на его месте, заняли бы

наибольшая высота Солнца в полдень. Созвездия, видимые

объем, включающий орбиту Юпитера. Плотность гигантов

над горизонтом вечером на западе, примерно через 2,5 ме-

и сверхгигантов мала (меньше воздуха в атмосфере Земли),

сяца уже появляются утром на востоке. Значит, Солнце

солнечного вещества — больше плотности воды в 1,5 раза,

движется справа налево среди звезд, его путь называют

а белого карлика (звезды Сириус В) порядка 2т/см3.

эклиптикой. Обычно созвездия служат фоном, на котором

Плотность нейтронных звезд еще больше — 1014 êã/ì3, ÷òî

изучаются и описываются положения перемещающихся по

соответствует плотности атомного ядра.

небу тел. Часть созвездий, по территории которых прохо-

Светимость звезды — это мощность оптического

дит годовой путь Солнца, относят к поясу Зодиака. Â äðåâ-

излучения. Солнце излучает 3,8 1026 Вт. Чаще всего

ности в него входили 12 созвездий, с ними связывали и

светимости звезд выражают в светимостях Солнца. Диа-

деление года на 12 месяцев, так как Солнце проходит

пазон светимостей наблюдаемых звезд огромен — от 10–3

участок каждого из них за месяц, т.е. по 30 градусов дуги.

äî 106 светимостей Солнца. Для нас Солнце много ярче

Сейчас путь Солнца проходит через 13 созвездий. В каждом

других звезд, но это не означает, что оно излучает больше

созвездии звезды обозначаются по порядку по мере умень-

энергии, чем другие. Для исключения влияния расстояния

шения яркости буквами греческого алфавита. Некоторые

ввели понятие абсолютной звездной величины, которую

яркие звезды имеют свои собственные названия, которые

имела бы звезда, находящаяся от нас на расстоянии в 10 пк.

чаще всего достались им от греческих (Сириус), латинских

Абсолютная звездная величина M связана с видимой m

(Регул) или арабских (Альтаир) астрономов.

соотношением: M = m + 5 – 5lg r. Величина m – M называется

Звездные величины, введенные в древности, обозна-

модулем расстояния. Для Солнца абсолютная звездная

чают буквой m. Все видимые звезды еще во II в. до н.э.

величина MÑ равна +4m,72, т.е. существенно меньше, чем

астроном Гиппарх разделил по яркости: переход от одной

видимая, как для всех звезд, которые ближе 10 пк.

звездной величины к другой глаз ощущает одинаковым

Расстояния до звезд, как уже указывалось, измеряют

перепадом блеска. Самые яркие — звезды с m = 1, самые

методом параллакса, единицами длин служат пк и св. год.

слабые — с m = 6. В безлунную ночь невооруженным глазом

Парсек (пк) соответствует годичному параллаксу в 1″, ò.å.

можно видеть почти 3000 звезд (до 6-й звездной величины),

с этого расстояния 1 а.е. видна под углом в 1″. Отсюда

с телескопом — почти 350 тыс. звезд до 10-й величины,

следует, что в 1 пк столько а.е., сколько угловых секунд в

32 млн — до 15-й и 1 млрд — до 20-й. Так как восприни-

1 радиане, т.е. 1 пк = 206265 а.е. Наибольший годичный

маются лишь относительные изменения яркости, эти зна-

параллакс π = (0″,76) имеет ближайшая к нам звезда —

чения связаны со свойствами глаза. Диапазон в 5 звездных

Проксима Центавра. Поскольку расстояние r = a/sin π,

величин соответствует отношениям их блеска в 100 раз.

r = (206265″/0″,76)a = 272000 a, т.е. самая близкая к нам

Поэтому отношение блеска на одну величину соответствует

звезда находится в 272000 раза дальше, чем Солнце. Свето-

(100)1/5 = 2,512. Эта величина и была принята: m =m –2,5lgE,

вой год (св. год) есть расстояние, которое проходит свет за

0

ãîä, ò.å. 365,25 86400 3 108 ì = 9,46 1015 ì = 63100 à.å. Íî

здесь Å — освещенность (световой поток, падающий на

единичную площадку поверхности), m0 = –13m,89 — звезд-

1 пк = 206265 а.е., и потому 1 пк = 3,26 св. года.

ная величина, соответствующая одному люксу. И отно-

В XIX столетии звезды рассортировали по размерам и

шения освещенностей звезд равно 2,5 в степени разности

массам, а в конце века — по спектрам.

их звездных величин, т.е. m2 – m1 = –2,5lg(E2/E1). Äëÿ

Спектральные классы ввел в 1900 г. американский

Солнца m

C

= –26m,58, для полной Луны m = –12m,7, поэтому

астроном Э.Пикеринг, обозначив их буквами латинского

L

из приведенной формулы можно заключить, что при одина-

алфавита. Границы между классами были нечеткие, и

ковой высоте над горизонтом полная Луна освещает земную

впоследствии каждый класс разбили на группы от 0 до 9,

поверхность в 465000 раз слабее Солнца. Сириус ярче

так что наше Солнце попало по спектру в G2. По спект-

Полярной звезды, имеющей звездную величину +2, в 25 раз,

ральным сериям определяют температуру звезд. Спект-

ления, содержащие до миллиона звезд; рассеянные скоп-

похожа на пыль, концентрация которой в 100 раз меньше

ления, содержащие лишь100–1000 звезд; субкарлики и

газовой. Частицы пыли похожи на ледяные загрязненные

переменные типа RR Лиры); к старым относят красные

кристаллики с Ò ≈ 17 К. Газопылевые облака поглощают

карлики, красные гиганты и цефеиды. Их возраст порядка

свет далеких звезд, их поглощательная способность пропор-

1010 лет. Старые объекты находятся ближе к центру Галак-

циональна 1/λ. Например, ядро Галактики удается наблю-

тики. В плоскости Галактики расположены звезды молодые

дать только в инфракрасном и радиодиапазонах. В центре

и среднего возраста — население I, èëè диска (звезды

Галактики обнаружен мощный источник радиоизлучения

Главной последовательности спектральных классов Î è

Стрелец-А. В нем предполагают наличие массивной черной

 — самые молодые и горячие, G, K, M — карлики). Это

дыры, окруженной газовым диском диаметром около

рассеянные звездные скопления, горячие звезды — гиганты

1 млрд км. Из ядра, линейные размеры которого около

и сверхгиганты, сверхновые звезды, долгопериодические

4000 св. лет, с огромными скоростями (до 600 км/с) выбра-

цефеиды, молекулярные облака, светлые и темные туман-

сываются сгустки вещества, масса которых за год оцени-

ности. Возраст их порядка 107–108 лет, они недавно обра-

вается в 1 массу Солнца. В основном облака концентри-

зовались из межзвездного газа, поэтому находятся в плос-

руются вблизи галактической плоскости. Туманности

кости, вблизи него. Межзвездного газа по массе немного —

скрывают тайны строения нашей Галактики.

около 5% общей массы, и он сконцентрирован в спиральных

Ядро Галактики изучено плохо, так как центральная

рукавах. Наше Солнце находится посередине между двумя

область почти недоступна для наблюдений из-за сильного

спиральными рукавами. Промежуточную группу по воз-

поглощения в межзвездной среде. Наблюдения в разных

расту занимают звезды, заполняющие диск Галактики

областях спектра позволили установить, что его размер

толщиной около 1 кпк. Это новые звезды, планетарные

около нескольких килопарсек (кпк). Плотность звезд

туманности, яркие красные гиганты, расположенные в ядре

достигает 107 звезд/пк3, тогда как вблизи Солнца — одна

Галактики (рис.19).

звезда на 10 пк3. В центре Галактики находится источник

Сравнительно молодые звезды верхней части Главной

нетеплового излучения (Стрелец А), вероятно, очень

последовательности входят обычно в состав рассеянных

быстрые электроны, которые возникают при вспышках

скоплений. Непосредственному наблюдению доступны

сверхновых звезд или пульсаров, ускоряются в магнитных

около 1000 таких скоплений, и все они принадлежат диску.

полях. Мощное излучение от ядра существует в радио-

Кроме рассеянных скоплений, в Галактике более 100 øà-

диапазоне и в инфракрасной области. Есть предположения,

ровых скоплений, представляющих собой достаточно ком-

что это массивное быстровращающееся плазменное тело

пактные образования из сотен тысяч и даже миллионов

«магнетоид» или черная дыра.

звезд. Они получили такое наименование потому, что в

Движения старых и молодых звезд в Галактике

центре скопления блеск близко расположенных звезд

различны. У старых — большие эксцентриситеты орбит, а

сливается в яркий фон. Ближайшее шаровое скопление

молодые движутся почти по окружностям. Получаются две

можно видеть в созвездии Центавра даже невооруженным

подсистемы: молодые звезды быстро вращаются внутри

глазом в виде размытого пятна. Шаровые скопления очень

почти неподвижной системы более старых звезд.

устойчивы, они образуют сферическую подсистему. В шаро-

Старое население Галактики почти равномерно зани-

вых скоплениях много бело-голубых звезд и мало красных

мает почти сферический объем, концентрируясь ближе к

гигантов. Многие из шаровых скоплений являются источ-

центру, а молодое — концентрируется в диск, толщина

никами мощного рентгеновского излучения. Это объясняют

которого в десятки раз меньше радиуса. Поэтому на боль-

аккрецией межзвездного газа на черные дыры, находя-

ших расстояниях от центра преобладает излучение звезд

щиеся, по мнению некоторых ученых, в центре шаровых

диска, а вблизи центра — излучение сферической под-

скоплений.

системы. Получается некое утолщение диска в его центре.

Межзвездный газ относят к населению диска, по-

Советский ученый Б.В.Кукаркин выделил в Галактике три

скольку по своему химическому составу, расположению и

подсистемы: плоскую, промежуточную и сферическую,

характеру движения он ближе всего к молодым звездам.

различающиеся по степени сосредоточенности звезд в

В спектрах были открыты линии межзвездного натрия,

плоскости Галактики. Он показал, что звезды с одина-

калия, железа, титана и водорода (по косвенным данным,

ковыми физическими характеристиками одинаково распре-

например, потому, что водород образует вместе с атомом

делены в пространстве. Вблизи Солнца пространственные

углерода молекулу СН). Измерения взаимных положений

скорости звезд различны по величине и направлению.

компонент в спектрах позволили составить схемы обра-

Относительно Солнца они составляют 20–30 км/с.

щения облаков вокруг центра Галактики. Средняя плот-

Галактический год — период вращения Солнца вокруг

ность водорода в межзвездной среде порядка 0,1 частицы в

центра Галактики. Участвуя в общем движении Галактики,

1 ñì3, а в плотных облаках — до нескольких тысяч. Соот-

Солнце движется со скоростью 240 км/с и делает полный

ношение водорода и гелия в межзвездной среде оцени-

оборот вокруг центра за 230 млн лет. Направляя радио-

вается как 9:1. В спиральных рукавах плотность водорода

телескоп в разные участки Млечного Пути, ученые изучили

примерно на порядок выше, чем между рукавами.

распределение водорода в пространстве облаков, линия

Межзвездная среда ослабляет свет звезд примерно на

водорода на λ = 21 см оказалась расщепленной. Так уста-

0,6 зв. величины на пк, как доказал в 1847 г. русский

новили спиральные рукава, вдоль которых образуются

астроном В.Я.Струве, а советский ученый П.П.Паренаго

молодые звезды.

вывел формулу учета этого ослабления. Межзвездная среда