Зірки: види зірок і їх класифікація за кольором і розміром

Кожна людина знає, як виглядають зірки на небі. Крихітні, сяючі холодним білим світлом вогники. В давнину люди не могли придумати пояснення цьому явищу. Зірки вважали очима богів, душами померлих предків, зберігачами та захисниками, оберегающими спокій людини в нічній пітьмі. Тоді ніхто й подумати не міг, що Сонце - це теж зірка.

Що таке зірка

Багато століть минуло, перш ніж люди зрозуміли, що являють собою зірки. Види зірок, їх характеристики, уявлення про що відбуваються там хімічних і фізичних процесах - це нова галузь знання. Стародавні астрономи навіть припустити не могли, що таке світило насправді зовсім не крихітний вогник, а неймовірних розмірів куля розпеченого газу, в якому відбуваються реакції

термоядерного синтезу. Є дивний парадокс в тому, що неяскравий зоряне світло - це сліпуче сяйво ядерної реакції, а затишне сонячне тепло - жахливий жар мільйонів кельвінів.

Всі зірки, які можна побачити на небосхилі неозброєним оком, знаходяться в галактиці Чумацький шлях. Сонце - теж частина цієї зоряної системи, причому розташоване воно на її околиці. Неможливо собі уявити, як виглядало б нічне небо, якби Сонце знаходилося в центрі Чумацького Шляху. Адже кількість зірок у цій галактиці - більш 200000000000.

Трохи про історію астрономії

Стародавні астрономи теж могли б розповісти незвичайне і цікаве про зірок на небі. Вже шумери виділяли окремі сузір`я і зодіакальний круг, вони ж вперше розрахували поділ повного кута на 360⁰. Вони ж створили місячний календар і змогли синхронізувати його з сонячним. Єгиптяни вважали, що Земля знаходиться в центрі Всесвіту, але при цьому знали, що Меркурій і Венера обертаються навколо Сонця.

У Китаї астрономією як наукою займалися вже наприкінці ІІІ тисячоліття до н. е., а

перший обсерваторії з`явилися в XII ст. до н. е. Вони вивчали місячні і сонячні затемнення, зумівши при цьому зрозуміти їх причину і навіть розрахувавши прогнозні дати, спостерігали метеоритні потоки і траєкторії комет.

Стародавні інки знали відмінності між зірками і планетами. Є непрямі докази того, що їм були відомі Галілеєві супутники Юпітера і візуальна розмитість обрисів диска Венери, обумовлена наявністю на планеті атмосфери.

Стародавні греки змогли довести кулястість Землі, висунули припущення про геліоцентрічності системи. Вони намагалися розрахувати діаметр Сонця, нехай і помилково. Але греки були першими, хто в принципі припустив, що Сонце більше Землі, до цього все, покладаючись на візуальні спостереження, вважали інакше. Грек Гіппарх вперше створив каталог світил і виділив різні види зірок. Класифікація зірок у цій науковій праці спиралася на інтенсивність світіння. Гіппарх виділив 6 класів яскравості, всього в каталозі було 850 світил.

На що звертали увагу стародавні астрономи

Первісна класифікація зірок грунтувалася на їх яскравості. Адже саме цей критерій є єдино доступним для астронома, озброєного тільки телескопом. Найяскравіші або володіють унікальними видимими властивостями зірки навіть отримували власні імена, причому у кожного народу вони свої. Так, Денеб, Ригель і Алголь - назви арабські, Сіріус - латинське, а Антарес - грецьке. Полярна зірка в кожному народі має власну назву. Це, мабуть, одна з найважливіших в «практичному сенсі» зірок. Її координати на нічному небосхилі незмінні, незважаючи на обертання землі. Якщо решта зірки рухаються по небу, проходячи шлях від сходу до заходу, то Полярна зірка не змінює свого місця розташування. Тому саме її використовували моряки і мандрівники в якості надійного орієнтира. До речі, всупереч поширеній помилці, це зовсім не найяскравіша зірка на небосхилі. Полярна зірка зовні ніяк не виділяється - ні за розмірами, ні за інтенсивністю світіння. Знайти її можна, тільки якщо знати, куди дивитися. Вона розташовується на самому кінці «рукоятки ковша» Малої Ведмедиці.

На чому ґрунтується зоряна класифікація

Сучасні астрономи, відповідаючи на питання про те, які види зірок бувають, навряд чи стануть згадувати яскравість світіння або розташування на нічному небосхилі. Хіба що в порядку історичного екскурсу або в лекції, розрахованої на зовсім вже далеку від астрономії аудиторію.

Сучасна класифікація зірок грунтується на їх спектральному аналізі. При цьому зазвичай ще вказують масу, світність і радіус небесного тіла. Всі ці показники даються у співвідношенні з Сонцем, тобто саме його характеристики прийняті в якості одиниць виміру.

Класифікація зірок спирається на такий критерій, як абсолютна зоряна величина. Це видима ступінь яскравості небесного тіла без атмосфери, умовно розташованого на відстані 10 парсек від точки спостереження.

Крім цього враховують змінності блиску, і розміри зірки. Види зірок в даний час визначаються їх спектральним класом і вже детальніше - підкласом. Астрономи Рассел і Герцшпрунг незалежно один від одного проаналізували залежність між світністю, абсолютної зоряної величиною, температурної поверхнею і спектральним класом світил. Вони побудували діаграму з відповідними осями координат і виявили, що результат зовсім не хаотичний. Світила на графіку розташовувалися чітко помітними групами. Діаграма дозволяє, знаючи спектральний клас зірки, визначити хоча б з приблизною точністю її абсолютну зоряну величину.

Як народжуються зірки

Ця діаграма послужила наочним доказом на користь сучасної теорії еволюції даних небесних тіл. На графіку чітко видно, що найчисленнішим класом є відносяться до так званої головної послідовності зірки. Види зірок, що належать до цього сегменту, знаходяться в найбільш поширеною в даний момент у Всесвіті точці розвитку. Це етап розвитку світила, при якому енергія, витрачена на випромінювання, компенсується отриманої в ході термоядерної реакції. Тривалість перебування на даному етапі розвитку визначається масою небесного тіла і процентним вмістом елементів важче гелію.

Загальновизнана в даний момент теорія еволюції зірок свідчить, що на початковому

етапі розвитку світило являє собою виряджене гігантське газова хмара. Під впливом власного тяжіння воно стискається, поступово перетворюючись на кулю. Чим сильніше стиск, тим інтенсивніше гравітаційна енергія перетворюється на теплову. Газ розжарюється, і коли температура досягає 15-20 млн К, в новонародженої зірці запускається термоядерна реакція. Після цього процес гравітаційного стиснення призупиняється.

Основний період життя зірки

Спочатку в надрах юного світила переважають реакції водневого циклу. Це найбільш тривалий період життя зірки. Види зірок, що знаходяться на цьому етапі розвитку, і представлені в наймасовішою головної послідовності описаної вище діаграми. Зі часам водень в ядрі світила закінчується, перетворившись на гелій. Після цього термоядерний горіння можливо тільки на периферії ядра. Зірка стає яскравішим, її зовнішні шари значно розширюються, а температура знижується. Небесне тіло перетворюється на червоний гігант. Цей період життя зірки

набагато коротше попереднього. Подальша її доля вивчена мало. Є різні припущення, але достовірних їм підтверджень поки не отримано. Найпоширеніша теорія говорить, що коли гелію стає занадто багато, зоряне ядро, не витримуючи власної маси, стискається. Температура зростає до тих пір, поки вже гелій не вступає в термоядерну реакцію. Жахливі температури призводять до чергового розширення, і зірка перетворюється на червоного гіганта. Подальша доля світила, за припущеннями вчених, залежить від його маси. Але теорії, що стосуються цього, всього лише результат комп`ютерного моделювання, не підтверджений спостереженнями.

Остигаючі зірки

Імовірно, червоні гіганти з малою масою будуть стискуватися, перетворюючись на карликів і поступово остигаючи. Зірки середньої маси можуть трансформуватися в планетарні туманності, при цьому в центрі такої освіти продовжить своє існування позбавлене зовнішніх покривів ядро, поступово остигаючи і перетворюючись на білого карлика. Якщо центральна зірка випускала значне інфрачервоне випромінювання, виникають умови для активації в розширюється газовій оболонці планетарної туманності космічного мазера.

Масивні світила, стискаючись, можуть досягати такого рівня тиску, що електрони буквально вминали в атомні ядра, перетворюючись на нейтрони. Оскільки між

цими частками немає сил електростатичного відштовхування, зірка може стиснутися до розміру декількох кілометрів. При цьому її щільність перевищить щільність води в 100 000 000 разів. Така зірка називається нейтронною і являє собою, по суті, величезна атомне ядро.

Надмасивні зірки продовжують своє існування, послідовно синтезуючи в процесі термоядерних реакцій з гелію - вуглець, потім кисень, з нього - кремній і, нарешті, залізо. На цьому етапі термоядерної реакції і відбувається вибух наднової. Наднові зірки, у свою чергу, можуть перетворитися на нейтронні або, якщо їх маса досить велика, продовжити стиск до критичної межі і утворити чорні діри.

Розміри

Класифікація зірок за розміром може бути реалізована двояко. Фізичний розмір зірки може визначатися її радіусом. Одиницею виміру в цьому випадку виступає радіус Сонця. Існують карлики, зірки середньої величини, гіганти і надгіганти. До речі, саме Сонце є якраз карликом. Радіус нейтронних зірок може досягати всього декількох кілометрів. А в надгігантів цілком поміститься орбіта планети Марс. Під розміром зірки може також розумітися її маса. Вона тісно пов`язана з діаметром світила. Чим зірка більше, тим нижче її щільність, і навпаки, чим світило менше, тим щільність вище. Цей критерій вирируется не так вже сильно. Зірок, які були б більше або менше Сонця в 10 разів, дуже мало. Велика частина світил укладається в інтервал від 60 до 0,03 сонячних мас. Щільність Сонця, яка приймається за стартовий показник, становить 1,43 г / см³. Щільність білих карликів досягає 10¹² г / см³, а щільність розріджених надгігантів може бути в мільйони разів менше сонячної.

У стандартній класифікації зірок схема розподілу по масі виглядає наступним чином. До малих відносять світила з масою від 0,08 до 0,5 сонячної. До помірним - від 0,5 до 8 сонячних мас, а до масивних - від 8 і більше.

Класифікація зірок. Від блакитних до білих

Класифікація зірок за кольором насправді спирається не на видиме світіння тіла, а на спектральні характеристики. Спектр випромінювання об`єкта визначається хімічним складом зірки, від нього ж залежить її температура.

Найбільш поширеною є Гарвардська класифікація, створена на початку 20 століття. Відповідно до прийнятого тоді стандартам класифікація зірок за кольором припускає розподіл на 7 типів.

Так, зірки з найвищою температурою, від 30 до 60 тис. К, відносять до світил класу О. Вони блакитного кольору, маса подібних небесних тіл досягає 60 сонячних мас (с. М.), А радіус - 15 сонячних радіусів (с. р.). Лінії водню й гелію в їх спектрі досить слабкі. Світність подібних небесних об`єктів може досягати 1 млн 400 тис. Сонячних светимостей (с. С.).

До зірок класу В відносять світила з температурою від 10 до 30 тис. К. Це небесні тіла біло-блакитного кольору, їх маса починається від 18 с. м., а радіус - від 7 с. м. Найнижча світність об`єктів такого класу становить 20 тис. с. с., а лінії водню в спектрі посилюються, досягаючи середніх значень.

У зірок класу А температура коливається від 7,5 до 10 тис. К, вони білого кольору. Мінімальна маса таких небесних тіл починається від 3,1 с. м., а радіус - від 2,1 с. р. Світність об`єктів знаходиться в межах від 80 до 20 тис. С. с. Лінії водню в спектрі цих зірок сильні, з`являються лінії металів.

Об`єкти класу F насправді жовто-білого кольору, але виглядають білими. Їх температура коливається в межах від 6 до 7,5 тис. К, маса варіюється від 1,7 до 3,1 с.м., радіус - від 1,3 до 2,1 с. р. Світність таких зірок варіюється від 6 до 80 с. с. Лінії водню в спектрі слабшають, лінії металів, навпаки, посилюються.

Таким чином, всі види білих зірок потрапляють в межі класів від А до F. Далі, відповідно до класифікації, слідують жовті та оранжеві світила.

Жовті, помаранчеві і червоні зірки

Види зірок за кольором розподіляються від блакитних до червоних, в міру зниження температури і зменшення розмірів і світності об`єкта.

Зірки класу G, до яких відноситься і Сонце, досягають температури від 5 до 6 тис. К, вони жовтого кольору. Маса таких об`єктів - від 1,1 до 1,7 с. м., радіус - від 1,1 до 1,3 с. р. Світність - від 1,2 до 6 с. с. Спектральні лінії гелію і металів інтенсивні, лінії водню все слабкішим.

Світила, які стосуються класу К, мають температуру від 3,5 до 5 тис. К. Виглядають вони жовто-помаранчевими, але справжній колір цих зірок - помаранчевий. Радіус даних об`єктів знаходиться в проміжку від 0,9 до 1,1 с. р., маса - від 0,8 до 1,1 с. м. Яскравість коливається від 0,4 до 1,2 с. с. Лінії водню практично непомітні, лінії металів дуже сильні.

Найхолодніші та маленькі зірки - класу М. Їх температура всього 2,5 - 3,5 тис. К і здаються вони червоними, хоча насправді ці об`єкти оранжево-червоного кольору. Маса зірок знаходиться в проміжку від 0,3 до 0,8 с. м., радіус - від 0,4 до 0,9 с. р. Світність - всього 0,04 - 0,4 с. с. Це вмираючі зірки. Найхолодніше їх тільки недавно відкриті коричневі карлики. Для них виділили окремий клас М-Т.