Реферат: Походження зірок
Серед зірок, видимих простим оком і в невеликі телескопи, більшість становлять гіганти і надгіганти. Це пояснюється тим, що тільки такі зірки видно з величезних відстаней. Насправді ж в зоряному світі карликів набагато більше, ніж гігантів.У більшості випадків ці назви говорять і про розміри, тобто про те, що гіганти дуже великі, а карлики дуже малі. Так, діаметр зірки Бетельгейзе в 350 разів перевершує діаметр Сонця. Є зірки, що перевершують Сонце по діаметру в 1000-2000 разів, а за обсягом у кілька мільярдів разів.Але існують зірки, за розмірами значно менші, ніж Сонце. Серед них виділяються білі карлики. Перший з них за часом відкриття - супутник Сіріуса. Він менше планет Урану і Нептуна, а деякі білі карлики менше Землі і навіть Марса.
Астрономи змогли встановити не лише дійсні розміри багатьох зірок, але і їх маси. Виявилося, що незважаючи на величезну різницю в розмірах зірок, маси їх не так сильно відрізняються від маси Сонця.Рідко зустрічаються зірки з масою більш ніж у 5-10 разів, що перевищує масу Сонця, як і зірки з масою менше 0,3-0,5 сонячної.Це означає, що середня щільність речовини (маса, що ділиться на обсяг) в зірках-гігантах повинна бути надзвичайно мала, а в зірках білих-карликів - вона неймовірно велика.Іншими словами, в одному кубічному сантиметрі зірки-гіганта речовини міститься незначні частки грама, а в такому ж обсязі зірки-карлика - тонни і навіть десятки тонн.
7. Білі карлики
Після "вигорання" термоядерного палива в зірці, маса якої порівнянна з масою Сонця, в центральній її частині (ядрі) щільність речовини стає настільки високою, що властивості газу кардинально змінюються. Подібний газ називається виродженим, а зірки, з нього складаються, - виродженими зірками.Після утворення виродженого ядра термоядерне горіння триває в джерелі навколо нього, що має форму кульового шару. При цьому зірка переходить в область червоних гігантів на діаграмі Герцшпрунга - Ресселла.Оболонка червоного гіганта досягає колосальних розмірів - в сотні радіусів Сонця - і за час порядку 10-100 тис. років розсіюється в простір. Скинута оболонка іноді видно як планетарна туманність.Залишилося гаряче ядро поступово остигає і перетворюється на білий карлик, в якому під силу гравітації протистоїть тиск виродженого електронного газу, забезпечуючи тим самим стійкість зірки. При масі близько сонячної радіус білого карлика становить лише кілька тисяч кілометрів.Середня щільність речовини в ньому часто перевищує 109 кг/м3 (тонну на кубічний сантиметр!). Ядерні реакції усередині білого карлика не йдуть, а свічення відбувається за рахунок повільного остигання.Основний запас теплової енергії білого карлика міститься в коливальних рухах іонів, які при температурі нижче 15 тис. кельвінів утворюють кристалічну решітку. Образно кажучи, білі карлики - це гарячі гігантські кристали.
8. Нейтронні зірки
Більшість нейтронних зірок утворюється при колапсі ядер зірок масою більше десяти сонячних. Їх народження супроводжується грандіозним небесним явищем - спалахом наднової зірки.Знаючи зі спостережень, що спалахи наднових в нормальній галактиці відбуваються приблизно раз на 25 років, легко вирахувати, що за час існування нашої Галактики (10 - 15 млрд. років) у неї повинно було утворитися декілька сот мільйонів нейтронних зірок! Як же вони повинні виявляти себе?Молоді нейтронні зірки швидко обертаються (періоди їх обертання вимірюються мілісекундами!) І володіють сильним магнітним полем.Обертання разом з магнітним полем створюють потужні електричні поля, які виривають заряджені частинки з твердої поверхні нейтронної зірки і прискорюють їх до дуже високих енергій (див. статтю "Незвичайні об'єкти: нейтронні зірки і чорні діри"). Ці частинки | випромінюють радіохвилі.З втратою енергії обертання нейтронної зірки гальмується, електричний потенціал, створюваний магнітним полем, падає. При деякому його значенні заряджені частинки перестають народжуватися і радіопульсар "затухає". Це відбувається за час близько 10 млн.років, тому діючих пульсарів у Галактиці повинно бути кілька сот тисяч (один на 1500 зірок відповідної маси). В даний час спостерігається приблизно 700 пульсарів.Як і для білих карликів, для нейтронних зірок існує гранично можлива маса (вона носить назву межі Оппенгеймера - Волкова). Проте будова матерії при настільки високих плотностях відомо погано.Тому межа Оппенгеймера - Волкова точно не встановлено, його величина залежить від зроблених припущень про тип і взаємодію часток усередині нейтронної зірки. Але в будь-якому випадку він не перевищує трьох мас Сонця.Якщо маса нейтронної зірки перевершує це значення, ніякий тиск речовини не може протидіяти силам гравітації. Зірка стає нестійкою і швидко колапсує. Так утворюється чорна діра.
9. Відстань від нас до зірок
Ще в давні часи астрономи зрозуміли, що зірки знаходяться далі від Землі, ніж Місяць та інші планети. Спостерігаючи небо, вони помічали, що Місяць, переміщаючись по небу, закриває то одну, то іншу зірку, але жодна зірка не буває перед Місяцем. Іноді й планети, наприклад, Юпітер, загороджують зірки.Значить, зірки знаходяться далі планет.
Коперник вказав, що зірки знаходяться на величезних відстанях і тільки тому не можуть бути помічені ті зміщення положень зірок на небі, які неминуче повинні бути в силу руху Землі з зірками у світовому просторі.Такі зміщення астрономи не могли помітити ще майже три століття після Коперніка, незважаючи на те, що за цей час були досягнуті величезні успіхи в конструкції астрономічних інструментів і в точності спостережень.У середині XVIII століття видатні вчені Брадлей в Англії і Ламберт в Німеччині прийшли до висновку про те, що відстані навіть до найближчих зірок у сотні тисяч разів перевищують відстані від Землі до Сонця. Але точно виміряти відстань вони все-таки не змогли.
Вперше в історії астрономії російський астроном Василь Якович Струве виміряв відстань до зірки. Він багато разів вимірював положення зірки Веги і прийшов до висновку, що Вега за півроку зміщується на кут близько дуги.Під таким малим кутом з Веги має бути видно діаметр земної орбіти, тобто подвійну відстань від Землі до Сонця, а саме це відстань видно під кутом 1 / 8 секунди дуги.
Коло ділиться на 360 градусів по 60 кутових хвилин у кожному градусі, а кожна хвилина на 60 секунд, значить в колі 1296000 кутових секунд.Якщо радіус земної орбіти з Веги видно під кутом 1 / 8 частки секунди, або близько 1 / 10000000 частки кола (астрономи називають це число параллаксом даної зірки), значить, відстань до цієї зірки складає майже 250 трильйонів кілометрів.Такі числа вживати незручно, тому для вираження великих відстаней астрономи застосовують більші одиниці - світловий рік. Так позначається відстань, яку промінь світла проходить за один рік зі швидкістю 300 000 кілометрів на секунду. Світловий рік - це близько 9,5 трильйонів кілометрів.Астрономи користуються і іншою мірою відстаней до зірок. Якщо коло містить 1296000 кутових секунд, то його радіус чи радіан становить 206 265 кутових секунд або 57 градусів.Якби радіус земної орбіти оглядався з якого-небудь небесного тіла під кутом в 1 секунду кола, то це означало б, що відстань до цього тіла в 206 265 разів перевищує відстань до земної орбіти і складає близько 31 трильйонів кілометра.Цю величину астрономи назвали паралакс-секунда або скорочено парсек.
Вега знаходиться від нас на відстані 8 парсек або 26,5 світлових років. Вега дійсно одна з порівняно близьких до нас зірок, але не найближча.
До теперішнього часу таким способом встановлені відстані до багатьох тисяч зірок. Але, при всій точності, якої досягли астрономи у вимірі зоряних паралаксів, цей спосіб застосовується тільки для визначення відстані до порівняно близьких зірок.Для далеких зірок, віддалених від нас на сотні, тисячі і десятки тисяч світлових років, він не годиться, тому що кути виявляються настільки малими, що не піддаються виміру. Астрономи знайшли й інші цілком достовірні способи для вимірювання відстаней більш далеких зірок.У результаті тепер відомі точні відстані до десятків тисяч окремих зірок, а до ще більшого числа зірок відстань можна оцінити наближено. Якщо зірки можна бачити з неймовірно великих відстаней, значить, вони повинні мати величезну силу світла - світність.
10. Вік зірочок
Вік небесних тіл визначають різними методами. Найточніший з них полягає у визначенні віку гірських порід по відношенню кількості в ній радіоактивного елемента урану до кількості свинцю. Свинець є кінцевим продуктом мимовільного розпаду урану.Швидкість цього процесу відома точно, і змінити її не можна ніякими способами. Чим менше урану залишилося і чим більше свинцю накопичилося в породі, тим більше її вік. Найдавніші гірські породи в земній корі мають вік, очевидно, дещо раніше, ніж земна кора.Вивчення скам'янілих решток тварин і рослин показує, що за останні сотні мільйонів років випромінювання Сонця істотно не змінилося. Значить, Сонце повинне бути старше Землі. Є зірки, які, як довів вперше академік В. А. Амбарцумян, набагато молодший, ніж Земля.По темпу витрачання енергії гарячими надгігантами можна судити про те, що можливі запаси їх енергії дозволяють їм витрачати ще так щедро лише короткий час. Значить, гарячі надгіганти молоді - їм 1млн.-10млн. років.
Молоді зірки знаходяться в спіральних гілках галактики, як і газові туманності, з речовини яких виникають зірки. Туманності утримується в гілках магнітним полем, зірок ж магнітне поле втримати не може. Зірки, які не встигли розсіятися з гілки, молоді. Виходячи з гілки, вони старіють.Зірки кульових скупчень, із сучасної теорії внутрішньої будови і еволюції зірок, самі старі. Ним може бути до 10млрд. років. Ясно, що зоряна система - галактики повинні бути старше, ніж зірки, з яких вони складаються. Вік більшості з них має бути не менше, ніж 10млрд. років.У зоряної Всесвіту відбувається не тільки повільні зміни, а й швидкі, навіть катастрофічні. Наприклад, за час порядку року звичайна, мабуть, зірка спалахує, як "наднові", і за той же приблизно час спадає в блиску.У результаті вона, ймовірно, перетворюється в крихітну зорю, що складається з нейтронів і обертається з періодом порядку секунди й швидше.Її щільність (при спаді) зростає до густини атомних ядер і нейтронів, і вона ставати найпотужнішим випромінювачем радіо - і рентгенівських променів, які, як її світло, пульсують з періодом обертання зірки.Прикладом такого пульсара, як їх називають, служить слабка зірочка в центрі розширюється Крабовидної радіотуманності. Залишків спалахів наднових зірок у вигляді пульсарів і радіотуманностей, подібних Крабовидної, відомо вже багато.
Висновок
Яких би висот не досягла наука і техніка майбутніх століть, багато фундаментальних відкриття залишаться заслугою століття нинішнього.Тільки один раз можна відкрити світ галактик, виявити розширення Всесвіту і реліктове випромінювання, що залишилося нам у спадок від минулих часів, коли в природі ще не було зірок, дізнатися приблизний вік Сонця та інших зірок, переконатися в існуванні протозвезд, вироджених і нейтронних зірок,чорних дір, виявити планети біля інших зірок, дізнатися про дивні властивості пульсарів,активних ядер галактик... І все це було зроблено за останні десятиліття. В даний час живе фактично перше покоління людей, яке знає, яка відстань до найдальших спостережуваних об'єктів, як вони еволюціонують, і який вік можуть мати.Це не означає, що майбутнім поколінням залишилося тільки уточнювати деталі. Ні, чим більше ми знаємо, тим частіше стикаємося з Невідомим, так що число проблем, що потребують вирішення, не зменшується.Наприклад, до цих пір майже нічого не відомо про матерію, яка не випромінює або майже не випромінює ніяких електромагнітних хвиль і тому не сприймається сучасними приладами, хоча її, за деякими даними, повинно бути у Всесвіті навіть більше, ніж "видимої" матерії.Ми майже нічого не знаємо про планети поблизу інших зірок, погано уявляємо собі природу багатьох явищ, що спостерігаються. Астрономії XXI ст., Мабуть, треба освоїти нові "вікна у Всесвіт - нейтринне і гравітаційне випромінювання.Можливо, що будуть виявлені й інші, невідомі поки види випромінювання. Напевно, варто згадати ще одну проблему, яка хвилює багатьох. За яких умов на планетах можливе зародження життя, як часто це відбувається і як навколишній космос впливає на розвиток живих організмів?Бути може, вже прийдешній вік дасть відповіді і на ці питання.
Список літератури
1) Енциклопедія для дітей. Т. 8. Астрономія. - 2-е вид., Е68 испр. / Гол. ред. М.Д. Аксьонова. - М.: Аванта +, 2000. - 688 с.: Іл.
2) Б.А. Воронцов-Вельямінов. Підручник Астрономія. - М.: Просвещение, 1979.
3) Енциклопедія Астрономія стр.608.
4) Концепція сучасного природознавства. Під ред. С.Х. Карпенків. М., 2004.