Зорі та іх класифікаціяГалактика «Молочний шлях»

Зорі та іх класифікація. Галактика «Молочний шлях»Підготував студент І курсу. Ковальчук Арсен

Загальні відомості про зоріЗорі – це небесні тіла, які являються джерелом енергії. Неозброєним оком видно майже 6000 зір. Всі зорі мають однакову внутрішню будову (таку як наше Сонце). Відміність у деяких типів зір полягає у співвідношенні розмірів ядра, променистої і конвективної зон. Джерелом енергії являється термоядерна реакція.

Вимірювання відстаней до зір. Зорі розташовані в мільйони разів далі, ніж Сонце. Тому відстань до них вимірюють за допомогою річного паралакса зорі. Річний паралакс - р – кут, під яким із зорі було б видно радіус земної орбіти (1 а.о.) в перпендикулярному до променя зору напрямку. Відстань буде. Відстань до небесних тіл за межами Сонячної ситеми, як правило, вимірюють у парсеках чи світлових роках. Парсек (пк) – це відстань для якої річний паралакс р=1”. Світловий рік – це відстань, яку проходить світло за один рік.r = 1/p” пк = 3,26 св.року = 3,08*1013 км.

Зоряні величини. Те, що одні зорі яскравіші, а інші слабші, було помічено давно. Тому грецький астроном Гіппарх у ІІ ст.до н.е. для характеристики зір увів поняття видимої зоряної величини. Найяскравіші зорі – зорі 1-ї величини, а на межі нашого бачення – 6-ї величини. У 19 столітті англійський астроном Н. Погсон доповнив ще однією умовою: зорі 1-ї зоряної величини мають бути у 100 разів яскравіші за зорі 6-ї величини. Видиму зоряну величину позначають літерою m. Дуже яскраві зорі мають від’ємну зоряну величину. Освітленість Е і зоряна величини m пов’язані залежністю m = -14m – 2,5lg. Е. Для будьяких зоряних величин m1, m 2 буде справедливе таке відношення їх яскравості E1 та E 2 (формула Погсона): E1 / E 2 = 100,4(m 2 –m1) = 2,512 m 2 –m1 Для визначення дійсної світності зір астрономи ввели поняття абсолютної зоряної величини М. Зоряну величину, яку мала б зоря на стандартній відстанні r0 = 10 пк, називається абсолютною зоряною величиною. Якщо відома відстань до зорі r в парсеках то видима і абсолютна зоряні величини зорі пов’язані формулою M = m = 5 – 5lg r.

Світність зір. Світність зорі визначає потужність випромінювання зорі, тобто кількість енергії, що випромінює зоря за одиницю часу. За одиницю світності приймається потужність випромінювання Сонця 4*1026 Вт. Якщо відома абсолютна зоряна величина зорі M, то її світність визначається за формулою L = E/E0 = 100,4(5-M)

Класифікація зір за кольором. Температура зорі пов’язана з кількістю та інтенсивністю спектральних ліній. Гарячі зорі випромінюють більше енергії у синій області спектра, а холодні зорі – у червоній. За температурою зорі розділили на 7 спектральних груп, які позначили літерами латинської абетки: О, B, A, F, G, K, M.. Кожний спектральний клас поділений на 10 підкласів: О0. О1, … О9. Для запам’ятовування послідовності спектральних класів існує декілька жартівливих фраз. Наприклад: “однажды бравый американец финики жевал, как морковь.”Класи О, В і А названо гарячими або ранніми. Їх температура більша за 10000 К. Класи F i G – сонячними. Їх температура 6000 К. Класи К, М – холодними або пізніми. Їх температура близько 2500 К.

Класифікація зір за розмірами. Розміри зір можна порівняти з розмірами Сонця.. Якщо відомо температуру зорі Т, температуру Сонця То та світність зорі в одиницях світності Сонця L за формулою. Зорі дуже великої світності називаються надгігантами. Червоні надгіганти виявляються такими самими й за розмірами. Бі́лі ка́рлики — зірки низької світності з масами, порівняними із масою Сонця, та високими ефективними температурами. Радіуси білих карликів приблизно у 100 разів менші сонячного, відповідно, їх світність у ~10 000 разів менша сонячної. Червоні карлики - найпоширеніші зіркові об'єкти у Всесвіті. Температура поверхні червоного карлика досягає 3,500 °К, маса - 0,3-0,08 мас Сонця, діаметр - 0,3 діаметра Сонця

Надгіганти (R в тисячу разів більше Сонячного R) Гіганти ( R в сотні разів більше Сонячного R) Сонячного типу Карлики ( R в сотні разів менші Сонячного R)Нейтронні зорі ( R = 10-30 км )

Діаграма “спектр – світність”Данський астроном Герцшпрунг і американський астрофізик Рессел виявили існування залежності між виглядом спектра (тобто температурою) і світністю зір. Ця залежність ілюструється діаграмою “спектр – світність”Більшість зірок (близько 90 %), розташовуються на діаграмі вздовж довгої вузької смуги, названою головною послідовністю. Вона простягнулася з верхнього лівого кута (від блакитних надгігантів) у нижній правий кут (до червоних карликів). До зірок головної послідовності відноситься Сонце, світність якого приймають за одиницю. Крапки, що відповідають гігантам і надгігантам, розташовуються над головною послідовністю праворуч, а відповідним білим карликам – у нижньому лівому куті, під головною послідовністю.

Подвійні зоріПодвійні зорі бувають двох видів: Оптично подвійні;Фізично подвійніВивчаючи зоряне небо, можна помітити, що є багато зір, розташованих близько одна від одної. Насправді більшість із них рознесені в просторі на великі відстані і лише проектуються на близькі точки небесної сфери. Такі зорі називають оптично подвійними. Фізично подвійними або кратними називаються системи зір, які під дією сил взаємного тяжіння обертаються навколо спільного центра мас. Кратні системи налічують від двох до десяти компонентів. У Галактиці близько половини зір об'єднані в кратні системи.

Фізично подвійні Оптично подвійні Якщо компоненти кратної зорі видно в телескоп нарізно, то її називають візуально кратною зорею. У наш час відомі десятки тисяч візуально-подвійних зір. Головну зорю у кратній системі позначають літерою А, супутник - літерою В, якщо є третій компонент - літерою С тощо . Вигляд в телескопі

Фізично подвійніЗатемнювано-подвійні зорі Площини, в яких подвійні зорі обертаються навколо спільного центра мас, орієнтовані довільно відносно центра Галактики. Відомо понад 3 000 систем, для яких Земля перебуває у площині їхнього взаємного руху або недалеко від неї. У цих випадках спостерігаються періодичні затемнення одного компонента іншим. Зорі, видима величина яких ритмічно змінюється внаслідок затемнення одного компонента іншим, називаються затемнювано-подвійними або затемнювано-змінними. Представником таких зір являється зірка Алголь (сузір’я Персея). Зміна блиску Алголя Т = 2 доби 20 год 49 хв.

Спектрально-подвійні зорі Зорі, подвійність яких можна встановити тільки за допомогою спектральних спостережень, називаються спектрально-подвійними. У спектрах таких зір спостерігається періодичне роздвоєння спектральних ліній відносно середнього положення. Внаслідок ефекту Допплера-Фізо найбільшої величини роздвоєння досягає за максимальної променевої швидкості компонентів: одного - у напрямку до спостерігача (лінії відхиляються у фіолетовий бік спектра), а іншого - від спостерігача (лінії відхиляються у червоний бік спектра). Променева швидкість зорі - це складова її руху вздовж променя зору спостерігача..

Фізично змінні зоріЗмінні зорі – це зорі, які змінюють свою яскравість протягом певного часу. Зміна їх блиску зумовлена процесами, що відбуваються у їхніх надрах. Зараз достовірно виявлено кілька десятків тисяч фізичних змінних зір у нашій Галактиці й десятки тисяч в інших галактиках. Їхня кількість постійно зростає завдяки спостереженням з телескопів, винесених в космос. Фізичні змінні зорі поділяють на дві основні групи: пульсуючі та спалахуючі змінні зорі. Окремим випадком спалахуючих змінних зір є нові та наднові зорі.

Пульсуючі змінні зорі Найвідомішими серед пульсуючих змінних зір є цефеїди, які отримали назву від однієї з найтиповіших їхніх представниць - зорі 5 Цефея. Класичні або довгоперіодичні цефеїди відзначаються ритмічними, з точністю доброго годинникового механізму їхні періоди, як правило, лежать у межах від однєї до 70 діб. Окрім класичних довгоперіодичних, існує також клас короткоперіодичних цефеїд, типова представниця яких - зоря RR Ліри. Їхні періоди становлять від 80 хв до однієї доби. Є ще довгоперіодичні змінні з періодом від 70 до 1400 діб.цефеїди -це зорі, протяжні оболонки яких здатні нагромаджувати енергію, що йде з глибин, а потім віддавати її. Зоря періодично стискається, розігріваючись, і розширюється, охолоджуючись. Тому енергія то поглинається зоряним газом, то знову виділяється. Внаслідок цього світність цефеїди змінюється в кілька разів з періодом у кілька діб. Аналіз показав, що пульсувати можуть лише зорі-гіганти і надгіганти, у яких є протяжні, розріджені оболонки.

Нові зорі Зорі, блиск яких раптово зростає в тисячі й навіть мільйони разів, називаються новими зорями. При цьому виділяється енергія, яку Сонце випромінює за 100 000 років. Початковий період спалаху нової до досягнення максимуму блиску триває кілька діб, після чого він повільно, впродовж років чи десятків років зменшується до початкового значення. Нові зорі - це компоненти таких подвійних систем, у яких одна зоря, як правило, зоря головної послідовності типу Сонця і пізніших спектральних класів, а друга - у сто разів менший від Сонця білий карлик. Виникнення спалахів нових зір пов'язане з особливостями обміну речовиною в тісних подвійних системах. Коли одна із зір у тісній подвійній системі значно збільшує свої розміри (розширюється), її речовина починає вільно перетікати на другий компонент, утворюючи навколо неї так званий акреційний диск. Газ із внутрішньої частини диска осідає на поверхню компактної «сусідки» ущораз більшій кількості збільшуючи її масу і температуру. У підсумку за характерний час від кількох до сотень років, температура й щільність її поверхневого шару збільшується до таких великих значень, що зіткнення швидких протонів розпочинають термоядерну реакцію синтезу гелію.

Чума́цький Шлях — власна назва галактики, у якій розташована наша Сонячна система, а також усі зорі, які ми бачимо неозброєним оком.

Перші дослідження нашої Галактики як зоряної системи розпочав В. Гершель. Російський учений В. Струве (1793-1864) писав: «Явище Молочного Шляху настільки загадкове з першого погляду, що ми повинні майже відмовитись від бажання його пояснити. Проте вчений ніколи не повинен відступати ні перед темрявою явища, ні перед труднощами дослідження».

Справжнє відкриття Галактики як фізичного об'єкта відбулося 1924 p., коли Е. Габбл довів, що вона - лише один із багатьох подібних до неї зоряних світів. Збагачення уявлень про Галактику розпочалося з 60-х років XX ст. після створення потужних наземних і космічних телескопів.

За своєю формою це гігантське галактичне утворення схоже на овальний еліптичний диск з розбіжними від центру руками. Чумацький Шлях відрізняється трохи некомпактною структурою. Це галактика, що швидко обертається з досить великою еволюційною активністю. У ній досить інтенсивно проходять процеси зореутворення. Цікаво й те, що в силу значної віддаленості Сонячної системи від ядра галактики, сучасна наука не володіє точними даними про форму і структуру Чумацького Шляху. Величезні області всередині цього утворення приховані від нас величезними клубами пилу газу, званих туманностями. Іншими словами, периферійне розташування Сонячної системи обумовлює ту обставину, що нам набагато легше вивчати інші галактики, ніж свою власну. 

У центральній частині диска Чумацького Шляху розташований галактичний центр, званий балджем. Він в основному складений із зірок віком близько 10-11 млрд. років. Розмір балджа визначається самим разючим елементом галактики – надважкою чорною дірою. Центр галактики надзвичайно агресивне місце, але і спіральні рукави складно назвати тихою, затишною провінцією. Саме тут виникають нові райони активності і народжується більшість зірок.

Цікаве про Чумацький Шлях. В стародавньому Римі та Греції Чумацький Шлях називали молочною рікою, звідси найбільш популярна у світі назва — Молочний Шлях. За легендою, колись чумаки їздили по сіль в Крим, а орієнтувались по нічному небі, так і з'явилась найпопулярніша в Україні назва нашої галактики — Чумацький Шлях. Також популярною є назва Молочний шлях. Найкраще спостерігати за Чумацьким Шляхом знаходячись далеко від штучних джерел світла. Через мізерну кількість людей на території Антарктиди, тут дуже не значне світлове забруднення і тому це одне з кращих місць, де можливо сповна насолодитись виглядом нашої галактики, навіть неозброєним оком. Земля знаходиться на окраїні Чумацького Шляху, відстань до центру нашої галактики понад 8,5 кіло парсек або понад 27 тисяч світлових років. Щоб краще зрозуміти які розміри Чумацького Шляху уявіть собі, що діаметр Сонячної системи всього 1 мм, тоді розміри нашої галактики були б понад 85 км.

 Орбітальна швидкість Сонячної системи навколо центру галактики Чумацький Шлях становить близько 220 км / сек, або 0,073% від швидкості світла. Сонце та наша сонячна система облетіли галактику менш ніж у 20 разів. В центрі галактики знаходиться надмасивна чорна діра, яка називається Стрілець A*. Маса ядра нашої галактики приблизно в 4,3 мільйона разів більша ніж маса Сонця. Якщо Земля оберталася б навколо Сонця з тією ж швидкістю, що зірки обертаються навколо центру Чумацького Шляху, то рік тривав би на нашій планеті 3 дні, а не 365. Чумацький Шлях обертається зі швидкістю близько 270 кілометрів на секунду. Таким чином, фактичне місце в просторі, де ви були годину назад, зараз на відстані 972000 км від вас. Чумацький Шлях постійно зростає внаслідок злиття з іншими меншими галактиками. В даний час Чумацький Шлях поглинає зірки з карликової еліптичної галактики Стрілець.