Звёзды – это обычно термоядерные реакторы, к числу которых относится и наше Солнце. Они имеют самые разные размеры, отличаются характером свечения, температурой и необязательно должны быть одиночными.
Статистический, вероятностный характер взаимодействия различных масс в процессе формирования Вселенной естественным образом приводит к тому, что многие тела, как холодные, так и звёзды, могут образовывать совокупности из самого различного количества объектов. Возможность образования таких совокупностей будет определяться соотношением масс, скоростей и направлением движения взаимодействующих тел.
Такие комплексы образуются тогда, когда траектории взаимодействующих тел сближаются и тела летят с не очень большими различиями в скоростях. Траектории сближающихся объектов искривляются под действием взаимной гравитации, и начинается вращение вокруг общего центра тяжести. Устойчивость такой системы возможна только в случаях, когда центробежные силы уравновешиваются силами гравитации. Именно по такой схеме и образуются все кратные звёздные системы или планеты со спутниками.
Когда же тела, расположенные близко, оказываются неподвижными относительно друг друга, или, что одно и то же, летят параллельно с одинаковой скоростью, то взаимная гравитация обязательно приведёт их к столкновению. Столкновение может быть также и лобовым, при движении тел навстречу друг другу или при пересечении траекторий под разными углами. Если скорость столкновения невелика, то образуется одно более массивное тело. При высокой скорости тела могут разрушиться на куски разного масштаба примерно с радиальными, векторами (направлениями) скоростей. Дальнейшая их судьба будет зависеть от случайного соотношения скоростей образовавшихся кусков. Большие куски могут оказаться звёздами. Мелкие тела с высокой скоростью разлёта улетят путешествовать далее по космосу до следующих взаимодействий. Мелкие куски с низкой скоростью затормозятся гравитацией больших тел и упадут на них.
Из сказанного следует, что образование двойных звёзд более вероятно, чем одиночных. Это подтверждается и астрономическими наблюдениями. Нередки также и системы другой кратности: 3, 4 и т.д., но вероятность их встречаемости уменьшается, поскольку с увеличением числа объектов в системе повышается вероятность их столкновения. На спутниках (планетах) таких кратных звёзд утренний рассвет может выглядеть в виде появления над горизонтом последовательно одного, двух, трёх или даже большего количества Солнц.
Наиболее крупными вращающимися скоплениями являются галактики, число звёзд которых может достигать сотен миллиардов.
Таким образом, во Вселенной могут относительно устойчиво существовать только вращающиеся системы с равновесием центробежных и центростремительных сил. Все остальные состояния являются временными и встречаются как редкие исключения.
Остаётся объяснить факт вращения подавляющего большинства тел (звёзд и планет) вокруг собственной оси. Причину этого легко понять на тривиальных бытовых примерах. Нужно лишь вспомнить, как обычно летят любые брошенные нами предметы. Они почти никогда не летят поступательно, всегда вращаются. Это объясняется законами механики, в соответствии с которыми любое тело, получившее импульс (воздействие другого тела), не будет вращаться только в том случае, если приложенная сила F направлена точно в центр тяжести (ц.т.) (рис.4.1). Такое событие имеет ничтожно малую вероятность, поскольку количество возможных точек приложения силы, грубо говоря, составляет тысячи. Соответственно, из тысяч столкновений только одно может закончиться движением без вращения. Во всех остальных случаях тело будет вращаться, и тем быстрее, чем дальше (r) от центра тяжести расположена точка приложения силы.
По видимой яркости на ночном небе звёзды поделены ещё древними астрономами на 6 классов звёздных величин. Самые яркие звёзды относятся к 1-му классу звёздной величины, а едва различимые – к 6-му. Блеск этих классов отличается примерно в 100 раз. Все остальные звёзды, с ещё меньшим блеском, видимые только в телескопы, относятся к классам от 7-го до 25-го.
Звёзды заметно различаются по температуре. Чем выше температура, тем больше энергия излучаемых квантов и короче длина волны. Поэтому в спектре излучения горячих звёзд преобладают голубые лучи с короткой длиной волны. Звёзды с относительно низкой температурой имеют излучение с преобладанием желтых и наиболее длинноволновых красных квантов. Среднетемпературные звёзды имеют примерно одинаковое соотношение разных лучей и называются белыми. По соотношению разных волн звёзды делят более чем на 10 спектральных классов, обозначаемых буквами латинского алфавита.
Для удобства ориентирования и описания все видимые невооружённым глазом на ночном небе звёзды были разделены на созвездия. Каждое созвездие получило собственное имя. По международному соглашению сегодня выделяют 88 таких созвездий. Именами 12 из этих созвездий, по которым проходит траектория Солнца, названы астрологические знаки зодиака. Самые яркие звёзды в каждом созвездии принято обозначать буквами греческого алфавита, в порядке убывания их яркости: самая яркая - a, вторая по яркости - b и т.д.
Массу звёзд принято оценивать по отношению их массы к массе Солнца (МС = 2*1030 кг). Большинство звёзд имеют массу в диапазоне 0,1 – 50МС. Наше Солнце, таким образом, представляет собой не крупную звезду и относится к классу жёлтых карликов.
Из-за большой разности в плотности звёзд их размеры могут отличаться гораздо более существенно, чем их массы. Плотность нашего Солнца почти такая же, как плотность воды, и составляет 1,5·103 кг/м3 при диаметре 1,4 млн км. Плотность белых карликов, подобных звезде Сириус Б, приблизительно равна 2·106 кг/м3, а радиус измеряется несколькими километрами или десятками километров. У нейтронных звёзд плотность может превышать 1017 кг/м3. Плотность звёзд - гигантов и супергигантов обычно не превышает плотности воздуха у поверхности Земли (1,225 кг/м3).
Время жизни обычно больше у некрупных звёзд (до 1010 лет), так как они меньше разогреваются и водород в них выгорает медленнее. Жизнь массивных звёзд из-за высоких скоростей ядерных реакций может ограничиваться млнами (106) лет.
Следующие после выгорания водорода стадии эволюции звёзд точно предсказать невозможно, поскольку длительность этих стадий измеряется млнами и миллиардами лет и опытная проверка невозможна. Но один из приблизительных сценариев для звёзд средней величины может выглядеть таким образом. По мере превращения водорода в гелий температура звезды понижается, что переводит её в спектральный класс красных звёзд. При этом снижение внутреннего давления позволяет гравитации сжать звезду до размеров красного карлика. Происходит некоторый разогрев, с образованием атомов углерода из трёх атомов гелия. После выгорания гелия могут начаться процессы образования железа, после чего эволюция звезды как излучающего свет объекта закончится. Она превратится в твёрдое холодное тело. Для некоторых типов звёзд переход из одной стадии в другую может сопровождаться взрывом с выбросом в космическое пространство колоссальных масс вещества и энергии в виде излучения. В астрономии такие события получили название вспышки сверхновых звёзд.
Очень массивные звёзды после завершения всех возможных ядерных реакций, не испытывая их разрыхляющего действия и обладая сильной гравитацией, создают во внутренних областях такое значительное давление, что электронные оболочки атомов разрушаются, а ядра и электроны упаковываются в сверхплотное вещество, состоящее из одних нейтронов. Образуется нейтронная звезда с плотностью порядка 1018 кг/м3.
Если же остывшая звезда является сверхмассивной, то после уплотнения, аналогичного нейтронной звезде, возникает настолько сильная гравитация, что даже фотоны не могут выйти за её пределы. Любые формы материи, оказывающиеся в зоне этой гравитации, захватываются ею навсегда. Звезда превращается в чёрную дыру. Обнаружить её можно только по поведению близлежащих, пока ещё не захваченных объектов. Предполагают, что наиболее вероятные области существования черных дыр - центральные части галактик.
Кроме стабильно светящихся звёзд, таких как наше Солнце, в галактиках нередко встречаются звёзды с пульсирующим излучением. Такими звёздами могут быть двойные звёзды, которые снижают яркость, когда одна звезда заходит за другую. Если звезды вращаются в плоскости, перпендикулярной линии наблюдения, яркость изменяться не будет.
Другую группу переменных звёзд составляют некоторые гиганты. У них из-за больших размеров возникают трудности в отведении тепла, которое накапливается в центральной части и затем залпом выбрасывается, приводя к колебанию размеров и интенсивности излучения с периодом от нескольких часов до нескольких суток. Такие звёзды получили название цефеиды по имени первой обнаруженной звезды d Цефея.
Ещё одну группу пульсирующих звёзд составляют пульсары. Это быстровращающиеся нейтронные звёзды с периодами вращения, измеряемыми секундами. Их пульсирующее излучение обусловлено тем, что они обладают очень сильным магнитным полем, ось которого не совпадает с осью вращения звезды. Магнитное поле разгоняет потоки захватываемых космических частиц до колоссальных энергий, что приводит к излучению направленного пучка электромагнитных волн в рентгеновском диапазоне.
Высокая скорость вращения пульсаров возникает в результате действия закона сохранения момента импульса. Величина такого момента зависит от массы, радиуса и угловой скорости. В соответствии с этим законом при уменьшении радиуса вращающейся массы момент инерции сохраняется, но при этом увеличивается скорость вращения. При сжатии звёзд – гигантов их радиус уменьшается в сотни млн раз, соответственно возрастает и скорость их вращения. Этот эффект становится хорошо понятным при наблюдении за вращением спортсменов - фигуристов на коньках. Начиная относительно медленное вращение и затем, прижимая к себе первоначально далеко отведённую ногу и раскинутые руки, спортсмен значительно увеличивает скорость своего вращения.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему