Звезды в ассортименте

Звезды в ассортименте

Ассортиментом в торговле называют набор различных видов и сортов товаров. Мы, конечно, торговать звездами не собираемся. Но в наши дни астрономических конкурсов в вузы торговли подобные термины особенно популярны. А мы с вами стремимся к доходчивости и занимательности.

Итак, для сравнения звезд между собой у нас есть один эталон — Солнце. Солнце — рядовая звезда. Солнце — мерило звезд. Но прежде чем начать работу по сравнению, неплохо, пожалуй, внести некоторые уточнения. Касаются они прежде всего блеска Солнца и звезд. Вот как выглядят, например, эти величины для нашего светила и ряда хорошо знакомых звезд северного неба:

Солнце –26^m,8

Сириус –1^m,43

Вега +0^m,04

Полярная +2^m,01

(Приведенные цифры могут несколько отличаться в зависимости от выбранного справочника.) Здесь буква m, как мы уже говорили, называется звездной величиной. Интервал в одну звёздную величину соответствует разнице в блеске двух объектов в 2,512 раза. Эта величина связана с психофизиологическим законом Вебера — Фехнера. Закон утверждает, что если раздражающий фактор меняется в геометрической прогрессии, то соответствующее ему ощущение изменяется в арифметической прогрессии. У нас раздражающий фактор и есть блеск звезды.

Пользуясь указанным соотношением, легко вычислить, что Полярная звезда кажется нам в шесть раз слабее Веги, Вега — в четыре раза слабее Сириуса и так далее. Однако видимый блеск звезд зависит не только от их действительной светимости, но и от расстояния. Поэтому для сравнения между собой по силе света звезды надо прежде всего отодвинуть на одинаковое стандартное расстояние. Оно выбрано в десять парсек, или 32,6 светового года. Приведенная к этому расстоянию звездная величина называется абсолютной — и обозначается буквой М.

А теперь по всем правилам отодвинем избранные четыре звезды на требуемое расстояние и посмотрим, что произойдет.

Батюшки! Как изменилась картина! На первое место вышла Полярная, которая стала светить куда ярче Сириуса. Обогнала его и Вега. А Солнце? Где наше солнышко? Оно почти незаметно из такой дали. Чтобы окончательно убедить читателя в относительности того, что он видит на небе, приведем еще один пример. В созвездии Орион есть звезда Ригель, по наблюдаемой яркости она занимает седьмое место. Но если сравнить ее истинную светимость с солнечной, окажется, что Ригель светит примерно в 23 тысячи Солнц.

По диаметру наше Солнце тоже весьма средненькая звездочка. Бывают и больше, даже весьма «и больше». Такие светила, как VV Цефея, S Золотой рыбы и Эпсилон Возничего имеют диаметры в тысячи раз больше, чем у Солнца. Можете вы представить себе звезду, диаметр которой равен поперечнику всей солнечной системы, ограниченной орбитой Плутона? При этом масса такого светила превышает массу нашего Солнца всего в несколько десятков раз, иначе звезда будет неустойчивой?

Значит, любой сверхгигант — это одна видимость. Чтобы не оказаться чересчур тяжелым, он имеет плотность, которая вполне может поспорить с тем высоким вакуумом, которого мы достигаем в электронных приборах, откачивая из них воздух на дорогостоящих насосах.

А встречаются и звезды-крошки с диаметром в 15–20 километров, но с массой, опять же ненамного отличающейся от массы Солнца. Подумайте сами, какая у них может быть плотность! Позже, когда разговор пойдет о сверхплотных телах, некоторые ошеломляющие цифры мы приведем…

Весьма существенно различаются звезды и по цвету. Это только невнимательному глазу кажутся они все одинаковыми. Астрономы разбили все существующие оттенки звездного цвета на 13 баллов и внимательно следят за их изменениями. Почему это так важно? Потому что цвет меняется соответственно температуре поверхности звезды. Из всех известных до сего дня наблюдаемых звезд самая холодная Хи из созвездия Лебедя. Цвет ее темно-красный, а температура порядка 1600 градусов по шкале Кельвина. Наиболее же горячими оказываются ядра планетарных туманностей; судя по голубовато-белому цвету, температура их доходит до 100 тысяч градусов.

Но самой главной характеристикой и температуры, и физико-химического состояния звезд являются их спектры поглощения. Вид звездного спектра зависит от многих причин. Тут и различия физических свойств звездной атмосферы из-за разных температур и давлений, и различия в химическом составе, влияют на спектр магнитные и электрические поля звезды, скорость ее вращения и многие другие причины. Очень важно, конечно, разобраться, что, как, от чего и насколько зависит, увидеть все важнейшие характеристики звезды как на ладони. Звездные спектры оказывают в этом деле ученым неоценимую услугу.

Сначала казалось, что безбрежный звездный океан вообще не может быть классифицирован в человеческом понимании. Но постепенно выяснилось, что большинство звезд можно объединить в сравнительно немногое количество классов. Сейчас принята так называемая гарвардская спектральная классификация. В ней десять классов, обозначенных латинскими буквами: O, B, A, F, G, K, M (N, R, S). Студенты, чтобы запомнить порядок следования спектральных классов, придумали мнемоническую фразу, действующую безотказно: «Один Бритый Англичанин Финики Жевал Как Морковь». Пройдут годы, можно забыть, чем отличается один спектральный класс от другого, но всегда при виде вышеуказанной последовательности букв магическая фраза вспыхивает в памяти, как огненные письмена на пиру валтасаровом. Правда, остаются еще три дополнительных класса холодных звезд N, R, S, но то ли на них фантазии не хватило, то ли слишком редко встречались они студентам на экзаменах. Скоро, однако, десяти классов оказалось мало. Пришлось каждый разбить еще на десять подклассов. Получилась длинная спектральная лесенка из сотни ступенек. Не все они заполнены равномерно. Есть пустые, а есть и такие, на которых как в автобусе в часы «пик».

Самые горячие звезды объединены в класс О. В следующих классах температура снижается.

В начале нашего столетия два астронома Эйнар Герпшпрунг в Дании и Г. Рессел, о котором мы уже говорили, независимо друг от друга составили любопытные зависимости. На диаграммах они отложили по горизонтальной оси спектральные классы, а по вертикали — светимости, или абсолютные звездные величины. Можно было ожидать, что все поле диаграммы равномерно засеется точками звезд. На деле же получилось совсем не так. Подавляющее большинство звезд расположилось длинным хвостом по диагонали от верхнего левого угла диаграммы к нижнему правому. Эту диагональ назвали главной последовательностью, на которой где-то в середине ее затерялось наше Солнце.

Прежде всего на диаграмме расположились сверхгиганты и яркие гиганты. В левой части главной последовательности собрались горячие голубые звезды. За ними по степени уменьшения температуры вправо и вниз расположились белые звезды, потом желтые карлики, ниже красные звезды, и, наконец, совсем уж тусклые красные карлики заняли нижний угол диаграммы.

Результаты этой работы вызвали в астрономическом мире прямо-таки ликование. Ну еще бы: ведь в те годы считалось, что главным источником энергии звезды является ее гравитационное сжатие. И диаграмма вроде бы подтверждала эту гипотезу. Сжимаясь, каждая звезда проходила все этапы эволюции: от протозвезды к мрачному багрово-красному сверхгиганту, потом, по мере дальнейшего разогрева, ее цвет становился желтым и звезда получала название желтого гиганта, после чего она становилась голубовато-белой, ослепительно яркой; и горячей. С этого момента энергии сжатия на нагрев хватать переставало, и звезда, перейдя в разряд желтых карликов, начинала потихоньку остывать, становясь последовательно желтым карликом, красным карликом и в конце концов черным карликом. На этом жизненный путь звезды заканчивался!

Очень стройная гипотеза и диаграмма «Г — Р», как стали ее называть специалисты по именам создателей, весьма наглядно представляла этот путь. Разогреваясь, звезда двигалась в верхней части диаграммы справа налево, пока не достигала начала диагонали. Затем, в процессе остывания, начинала скользить по главной последовательности вниз. Тут все находило объяснение; даже незначительный разброс масс. Действительно, если все стадии развития проходила одна и та же звезда, то не мудрено, что массы сверхгигантов немногим отличаются от масс карликов. Не то что объемы звезд, или их плотности…

Однако любая гипотеза хороша, пока не высказана вслух. Скоро обнаружилось, что существует немало звезд, не влезающих в главную последовательность. Диаграмма «Г — Р» распалась на ряд иных последовательностей. А там и эволюция звезд оказалась куда сложнее, чем спокойное сжатие и скольжение по главной последовательности от тепла к холоду. Звезды, сидящие совсем рядом на диагонали, вопреки ожиданиям не обнаруживали никаких родственных черт. Тут были и старые, заслуженные ветераны неба и молодые, недавно образовавшиеся светила. Потом А. Эддингтон, исполненный самых лучших намерений, решил хоть как-то рассчитать соотношение «масса — светимость». И пришел к неожиданному выводу, что карлики в принципе могут быть горячее гигантов.

В общем, что ни год, то все новые и новые несоответствия гипотезы «скользящей эволюции» лишали астрономов покоя. В конце концов от нее пришлось отказаться. Но диаграмма-то «Г — Р» была построена по данным наблюдения! И поэтому она осталась. Мало того, она по-прежнему играет чрезвычайно важную роль в астрофизике, став даже богаче содержанием и… увы, сложнее. Читатель сам увидит, как ее призрак будет стоять за многими рассуждениями, которые ожидают его в последующих разделах нашей книги Нет, в науке, как в образцовом хозяйстве, ничто не пропадает бесследно. Можете поверить.