Космос. Для тех, кто хочет все успеть

Дотянуться до звезды: мерцающие гиганты и карлики

А вы хоть раз замирали от восторга под необъятным звездным небом? Давайте разберемся, что же такое звезда и почему одни звезды кажутся крупными, а другие едва различимы.

Звезда по сути – громадный газовый шар. Именно звезды источают свет в космическом пространстве. Но не все они одинаковы. Давайте «пробежимся» по звездному пути от самых крупных его представителей к звездам-крошкам. Размеры некоторых огромны даже по космическим меркам, поэтому для удобства будем рассматривать параметры звезд в сравнении с нашим родным Солнцем.

Из чего состоит звезда

Звезда состоит из водорода и гелия (примерно 3/4 водорода и 1/4 гелия), а также незначительной примеси других элементов

Гипергиганты. Здесь название говорит само за себя. К числу самых массивных и ярких звезд относится звезда VY Большого Пса. Это крупнейшая звезда из созвездия Большой Пёс. Радиус звезды равен 1800–2100 радиусов Солнца, а светимость превышает солнечную в 270 000 раз. Однако, несмотря на внушительные размеры и ослепляющую яркость, увидеть VY Большого Пса без телескопа нельзя.

Красные сверхгиганты. Самый крупный представитель этой группы – UY Щита. Радиус светила превышает солнечный в 1700 раз, а масса – в 40. Для пущей наглядности представьте, что центр звезды совмещен с центром Солнца. В этом случае габариты UY Щита вышли бы за пределы Солнечной системы. Антарес – второй по величине красный сверхгигант. Его радиус больше радиуса Солнца в 800 раз, а масса – в 17. Антарес можно увидеть невооруженным глазом в момент его противостояния с Солнцем. Кроме огромного размера звезда отличается яркостью, которая в 65000 раз превосходит солнечный свет.

Гиганты. На расстоянии 800 световых лет от нашей планеты расположен голубой гигант Альтинак из созвездия Орион. По космическим меркам это молодая звезда, но Альтинак – «малыш» по возрасту, а отнюдь не по размерам. Он превосходит габариты Солнца в 18 раз, а светимость – в 35000 раз. Еще одно «детище» Ориона – умирающая звезда, красный гигант Бетельгейзе. Он практически не уступает по яркости и массивности своему собрату. А его объем и того больше: радиус космического тела варьируется от 950 до 1200 радиусов Солнца.

Субгиганты. Звезды, обладающие меньшим радиусом и светимостью, чем обычный гигант того же спектрального типа.

Карлики. Эта группа светил наиболее доступна нашему разуму, ведь один из карликов освещает Землю с небосвода. Звезда по имени Солнце – желтый карлик, его диаметр – 1 392 000 метров (109 диаметров Земли), а масса – 1,9855×10³⁰ кг (332 940 масс Земли). Самая близкая звезда к Солнечной системе – Проксима Центавра, красный карлик со слабым свечением. Ее размер и масса достигают не более трети солнечных.

Звезды и планеты – не одно и то же?

Планеты Солнечной системы знакомы каждому со школьной скамьи. О других планетах мы знаем не так много. Дело в том, что, в отличие от ярких звезд, их не так-то просто обнаружить даже через мощный телескоп. Но с развитием технологий ученым все же удалось найти планеты вне Солнечной системы. Их стали называть экзопланетами.

Сколько лет, сколько зим

Из-за огромного расстояния между звездами и Землей мы видим их такими, какими они были когда-то раньше. К примеру, Солнце находится от нас в 8,5 световой минуты, а значит, когда мы смотрим на него, то видим его таким, каким оно было 8,5 минуты назад. Если взять звезду Проксиму Центавра, то ее мы видим такой, какой она была 4,24 года назад

В настоящее время открыто более 2000 экзопланет. Некоторые из них состоят из газа, как Юпитер, иные напоминают Землю, а на некоторых, возможно, существует жизнь. Например, на экзопланете Кеплер 186-F допускается наличие жизни. Эта планета по размерам лишь чуть-чуть превосходит Землю. Расстояние до нее – 558 световых лет. Экзопланета Глизе 832-С, расположенная в 15 световых годах, также потенциально пригодна для жизни, но она больше Земли в пять раз. Размер экзопланеты Кеплер 78-B почти аналогичен размеру Земли, но планета вращается в 90 раз ближе к своей звезде. Из-за этого температура на ее поверхности составляет от 1,5 до 3000 °C.

Самая древняя из известных экзопланет – Каптейн-B из системы красного карлика в 13 световых годах от нас. Ее возраст составляет (только задумайтесь!) 11,5 миллиарда лет. Самая горячая из известных экзопланет – WASP‑33B, температура ее поверхности составляет около 3200 °C. В 2013 году ученые заявили об открытии самой крохотной планеты, Кеплер‑37b, которая по своим габаритам близка к размеру Луны.

Космическая пыль – это частицы, которые «парят» в космическом пространстве. Эти частицы могут состоять всего из нескольких молекул, а могут достигать размера 0,2 мкм. Около 60 тонн космической пыли ежедневно оседает на поверхности Земли

Так в чем же разница между звездами и планетами? Первоочередное и самое главное отличие звезд от планет – в способности самостоятельно излучать свет и тепло: звезды могут, планеты – нет. Планеты лишь отражают свет от других светил.

Кроме того, температура звезд намного выше температуры любой из известных планет. Поверхность звезды способна нагреваться от 2 до 40 тысяч градусов, а центр может быть раскален до миллионов градусов.

Разница еще и в том, что планеты движутся по орбитам вокруг своих светил, которые, в свою очередь, движутся относительно центра галактики. Планеты зачастую обладают одним или несколькими спутниками, а вот звезды таковых «соседей» не имеют. И, наконец, на поверхности звезд обязательно происходят ядерные или термоядерные реакции со взрывами. На планетах же таких реакций не наблюдается, исключение – ядерные планеты, на них изредка случаются слабые ядерные реакции.

Наш космический дом: Солнечная система и Земля

Солнечная система включает в себя 8 планет, вращающихся вокруг Солнца, их спутники, карликовые планеты и астероиды. Самые крупные из планет – Юпитер (R = 69 912 км), Сатурн (диаметр в 10 раз больше диаметра Земли) и Уран. Наша водная планета занимает золотую середину. Наименьшей площадью обладает Меркурий, замыкая размерный ряд планет Солнечной системы.

Кошачий Глаз – планетарная туманность, сформировавшаяся после гибели звезды, масса которой была примерно равна солнечной

Как нам уже известно, Земля входит в Солнечную систему. Она самая плотная и самая крупная в группе земных планет Солнечной системы. По размерам превосходит Венеру, Марс и Меркурий, а площадь равна 510 100 000 км².

Ближайшее космическое тело, вращающееся вокруг планеты, – это ее единственный естественный спутник – Луна.

Привет из прошлого

Многие звезды, которые мы видим, могут уже не существовать, так как мы видим их в том состоянии, в котором они были 1000, 2000 или 5000 лет назад

Кроме Луны у Земли есть квазиспутники – объекты, находящиеся с ней в орбитальном резонансе, что позволяет им оставаться вблизи на протяжении многих орбитальных периодов. Они расположены близко к ней лишь в определенные моменты времени своего движения по намеченной траектории. Наиболее крупный из них – астероид Круитни, диаметр которого равен 5 км.

Глава II
Космические тела

 
Где-то в космосе летит
Голубой метеорит.
Ты идешь,
А он летит.
Ты лежишь,
А он летит.
Ты заснул,
Но все летит
В космосе метеорит…
 

Роман Семенович Сеф

Представьте ночное небо. Что вы в нем видите? Миллионы светящихся точек! Это звезды, их видно с Земли даже невооруженным глазом. Но в недрах Вселенной скрываются и другие интересные тела, увидеть которые можно только в мощный телескоп. А некоторые объекты существуют только в теории, никто и никогда не наблюдал их. Давайте заглянем в бесконечность космоса и узнаем, что же он таит в себе.

Звезды – от рождения до смерти

Знаете, как рождается звезда? Сначала облако из газа и пыли, витающее в вакууме, сжимается и уплотняется. Вокруг него образуются плотные, темные газопылевые облака массой в 200 раз больше, чем у Солнца. Их называют глобулами Бока. По мере того как глобула сгущается, ее масса увеличивается, притягивая к себе материю из соседних областей. Внутренняя часть глобулы сгущается быстрее, чем внешняя, поэтому она начинает нагреваться и вращаться. Постепенно частицы формируют плазменный шар, и только через несколько сотен тысяч лет образуется «новорожденная» протозвезда.

N 11B – регион образования новых звезд, снятый телескопом «Хаббл»

Протозвезда постепенно наращивает массу. Ее давление, плотность и температура увеличиваются. Прогреваясь, звезда начинает светиться темно-красным светом. Все это длится миллионы лет. Увидеть молодую звезду очень трудно, ведь она еще окружена плотным пылевым облаком, из-за которого почти не виден ее блеск.

Дальнейший путь развития протозвезды зависит от ее габаритов. Если ее масса составляет менее 10 % от массы Солнца, то внутри протозвезды не будут происходить ядерные реакции, и она никогда не сможет стать настоящей звездой. Протозвезда постепенно остынет и превратится в переходный объект, так называемый коричневый карлик – нечто среднее между звездой и планетой.

Протозвезда – это новая звезда на завершающем этапе своего формирования. Сформировавшись полностью, она превращается в звезду главной последовательности. Протозвезды окутаны пылевыми оболочками, благодаря которым они испускают мощное инфракрасное излучение

 

Если же протозвезде удастся вырасти, она сможет преобразоваться в полноценную звезду – гигант, карлик – и даже в черную дыру. Давайте рассмотрим несколько наиболее интересных видов.

Компактные звезды

Мы привыкли к тому, что звезда – это раскаленный светящийся шар. Да, большинство звезд так и выглядят, однако некоторые из них не похожи на своих мерцающих собратьев. Их плотность превышает обычную во много раз. Такие звезды называют компактными. Внутри компактных звезд прекратилась ядерная реакция, поэтому они медленно, но верно схлопываются внутрь под действием гравитации.

Барт Ян Бок (1906–1983) – американский астроном голландского происхождения. Он впервые описал глобулы

К компактным звездам относятся:

• Белые карлики

Внутри белых карликов нет источников термоядерной энергии, поэтому они очень тусклые. Белые карлики медленно остывают и краснеют. Из-за этого их не видно невооруженным глазом, а ученые наблюдают их только через мощные телескопы. Ближайший к нам белый карлик – Сириус B, находящийся на расстоянии 8,6 светового года от Земли.

Черный карлик – остывший и не излучающий свет белый карлик. Это конечная стадия эволюции белых карликов. Один из «остывших» карликов – белый карлик WD 0346+246

• Нейтронные звезды

Нейтронная звезда состоит из нейтронов и небольшого количества других частиц. Большинство нейтронных звезд вращаются с дикой скоростью – до нескольких сотен оборотов в секунду. Удивительно, что при массе, равной солнечной, нейтронная звезда имеет радиус всего в 10–20 километров. Представьте, насколько она плотная!

Советский ученый Лев Ландау (1908–1968) в статье «О теории звезд», опубликованной 29 февраля 1932 года, писал: «Мы ожидаем, что все это должно проявляться, когда плотность материи станет столь большой, что атомные ядра придут в тесный контакт, образовав одно гигантское ядро»

Интересно, что нейтронные звезды были предсказаны еще до их официального открытия. В декабре 1933 года астрономы Вальтер Бааде и Фриц Цвикки выдвинули обоснованную гипотезу о том, что нейтронная звезда может образоваться в результате взрыва сверхновой. А в 1967 году Джоселин Белл открыла первую нейтронную звезду – пульсар PSR B 1919+21.

• Черные дыры

Черные дыры – пожалуй, самые загадочные космические объекты. Черная дыра образуется из звезды. Термоядерные реакции в ее недрах поддерживают высокую температуру и давление, не давая звезде сжиматься под действием собственной гравитации. Со временем ядерное топливо истощается, а звезда начинает схлопываться. Если масса звезды меньше трех масс Солнца, то гравитационного коллапса не произойдет: такая звезда навсегда превратится в белого карлика или нейтронную звезду. Но если масса звезды больше трех солнечных, то она станет черной дырой.

Гравитация черных дыр настолько велика, что может сжимать любое вещество до бесконечности. Покинуть черную дыру не в состоянии даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе и частички самого света.