Большая ВселеннаяЗвезды. Звезды

Несмотря на разницу в размерах, в начале своего развития все эти звезды имели похожий состав.

То, из чего состоят звезды, полностью определяет их характер и судьбу - начиная от цвета и яркости, заканчивая сроком жизни. Более того, на составе звезды завязан весь процесс ее образования, равно как и формирования ее - и нашей Солнечной системы в том числе.

Любая звезда в начале своего жизненного пути - будь то монструозные гиганты вроде или желтые карлики как наше - состоит приблизительно из равной пропорции одних и тех же веществ. Это 73% водорода, 25% гелия и еще 2% атомов дополнительных тяжелых веществ. Почти таким же был состав Вселенной после , за исключением 2% тяжелых элементов. Они образовались после взрывов первых во Вселенной звезд, чьи размеры превышали размах современных галактик.

Однако почему тогда звезды такие разные? Секрет кроется в тех самых «дополнительных» 2 процентах звездного состава. Это не единственный фактор - очевидно, что достаточно большую роль играет масса звезды. Именно определяет судьбу светила - сгорит оно за пару сотен миллионов лет, подобно , или же будет светить миллиардами лет, как Солнце. Однако дополнительные вещества в составе звезды могут перебить все другие условия.

Состав звезды SDSS J102915 +172927 идентичен составу первых звезд, возникших после Большого взрыва.

Вглубь звезды

Но как такая ничтожная часть состава звезды может серьезно изменить ее функционирование? Для человека, в среднем состоящего на 70% из воды, потеря 2% жидкости не страшна - это всего лишь ощущается как сильная жажда и не приводит к необратимым изменениям в организме. Но Вселенная очень чуткая даже к самым малым переменам - будь 50-я часть состава нашего Солнца хоть капельку иной, жизнь в могла и не образоваться.

Как это работает? Для начала вспомним одно из главных последствий гравитационных взаимодействий, упоминаемое повсеместно в астрономии - тяжелое стремится к центру. Любая планета служит этого принципа: самые тяжелые элементы, вроде железа, располагаются в ядре, когда более легкие - снаружи.

То же самое происходит во время образования звезды из рассеянного вещества. В условном стандарте строения звезды гелий образует ядро светила, а из водорода собирается окружающая оболочка. Когда масса гелия переваливает за критическую точку, гравитационные силы сжимают ядро с такой силой, что в прослойках между гелием и водородом в ядре начинается .

Именно тогда звезда и зажигается - еще совсем молодая, окутанная водородными облаками, которые со временем улягутся на ее поверхности. Свечение играет важную роль в существовании звезды - именно , пытающиеся вырваться из ядра после термоядерной реакции, удерживают светило от моментального сжатия в или . Также имеет силу обычная конвекция, перемещение вещества под воздействием температуры - ионизированные накалом у ядра, атомы водорода поднимаются в верхние слои звезды, перемешивая тем самым материю в нем.

Так все же, при чем тут 2% тяжелых веществ в составе звезды? Дело в том, что любой элемент тяжелее гелия - будь то углерод, кислород или металлы - неминуемо окажется в самом центре ядра. Они опускают планку массы, по достижению которой зажигается термоядерная реакция - и чем тяжелее вещества в центре, тем быстрее зажигается ядро. Однако при этом оно будет излучать меньше энергии - размеры эпицентра горения водорода будут скромнее, чем если бы ядро звезды состояло из чистого гелия.

Солнцу повезло?

Итак, 4 с половиной миллиарда лет назад, когда Солнце только стало полноценной звездой, оно состояло из того же материала, что и вся - трех четвертей водорода, одной четверти гелия, и пятидесятой части примесей металлов. Благодаря особой конфигурации этих добавок, энергия Солнца стала подходящей для наличия жизни в его системе.

Под металлами не подразумевается только никель, железо или золото - астрономы называют металлами все, что отличается от водорода и гелия. Туманность, из которой по теории сформировалось , была сильно металлизирована - она состояла из остатков сверхновых звезд, которые стали источником тяжелых элементов во Вселенной. Звезды, чьи условия зарождения были схожи с Солнечными, называются звездами населения I. Такие светила составляют большую часть нашей .

Мы уже знаем, что благодаря 2% металлов в содержании Солнца оно горит медленнее - это обеспечивает не только долгую «жизнь» звезде, но и равномерную подачу энергии - важные для зарождения жизни на критерии. Кроме того, раннее начало термоядерной реакции поспособствовало тому, что не все тяжелые вещества были поглощены младенцем-Солнцем - в итоге сумели зародиться и полностью сформироваться существующие нынче планеты.

К слову, Солнце могло гореть немногим тусклее - пусть и маленькую, но все же значимую часть металлов забрали у Солнца газовые гиганты. В первую очередь стоит выделить , немало изменивший в Солнечной системе. Влияние планет на состав звезд было доказано в процессе наблюдений за тройной звездной системой . Там есть две звезды, похожие на Солнце, и возле одной из них нашли газовый гигант, масса которого минимум в 1,6 раза больше Юпитера. Металлизация этой звезды оказалась существенно ниже ее соседки.

Старение звезды и изменение состава

Однако время не стоит на месте - и термоядерные реакции внутри звезд постепенно изменяют их состав. Главной и самой простой реакцией синтеза, который протекает в большинстве звезд во Вселенной, и в нашем Солнце в том числе, является протон-протонный цикл. В нем четыре атома водорода сливаются воедино, образуя в итоге один атом гелия и очень большой выход энергии - до 98% общей энергии звезды. Такой процесс называется еще «горением» водорода: в Солнце «сгорает» до 4 миллионов тонн водорода ежесекундно.

Как меняется состав звезды в процессе ? Это мы можем понять того, что мы уже узнали о звездах в статье. Рассмотрим на примере нашего Солнца: количество гелия в ядре будет увеличиваться; соответственно, будет расти объем ядра звезды. Из-за этого увеличится площадь термоядерной реакции, а вместе с ней - интенсивность свечения и температура Солнца. Через 1 миллиард лет (в возрасте 5,6 млрд лет) энергия звезды вырастет на 10%. В возрасте 8 миллиардов лет (через 3 млрд лет от сегодняшнего дня) солнечное излучение составит 140% от современного - условия на Земле к тому времени поменяются настолько, что она в точности будет напоминать .

Рост интенсивности протон-протонной реакции сильно отразится на составе звезды - водород, мало затронутый с момента рождения, станет сгорать куда быстрее. Нарушится баланс между оболочкой Солнца и его ядром - водородная оболочка станет расширяться, а гелиевое ядро, наоборот, сужаться. В возрасте 11 миллиардов лет сила излучения из ядра звезды станет слабее сжимающей его гравитации - греть ядро теперь станет именно растущее сжатие.

Существенные изменения в составе звезды произойдут еще через миллиард лет, когда температура и сжатие ядра Солнца вырастет настолько, что запустится следующая стадия термоядерной реакции - «горение» гелия. В итоге реакции, атомные ядра гелия сначала сбиваются вместе, превращаясь в нестабильную форму бериллия, а затем в углерод и кислород. Сила этой реакции невероятно велика - когда будут зажигаться нетронутые островки гелия, Солнце будет вспыхивать до 5200 раз ярче, чем сегодня!

Во время этих процессов ядро Солнца будет продолжать накаляться, а оболочка расширится до границ орбиты Земли и значительно остынет - ибо чем больше площадь излучения, тем больше энергии теряет тело. Пострадает и масса светила: потоки звездного ветра будут уносить остатки гелия, водорода и новообразованных углерода с кислородом в далекий космос. Так наше Солнце превратится в . Полностью завершится развитие светила тогда, когда оболочка звезды окончательно истощится, и останется только плотное, горячее и маленькое ядро - . Оно медленно будет остывать миллиардами лет.

Эволюция состава звезд, отличных от Солнца

На этапе возгорания гелия термоядерные процессы в звезде размеров Солнца заканчиваются. Массы небольших звезд недостаточно для возгорания новообразованных углерода и кислорода - светило должно быть минимум в 5 раз массивнее Солнца, чтобы углерод начал ядерное преобразование.

Невооруженным глазом на небе в безлунную ночь и вдалеке от города видно огромное количество звезд. При помощи телескопа можно наблюдать еще больше светил. Профессиональная аппаратура позволяет определить их цвет и размер, а также светимость. Вопрос «из чего состоят звезды?» на протяжении длительного времени в истории астрономии оставался одним из самых спорных. Однако и его удалось решить. Сегодня ученым известно, и другие звезды и как этот параметр меняется в процессе эволюции космических тел.

Метод

Определять состав светил астрономы научились только в середине XIX века. Именно тогда в арсенале исследователей космоса появился спектральный анализ. Метод основан на свойстве атомов различных элементов излучать и поглощать свет на строго определенных резонансных частотах. Соответственно на спектре видны темные и светлые полосы, расположенные на местах, характерных для данного вещества.

Разные источники света можно отличить по рисунку из линий поглощения и излучения. успешно применяется для определения состава звезд. Его данные помогают исследователям понять очень многие процессы, происходящие внутри светил и недоступные непосредственному наблюдению.

Из чего состоит звезда на небе?

Солнце и другие светила — это огромные раскаленные шары газа. Звезды состоят преимущественно из водорода и гелия (73 и 25% соответственно). Еще примерно 2% вещества приходится на более тяжелые элементы: углерод, кислород, металлы и так далее. В целом известные сегодня планеты и звезды состоят из того же материала, что и вся Вселенная, однако различия в концентрации отдельных веществ, массе объектов и внутренних процессах порождают все многообразие существующих космических тел.

В случае светил основными критериями различий между их типами являются масса и те самые 2 % элементов, которые тяжелее гелия. Относительная концентрация последних называется в астрономии металличностью. Величина этого параметра помогает определить возраст звезды и ее будущее.

Внутреннее строение

«Начинка» звезд не разлетается по Галактике благодаря силам гравитационного сжатия. Они же способствуют распределению элементов во внутренней структуре светил определенным образом. В центр, к ядру, устремляются все металлы (в астрономии так называют любые элементы тяжелее гелия). Звезда образуется из облака пыли и газов. Если в нем присутствуют только гелий и водород, то первый образует ядро, а второй — оболочку. В тот момент, когда масса достигает критической отметки, начинается и звезда зажигается.

Три поколения звезд

Ядра, состоящие исключительно из гелия, имели светила первого поколения (также их называют звездами населения III). Они образовались через некоторое время после Большого взрыва и характеризовались впечатляющими размерами, сравнимыми с параметрами современных галактик. В процессе синтеза в их недрах из гелия постепенно образовывались другие элементы (металлы). Такие звезды заканчивали свою жизнь, взрываясь сверхновой. Элементы, синтезированные в них, стали строительным материалом для следующих светил. Для звезд второго поколения (население II) характерна низкая металличность. Самые молодые из известных сегодня светил относятся к третьему поколения. В их число входит и Солнце. Особенность таких светил — более высокий показатель металличности по сравнению с предшественниками. Более молодые звезды учеными обнаружены не были, однако можно с уверенностью утверждать, что для них будет характерен еще больший размер этого параметра.

Определяющий параметр

То, из чего состоят звезды, влияет на продолжительность их жизни. Металлы, опускающиеся к ядру, влияют на термоядерную реакцию. Чем их больше, тем раньше загорается звезда и тем меньше будет размер ее ядра при этом. Следствием последнего факта является более низкое количество энергии, излучаемое таким светилом в единицу времени. Как результат такие звезды живут значительно дольше. Их запаса топлива хватает на многие миллиарды лет. Например, по подсчетам ученых Солнце сейчас находится на середине своего жизненного цикла. Оно существует уже около 5 млрд лет и столько же еще впереди.

Солнце согласно теории образовалось из газопылевого облака, насыщенного металлами. Оно относится к звездам третьего поколения или, как их еще называют, населения I. Металлы в его ядре помимо более медленного горения топлива обеспечивают равномерное выделение тепла, что стало одним из условий зарождения жизни на нашей планете.

Эволюция звезд

Состав светил непостоянен. Посмотрим, из чего состоят звезды на разных этапах своей эволюции. Но для начала вспомним, какие этапы проходит светило от момента появления до завершения жизненного цикла.

В начале эволюции звезды располагаются на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рассела. В это время основным топливом в ядре является водород, из четырех атомов которого образуется один атом гелия. Большую часть жизни звезда проводит именно в таком состоянии. Следующая стадия эволюции — красный гигант. Его размеры значительно больше изначальных, а температура поверхности, наоборот, ниже. Звезды типа Солнца заканчивают свою жизнь на следующей стадии — они становятся белыми карликами. Более массивные светила превращаются в нейтронные звезды или черные дыры.

Первая стадия эволюции

Термоядерные процессы в недрах являются причиной перехода светила с одной стадии на другую. Горение водорода приводит к увеличению количества гелия, а значит, размеров ядра и площади реакции. В результате температура звезды возрастает. В реакцию начинает вступать водород, ранее в ней не задействованный. Происходит нарушение баланса между оболочкой и ядром. Как следствие первая начинает расширяться, а второе — сужаться. При этом сильно возрастает температура, что провоцирует горение гелия. Из него образуются более тяжелые элементы: углерод и кислород. Звезда сходит с главной последовательности и превращается в красного гиганта.

Следующая часть цикла

Представляет собой объект с сильно раздувшейся оболочкой. Когда Солнце дойдет до этой стадии, оно займет все пространство вплоть до орбиты Земли. О жизни на нашей планете в таких условиях, конечно, говорить не приходится. В недрах красного гиганта синтезируется углерод и кислород. При этом светило регулярно теряет массу из-за звездного ветра и постоянной пульсации.

Дальнейшие события различаются у объектов со средней и большой массой. Пульсации звезд первого типа приводят к тому, что их внешние оболочки сбрасываются и образуют В ядре заканчивается топливо, оно остывает и превращается в белого карлика.

Эволюция сверхмассивных светил

Водород, гелий, углерод и кислород — не все, из чего состоят звезды с огромными массами на последней стадии эволюции. На этапе красного гиганта ядра таких светил сжимаются с огромной силой. В условиях постоянно растущей температуры начинается горение углерода, а затем и его продуктов. Последовательно образуются кислород, кремний, железо. Дальше синтез элементов уже не идет, поскольку формирование из железа более тяжелых ядер с выделением энергии невозможно. Когда масса ядра достигает определенной величины, оно коллапсирует. На небе загорается сверхновая. Дальнейшая судьба объекта вновь зависит от его массы. На месте светила может образоваться нейтронная звезда или черная дыра.

После взрыва сверхновой синтезированные элементы разлетаются в окружающем пространстве. Из них, вполне возможно, через некоторое время сформируются новые звезды.

Примеры

Особое чувство возникает, когда получается не только опознать на небе знакомые светила, но и вспомнить, к какому классу они относятся, из чего состоят. Посмотрим, из каких звезд состоит Большая Медведица. В астеризм ковш входят семь светил. Самые яркие из них — это Алиот и Дубхе. Второе светило представляет собой систему из трех компонентов. В одном из них уже началось горение гелия. Два других, как и Алиот, располагаются на главной последовательности. К этой же части диаграммы Герцшпрунга-Рассела относятся и Фекда с Бенеташем, также составляющие ковш.

Самая яркая звезда ночного неба, Сириус, состоит из двух компонентов. Один из них относится к главной последовательности, второй — белый карлик. На ветви красных гигантов расположился Поллукс (альфа Близнецов) и Арктур (альфа Волопаса).

Из каких светил каждая галактика состоит? Из скольки звезд сформирована Вселенная? На подобные вопросы довольно трудно ответить точно. Несколько сотен миллиардов светил сосредоточены в одном только Млечном пути. Многие из них уже попали в объективы телескопов и регулярно обнаруживаются новые. То, из каких газов состоят звезды, нам тоже в целом известно, однако новые светила часто не соответствуют сложившемуся представлению. Космос таит еще немало тайн и многие объекты и их свойства ждут своих первооткрывателей.

Звезды… Нет ничего прекрасней вида ночного неба темной безлунной ночью. Вдали от городских огней мириады звезд усеивают небосвод, являя нам извечную картину.

Уже в глубокой древности люди начали объединять звезды в группы (или созвездия), а наиболее ярким из них дали собственные имена. Сделано это было для удобства, ведь среди тысяч звезд было не так-то легко ориентироваться. Богатая фантазия древних дала созвездиям имена мифических героев и фантастических существ.

Сириус (слева) и звезды из созвездий Ориона и Тельца над западным горизонтом озера Баконибель в Венгрии. Слева также можно видеть Млечный Путь. Фото: Tamas Ladanyi/ladanyi.csillagaszat.hu

Что представляют собой звезды? В древности люди выдвигали самые разные предположения относительно их сущности. Некоторые философы полагали, что звезды - это «прорехи» в непрозрачном куполе неба, сквозь которые мы видим отблески Небесного огня. Другие считали, что звезды буквально прикреплены к небесной сфере богами для украшения ночного неба…

Природу звезд помогли установить точные физические методы наблюдений и наше знание общих законов природы. Теперь мы знаем, что звезды - это раскаленные газовые (вернее, плазменные) шары, летящие в беспредельном и почти пустом пространстве . Звезды могут отличаться друг от друга по размерам, массе, температуре и интенсивности излучения, но источник энергии для большинства звезд один - термоядерные реакции, идущие в их недрах.

Наше Солнце - тоже звезда. Солнце является центральным телом Солнечной системы, в состав которой входят планеты (в том числе и Земля), карликовые планеты, астероиды, кометы и мельчайшая пыль. Солнце - одиночная звезда, у нее нет звезды-спутника. Но если мы заглянем дальше в космос, то обнаружим, что звезды часто группируются по две, три, а то и больше звезд, вплоть до шести. Наконец, в космосе существуют целые звездные скопления, в составе которых насчитываются от десятков и сотен до миллионов светил…

Все звезды, которые мы видим ночью на небе, вместе со звездными скоплениями входят в состав огромной системы - Галактики . Наша галактика называется Млечный Путь . Она состоит из нескольких сотен миллиардов звезд. За пределами Млечного Пути существуют миллиарды других галактик, похожих на нашу собственную. Они находятся настолько далеко от нас, что только считанные единицы галактик можно увидеть невооруженным глазом.

Нам повезло. Мы живем в эпоху, когда наука достигла значительных успехов в понимании окружающего нас мира, в том числе и космоса. Благодаря этому мы имеем возможность смотреть на звезды не пустым взглядом. Переходя от созвездия к созвездию, нам известно, что в этом участке неба находится пульсар, а здесь - близкая, похожая на Солнце, звезда, вокруг которой тоже вращаются планеты. Так в небе причудливым образом соединяются история и современность, древние мифы и научные знания. И еще - извечная тайна космоса и жажда ее познать.

Глядя на ночное небо, мы видим множество сияющих звезд. Все дети думают, что звездочки маленькие и даже могут поместиться в ладошке, но взрослые знают, что это не так. А вот все ли смогут дать научное определение?

Давайте разберемся, что такое звезда с точки зрения астрономии.

Звезда в астрономии

Звезда в данной области означает светящееся небесное тело, которое видно в безоблачную ночь. Поскольку звезды отдалены от Земли на несколько тысяч километров, мы видим звезды лишь как светящиеся точки на небе. Если говорить научным языком, звезда представляет собой большой газовый шар, который излучает свет и удерживается в подвешенном состоянии собственной гравитацией, а также давлением, которое вырабатывается реакциями термоядерного синтеза.

Для чего нужны звезды?

С точки зрения астрономии звезды имеют немаловажную роль. Например, самая близкая к Земле звезда - Солнце - зарождает жизнь на Земле, заполняя ее необходимой энергией. Также Солнце дает нам тепло, которое порождает жизнь. Кроме того, нагревая и испаряя воду, Солнце участвует в образовании облаков, которые затем выпадают в виде осадков.

Скопление звезд излучает свет. Об этом можно прочитать в статье .

Виды звезд

Звезды можно делить на категории по нескольким признакам:

• Цвету: голубые, бело-голубые, белые, желтые, желто-белые, оранжевые, красные.
• Смене блеска: новые, сверхновые, гиперновые, LBV (яркие голубые переменные); ULX (ультраяркие рентгеновские источники). Различаются данные звезды быстротой смены цвета.
• По составу и температуре.

Узнать о различиях звезд и планет можно в статье .

Другие значения данного слова

Словом «звезда» называют также:

• Знаменитых и выдающихся людей в области искусства, науки или спорта: «Елена Исинбаева - звезда в прыжках с шестом». А в переносном значении звезда - это ничем не примечательный и заурядный человек: «Вон местная звезда пошла».
• Геометрическую фигуру, в основе которой лежат треугольные выступы по окружности, а также предмет такой формы: свеча в форме звезды.
• Офицерский знак различия на погонах, а также наградный орден (Орден Красной Звезды).
• Морское животное. Чаще можно встретить словосочетание "морская звезда", что означает беспозвоночное животное класса иглокожих.

Вот такие значения может принимать слово «звезда». Другие значения слов можно найти в разделе

Нет не реально. Даже и не пытайтесь это сделать. Ни один ученый на земле не в состоянии сказать правду, сколько звезд существует во Вселенной. Он этого просто не знает. В космосе их бессчетное множество, и при этом в каждое мгновение это число изменяется - звезды в космосе беспрерывно рождаются и умирают.

Для того чтобы хоть приблизительно количество звезд в космосе , следует знать, что например, в нашей звездной галактике находится примерно 150 миллиардов звезд, а во всей Вселенной число галактик, по оценкам тех же ученых, несколько миллиардов. В то же время земные астрономы давно сосчитали звезды, видимые на небосклоне простым, невооруженным глазом - их всего около 6 тысяч. Все эти звезды описаны, давно изучены и даже занесены в специальные космические звездные каталоги .

Как выглядят звезды в космосе и как они делятся на группы?

Посмотрев внимательно на небо, легко заметить, что некоторые звезды в космосе кажутся больше или ярче других . Основной вариант классификации звезд был введен астрономами еще во II веке до нашей эры, он разработан древнегреческим ученым Гиппархом Никейским .

Этот метод классификации звезд в космосе заключается в делении небесных светил на группы в зависимости от их величины. Однако под словом «величина» необходимо понимать не истинные размеры звезд в космосе , а их яркость. По классификатору самые яркие являются звезды в космосе это звезды первой величины. Они светят в 2,5 раза ярче звезд второй величины, а те естественно, в 2,5 раза ярче звезд третьей величины и т.д. Кстати, невооруженным глазом, без , удается разглядеть звезды до шестой величины.

Как проще отличить планету от звезды?

Вспомните, что в переводе с греческого языка слово обозначает «блуждающая звезда» . Действительно, и звезды очень похожи. Однако если посмотреть на них повнимательнее, можно заметить, что звезды мерцают, а планеты светят ровным спокойным светом. Это происходит потому, что звезды сами излучают свет, а планета лишь отражает свет, падающий на её поверхность.

Как отличить планету от звезды

Кроме того, планеты постоянно движутся по небосклону, блуждают или в простонародье плавают, не занимая на небе определенного места. За то, что планеты плавают по небосклону, вращаясь вокруг своей звезды, они и получили название планета или планирующая звезда.

Правда, что в древности Полярная звезда являлась путеводной?

Полярная звезда

Да, это правда. Многовековые наблюдения за звездами и позволили определить, что одна из самых ярких звезд ночного неба , нареченная древними астрономами Полярной звездой, в независимости от времени года, каждую ночь находиться на небосклоне в одном и том же месте. Это открытие помогало и до сих пор помогает путешественникам, а в древние времена способствовало бурному развитию торговли и освоению новых территорий, так как для возвращения домой люди имели неизменный ориентир.

В наши дни определение местонахождения по звездам носит название астронавигации. И, несмотря на то, что существуют современные и точные способы ориентирования, люди все еще продолжают ориентироваться по звездам.

Легенда о том, как небе появился Водолей?

Картинки космоса и звезд для детей — созвездие Водолея

Одно из двенадцати зодиакальных созвездий в космосе, прозванное Водолеем, на астрономических картах изображают в виде человека, льющего воду. Это Водолей. Согласно мифологии, им стал Ганимед, сын царя Трои — Троса. Зевс похитил юного царевича и унес его на Олимп. Здесь Ганимед исполнял обязанности виночерпия, во время пиров разливал богам винный нектар. В благодарность за хорошо исполняемую работу Зевс увековечил память о Ганимеде на небе в виде зодиакального , названного людьми Водолеем.