Основные свойства звезд
В результате огромной работы, проделанной астрономами ряда стран в течение последних десятилетий, мы многое узнали о различных характеристиках звезд, природе их излучения и даже эволюции.
Основными свойствами звёзд являются:
светимость (полное количество энергии, излучаемое звездой в единицу времени L),
масса,
радиус,
температура поверхности.
Светимость звезды L часто выражается в единицах светимости Солнца. Последняя равна 3,8*1026 Вт. По своей светимости звезды различаются в очень широких пределах. Есть звезды, светимости которых превосходят светимость Солнца в десятки и даже сотни тысяч раз. Огромное большинство звезд составляют «карлики», светимости которых значительно меньше солнечной, зачастую в тысячи раз. Характеристикой светимости является так называемая абсолютная величина звезды. Видимая звездная величина зависит, с одной стороны, от ее светимости и цвета, с другой - от расстояния до нее. Если отнести какую-либо звезду на условное стандартное расстояние , то ее величина будет называться «абсолютной».
Важной характеристикой звезды является ее масса. В отличие от светимости массы звезд меняются в сравнительно узких пределах. Очень мало звезд, массы которых больше или меньше солнечной в 10 раз. Масса Солнца равна 1,989*1030 кг, что превышает массу Земли в 330 тыс. раз.
Еще одна существенная характеристика звезды - ее радиус. Радиусы звезд меняются в очень широких пределах. Есть звезды, по своим размерам не превышающие земной шар (так называемые «Белые карлики»), есть огромные «пузыри», внутри которых могла бы свободно поместиться орбита Марса.
Температура определяет цвет звезды и ее спектр.
Спектральные классы
Изучение нормальных звезд позволяет найти физически обоснованные принципы классификации всех звезд. Уже при первом знакомстве со звездным небом обращает на себя внимание различие звезд по цвету. Гораздо сильнее это различие выявляется при рассмотрении спектров. Как правило, звезды имеют непрерывный спектр, на который накладываются спектральные линии, чаще всего поглощения. В спектрах некоторых звезд наблюдаются яркие линии.
Важнейшие различия спектров звезд заключаются в количестве и интенсивности наблюдаемых спектральных линий, а также в распределении энергии в непрерывном спектре.
Спектральная классификация начала разрабатываться еще до того, как было объяснено возникновение звездных спектров. При этом сразу же стало ясно, что важнейшие их особенности связаны с различием физических свойств звезд.
Спектры большинства звезд эмпирически удалось расположить в виде последовательности, вдоль которой линии одних химических элементов постепенно ослабевают, а других — усиливаются. Сходные между собой спектры объединяются в спектральные классы. Тонкие различия между ними позволяют выделить подклассы. Дальнейшие исследования показали, что звезды, принадлежащие различным спектральным классам, отличаются своими температурами.
Интенсивности некоторых спектральных линий в спектрах звезд настолько чувствительны к температуре, что, грубо говоря, ее можно оценить «на глаз» по одному только внешнему виду спектрограммы, не производя специальных фотометрических измерений. Количественным критерием принадлежности звезды к тому или иному спектральному классу или подклассу является отношение интенсивностей определенных спектральных линий.
Этот принцип спектральной классификации впервые был удачно применен в Гарвардской обсерватории. Гарвардская классификация звезд легла в основу современной спектральной классификации.
В
Гарвардской классификации спектральные
типы (классы) обозначены буквами
латинского алфавита (Рис. 1.): О, В, A, F, G,
К и М. Поскольку в эпоху разработки этой
классификации связь между видом спектра
и температурой не была еще известна, то
после установления соответствующей
зависимости пришлось изменить порядок
спектральных классов, который первоначально
совпадал с алфавитным расположением
букв. Спектры большинства звезд
характеризуются наличием линий
поглощения.
Рис. 1. Спектральные классы звезд
Класс О. О высокой температуре звезд этого класса можно судить по большой интенсивности ультрафиолетовой области непрерывного спектра, вследствие чего свет этих звезд кажется голубоватым. Наиболее интенсивны линии ионизованного гелия и многократно ионизованных некоторых других элементов (углерода, кремния, азота, кислорода). Наблюдаются слабые линии нейтрального гелия и водорода.
Класс В. Линии нейтрального гелия достигают наибольшей интенсивности. Видны линии водорода и некоторых ионизованных элементов. Цвет голубовато-белый. Типичная звезда — Девы (Спика).
Класс А. Линии водорода достигают наибольшей интенсивности. Хорошо видны линии ионизованного кальция, наблюдаются слабые линии других металлов. Цвет звезд белый. Типичные звезды: Лиры (Вега) и Большого Пса (Сириус).
Класс F. Линии водорода становятся слабее. Усиливаются линии ионизованных металлов (особенно кальция, железа, титана). Цвет слегка желтоватый. Типичная звезда — Малого Пса (Процион).
Класс G. Водородные линии не выделяются среди многочисленных линий металлов. Очень интенсивны линии ионизованного кальция. Цвет звезды желтый. Типичный пример — Солнце.
Класс К. Линии водорода не заметны среди очень интенсивных линий металлов. Фиолетовый конец непрерывного спектра заметно ослаблен, что свидетельствует о сильном уменьшении температуры по сравнению с ранними классами (О, В, А). Цвет звезды красноватый, как, например, у Волопаса (Арктур) и Тельца (Альдебаран).
Класс М. Красные звезды. Линии металлов ослабевают. Спектр пересечен полосами поглощения молекул окиси титана и других молекулярных соединений. Типичная звезда — Ориона (Бетельгейзе).
Кроме этих основных классов существуют дополнительные, являющиеся ответвлениями от классов G и К и представляющие собой звезды с аномальным химическим составом, отличающимся от химического состава большинства других звезд. Первое ответвление происходит от класса G и содержит «углеродные» звезды:
Класс С, отличающийся от классов К и М наличием линий поглощения атомов и полос поглощения молекул углерода.
Второе ответвление происходит от класса К и содержит «циркониевые» звезды:
Класс S. Звезды этого класса отличаются от звезд класса М тем, что вместо полос окиси титана (TiO) присутствуют полосы окиси циркония (ZrO).
Внутри каждого спектрального класса можно установить плавную последовательность подклассов, переходящих из одного в другой. Каждый класс (кроме класса О) делится на 10 подклассов, обозначаемых цифрами от 0 до 9, которые ставятся после обозначения спектрального класса, например, В8, А0, G5. Спектральный класс О подразделяется на подклассы от O5 до O9,5. После таких обозначений ставятся дополнительные значки, если спектр звезды обладает теми или иными особенностями. Если в нем присутствуют эмиссионные линии, то это обозначается буквой «е». Так, В5е означает звезду класса В5 с эмиссионными линиями в спектре. Звезды-сверхгиганты часто отличаются глубокими узкими линиями; это отмечается буквой «с». Другие особенности в спектре звезды, не типичные для данного спектрального класса, отмечаются буквой «р» (peculiar) — пекулярные, то есть особенные спектры. Буква «р» ставится после названия класса (А5р).