Звёзды вокруг и внутри нас

С момента появления космических телескопов человечество обнаружило много далеких галактик, тысячи экзопланет и даже заглянуло в прошлое вселенной. Но подсчитать точное количество звёзд астрономам до сих пор не удалось – их слишком много даже в одном только Млечном пути.  По самым скромным подсчетам, во Вселенной их должно быть не менее 10 миллиардов триллионов.

Звезда – это не просто огромная светящаяся сфера, сделанная из раскалённого вещества. Эти небесные тела сильно отличаются друг от друга размером, массой и температурой. Как и живые существа, звезды могут умирать и рождаться, а в течении жизни внутри них происходят сложные явления.

Звезды излучают свой собственный свет и энергию с помощью процесса, именуемого ядерным синтезом. В ходе синтеза под огромным давлением более легкие элементы вынуждены становиться более тяжелыми элементами. Фактически, два атомных ядра объединяются и склеиваются, формируя одно более тяжёлое ядро. Когда это происходит, высвобождается большое количество энергии, за счёт чего звезда разогревается до многих тысяч градусов и ослепительно светит. На Земле человечество научилось использовать этот принцип пока только в водородной бомбе, но хочется верить, что в ближайшем будущем ему найдутся более конструктивные и мирные применения.
Согласно современным представлениям науки, звёзды проходят несколько стадий «жизни». Каждый этап “жизни” определяется тем, какой элемент сйчас синтезируется в звезде. Например, в жёлтом карлике, каким является наше Солнце, гелий синтезируется из водорода. Когда весь водород будет израсходован(ещё очень нескоро), Солнце начнёт сжигать гелий и станет красным гигантом. Когда кончится и гелий, от звезды останется одно ядро, зато очень тяжёлое – сверхплотный белый карлик в 100 раз меньше современного размера. Он будет светить в 10 000 раз меньше. Считается, что таких звёзд – старушек в нашей Галактике от 3 до 10%.

Содержание скрыть 1Мы все сделаны из звёзд 2Двойные звёзды 3Что такое нейтронная звезда? 4Какие звёзды самые большие и самые маленькие? 5Цефеиды 6Почему тогда звезды на небе мерцают?

Мы все сделаны из звёзд

Если бы не сменяющиеся поколения звёзд, во Вселенной не было бы ничего, кроме световых частиц, образовавшихся в большом взрыве. Все остальное, от кальция в наших костях до углерода в нашей ДНК, в конечном счете, сделано внутри раскалённых звёзд. Глубоко в их ядрах ядерный синтез заставляет ядра легких атомов вместе образовывать более тяжелые. Причём чем тяжелее звезда, тем дальше этот процесс идет. Звезды, такие как солнце, создают углерод, азот и кислород, а затем разбрасывают их по всему пространству, когда взрываются в конце своей “жизни”. Более тяжелые звезды выпускают железо, золото и уран, когда превращаются в сверхновые.

Двойные звёзды

Чаще всего на просторах вселенной звёзды существуют не как единичные тела, а в форме скоплений. Гравитационная связь между ними может быть совсем незначительной, а может заставить их сблизиться и объединиться в единую систему – двойную звезду. Первая открытая звезда такого типа – это Мицар. В 1804 году было известно уже около 700 двойных звёзд. Двойные звезды – клад для учёных, занимающихся астрофизикой звезд. Если повезёт и наблюдатель находится в правильной плоскости, чтобы проследить, как одна звезда затмевает другую, он увидит, как ослабляется поток света во время этих затмений. Отсюда можно сделать выводы о размере и форме звезд, а также свойствах их орбит. На основе этого можно судить об их радиусах и массах. Таким образом, именно двойные звёзды позволяют более-менее надежно измерять свои массы и размеры. Потом на основе этих данных можно оценивать физические характеристики одиночных звезд и тех звёздных систем, которые не затмевают друг друга, если смотреть на них с Земли.
Двойные звёзды удивляют разнообразием форм. Иные из них движутся по просторным траекториям своих орбит вокруг общего центра масс, тратя целые века на один полный оборот. При этом они чувствуют себя как  одиночки. Но существуют и звёзды, расположенные настолько близко друг к другу, что могут пробегать свой путь за несколько недель или дней.
Иногда звёздные пары бывают так тесны, что расстояние между звёздами сопоставимо с их размерами. Тогда на вещество обеих звёзд начинают воздействовать приливные силы. От этого звёзды деформируются, приобретая эллипсовидную форму и наращивая гигантские «горбы», направленные друг к другу.
Если верхние слои звездного вещества выходят за пределы внутренней полости Роша, то вещество может перетекать из одной звезды в другую. Кроме того, может образоваться газовая оболочка, окутывающая обе звезды. Известным примером такой системы может считаться β Лиры, наблюдения за которой обнаруживают общую газовую оболочку и поток вещества, струящийся к главной звезде от звезды-спутника.

Что такое нейтронная звезда?

Нейтронные звезды – это то, что остаётся от звезды после сравнительно короткой вспышки сверхновой. Когда у звезды заканчивается топливо, она схлопывается под собственным весом, создавая огромную ударную волну, которая сжимает ядро от размера нашего Солнца примерно до размера Лондона. Далее атомные ядра в центре звезды разрываются на субатомные компоненты, а протоны превращаются в дополнительную порцию нейтронов. При этом они могут достигать сумасшедшей плотности. Частичка нейтронной звезды размером с булавочную головку может весить столько же, сколько полностью нагруженный супертанкер!

Какие звёзды самые большие и самые маленькие?

Самой большой известной звездой является нестабильный красный гипергиант под названием Nml Cygni. Он находится на расстоянии около 5500 световых лет от Земли. Диаметр этого великана составляет в 1600 раз больше, чем у нашего Солнца. И он почти в два раза больше знаменитой звезды Бетельгейзе. Самая маленькая звезда – это OGLE-TR-122b, крошечный красный карлик лишь немногим больше, чем Юпитер. Его масса составляет всего 10% от массы Солнца. Существуют космические объекты ещё меньше, но они причисляются к “коричневым карликам” и не являются звёздами в полном смысле слова.  Это полузвёзды – полупланеты излучают очень мало видимого света, и термоядерного синтеза из водорода в гелий в их ядрах не происходит.

Цефеиды

Ещё один интересный космический феномен – это пульсирующие звёзды-гиганты, так называемые цефеиды. Их периоды ограничены 1,5 – 50 сутками, причём практически у всех цефеид периоды меняются в течении времени. Вместе со светимостью цефеиды также изменяют показатели блеска и температуры фотосферы. Десятилетия неутомимой пульсации цефеид наводят на мысль, что эти звёзды являются автоколебательными системами: т.е. дефицит энергии, обусловленный затуханием, восполняется за счет какого-либо источника энергии. По поводу механизма пульсации этих звёзд настоящее время нет единого мнения. Но хочется верить, что со временем человечество получит ответы на свои вопросы.

Почему тогда звезды на небе мерцают?

На самом деле, за пределами земной атмосферы свет звёзд кажется совершенно ровным и стабильным. Но если мы наблюдаем их с земли, он искажается движением воздушных масс и облаков в атмосфере.  Поэтому обсерватории обычно устраивают высоко в горах. Причём чем более засушливый климат в регионе, тем лучше для астрономов.