Структура вселенной

Структура вселенной
Галактики и метагалактики
Эволюция и типы звезд
Созвездия
«СВЕРХНОВЫЕ И
НОВЫЕ ЗВЕЗДЫ».
СТАРИННЫЕ ЛЕТОПИСИ И ХРОНИКИ СООБЩАЮТ НАМ, ЧТО ИЗРЕДКА
НА НЕБЕ ВНЕЗАПНО ПОЯВЛЯЛИСЬ ЗВЕЗДЫ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО БОЛЬШОЙ
ЯРКОСТИ. ОНИ БЫСТРО УВЕЛИЧИВАЛИ ЯРКОСТЬ, А ЗАТЕМ МЕДЛЕННО, В
ТЕЧЕНИЕ НЕСКОЛЬКИХ МЕСЯЦЕВ УГАСАЛИ И ПЕРЕСТАВАЛИ БЫТЬ
ВИДИМЫМИ.
Наиболее яркими были вспышки в 1006 и 1054 годах, сведения о которых
содержатся в китайских и японских трактатах. В 1572 году такая звезда
вспыхнула в созвездии Кассиопеи и наблюдалась выдающимся астрономом Тихо
Браге, а в 1604 году подобную вспышку в созвездии Змееносца наблюдал Иоганн
Кеплер.
Вспышки сверхновых – один из самых мощных
катастрофических природных процессов.
Сверхновыми называются звезды, взрывающиеся и
достигающие в максимуме абсолютной звездной величины.
Сверхновая сохраняет свою максимальную яркость около месяца,
после чего начинает угасать.
К сожалению, вспышки сверхновых в Галактике наблюдаются
удивительно редко. Последний раз такую вспышку видели перед самым
началом телескопической эпохи в 1604 г. Ее наблюдал И. Кеплер,
который спустя несколько лет и сконструировал один из первых
телескопов.
Типичные новые звезды - это горячие звезды в тесных двойных системах,
где вторая звезда гораздо холоднее первой , у которых наблюдалась
единственная вспышка, причем блеск их быстро увеличивался в тысячи и
даже миллионы раз.
Ежегодно в галактике вспыхивает не менее 200 новых звезд, но из них мы
замечаем лишь 2/3.
До начала нашего столетия астрономы еще не различали новые и сверхновые
звезды. На существование звезд, светимость которых в десятки и сотни раз
превышает светимость новых звезд, впервые указал шведский астроном К.
Лундмарк в 1919 г.
Остаток сверхновой - газопылевое образование, результат
произошедшего много десятков или сотен лет назад
катастрофического взрыва звезды и превращения её в сверхновую.
Вспышки сверхновых оказывают сильное и многообразное
влияние на Землю. Ее частицы, при вспышке, проникая на
поверхность Земли сквозь атмосферу, могут вызывать
генетические мутации, благодаря которым происходит
эволюция жизни на Земле.
Созвездия
Созвездия
• Это определенные
участки звездного
неба, разделенные
между собой строго
установленными
границами.
• Сегодня на
международном уровне
признано 88 созвездий,
каждое из которых
занимает совершенно
определенное место на
небесной сфере.
Мифологические герои,
животные и иные
фигуры традиционно
связаны с созвездиями.
Большая Медведица
• Созвездие Большой Медведицы занимает одну из
самых обширных областей северного неба и широко
известно своим Большим Ковшом. Согласно легенде
Большая Медведица – это прекрасная греческая
принцесса Каллисто, превращенная завистливой
Герой в медведицу.
Как найти созвездие
• Большую Медведицу
хорошо видно,
достаточно посмотреть
на север. Она является
ориентиром для
нахождения других
созвездий.
Малая Медведица
• Когда Каллисто превратили в медведицу, ее сын во
время охоты не узнал мать, выстрелил в неё и убил.
Милосердно вмешавшийся Зевс превратил в
медведя и сына, поместив их на небо в виде
созвездий.
Как найти созвездие
• В этом созвездии находится
небесный северный полюс, а
рядом с ним Полярная звезда,
которая практически неподвижна.
Полярная звезда: она недвижна
И в целом небе нет подобной ей.
На небе много звезд; их всех не
счесть,
И все они блестят и все мерцают.
Но лишь одна не изменяет места.
Кассиопея
• По древнегреческому мифу, прекрасная
Андромеда, дочь Цефея и Кассиопеи, была
прикована к скалам для того, чтобы искупить
вину матери, которая прогневала морских нимф.
Гордясь своей красотой, Кассиопея сказала, что
она прекраснее всех на свете. Разгневанные
нимфы уговорили грозного бога морей
Посейдона наслать на царство Цефея морское
чудовище кита. Кит всплывал из моря и
опустошал эфиопские земли. Оракул
предсказал, что если морскому чудищу отдадут
на растерзание прекрасную царскую дочь
Андромеду, то кара Посейдона окончится.
Как найти созвездие
• Очертания этого
созвездия напоминает
перевернутую и
несколько растянутую
букву «М» (или
латинскую «W»).
Андромеда
Как найти созвездие
• Легко находится как
цепочка звезд,
заканчивающаяся к
западу от Пегаса, а
слева - от Персея.
Летом, ранней осенью
простирается над
восточной стороной, а
поздней осенью и
ранней зимой - высоко
над югом.
Персей
• Боги Олимпа помогли Персею совершить первый
подвиг, когда он отправился за головой Медузы
Горгоны, дав ему острый меч Гермеса и медный щит
Афины, в котором все могло отражаться. А нимфы
дали Персею три подарка: шлем Аида, который
делал невидимкой всех, кто его надевал, сандалии с
крыльями и волшебную сумку.
• Второй подвиг совершил Персей, освободив дочь
Цефея Андромеду, которую должно было сожрать
морское чудовище Кит. Андромеду приковали
цепями к скале на берегу моря, но, как часто
бывает в героических историях, к ней на выручку
вовремя поспевает ее будущий муж Персей, сын
Зевса. Не успела Андромеда рассказать Персею,
почему она прикована к скале, как показалось
морское чудовище Кит. На берег моря прибежали
отец и мать Андромеды – царь Цефей и царица
Кассиопея. Персей согласился уничтожить
морское чудовище за обещание отдать ему в
жены прекрасную Андромеду.
Как найти созвездие
• Созвездие напоминает
очертаниями
«рогатину», которую
легко можно найти
недалеко от Кассиопеи.
Орион
• Орион, сын морского бога Посейдона, был азартным
охотником. Однажды он преследовал дочерей
Атланта, Плеяд, которые, чтобы избежать его
притязаний, попросили богов превратить их в звезды.
Орион вызвал также гнев Дианы, похваставшись
перед ней тем, что убил нескольких ее любимых
зверей. Тогда богиня подослала к нему скорпиона,
который его убил. Боги, движимые состраданием,
превратили охотника и скорпиона в созвездия,
поместив Ориона рядом с Плеядами.
Как найти созвездие
• Орион просто найти по
трем звездам «пояса»,
которые, не будучи
слишком яркими,
привлекают внимание
тем, что расположены
на одной линии
практически на равном
расстоянии.
Лира
• В древнем Вавилоне это созвездие называли
“бородач-ягнятник” (крупный ястреб) или
“нападающая антилопа”. Арабы называли его
“падающий орел"; Вега – от арабского “ал-Ваки”,
“падающий”. По античной легенде лира была
изготовлена Гермесом из панциря черепахи.
Связывают это созвездие и с мифами о
сладкоголосом Орфее.
Как найти созвездие
• По форме данное
созвездие напоминает
параллелограмм.
Недалеко от одной из
вершин которого
расположена яркая
звезда.
Основные звездные
характеристики.
Рождение звезд.
Рождение и
эволюция звезд
Откуда берутся звезды?
Как они возникают?
Поскольку время
жизни звезд
ограниченно, они
должны и возникать
за конечное время.
Каким путем мы
могли бы что-нибудь
узнать об этом
процессе? Нельзя ли
увидеть в небе, как
образуются звезды? Не
являемся ли мы
свидетелями их
рождения?
Рождение звезды
Космос часто называют
безвоздушным
пространством,
полагая его пустым.
Однако, это не так. В
межзвездном
пространстве есть
пыль и газ, в основном,
гелий и водород, причем
последнего значительно
больше. Во Вселенной
существуют даже целые
облака пыли и газа,
которые могут
сжиматься под
действием сил
гравитации.
Рождение звезды
В процессе сжатия часть облака будет
нагреваясь уплотняться. Если масса
сжимающегося вещества достаточна для
того, чтобы в процессе сжатия внутри него
начали происходить ядерные реакции, то из
такого облака получается звезда.
Рождение звезды
Каждая "новорожденная" звезда, в
зависимости от своей
первоначальной массы,
занимает определенное место на
диаграмме ГерцшпрунгаРессела — графике, по одной оси
которого отложен показатель
цвета звезды, а по другой — ее
светимость, т.е. количество
энергии, излучаемой в секунду.
Показатель цвета звезды связан с
температурой ее поверхностных
слоев — чем ниже
температура, тем звезда
краснее, а ее показатель цвета
больше.
Жизнь звезды
В процессе эволюции звезды меняют свое
положение на диаграмме "спектрсветимость", перемещаясь из одной группы в
другую. Большую часть жизни звезда
проводит на Главной последовательности.
Справа и вверх от нее располагаются как
самые молодые звезды, так и звезды, далеко
продвинувшиеся по своему эволюционному
пути.
Жизнь звезды
Время жизни звезды зависит,
главным образом, от ее массы.
По теоретическим расчетам,
масса звезды может
варьировать от 0,08 до 100
солнечных масс. Чем больше
масса звезды, тем быстрее
выгорает водород, и тем более
тяжелые элементы могут
образоваться в процессе
термоядерного синтеза в ее
недрах. На поздней стадии
эволюции, когда в центральной
части звезды начинается
горение гелия, она сходит с
Главной последовательности,
становясь, в зависимости от
массы, голубым или красным
гигантом.
Жизнь звезды
Но наступает момент, когда звезда на пороге кризиса, она
уже не может вырабатывать необходимое количество
энергии, для поддержания внутреннего давления и
противостояния силам гравитации. Начинается процесс
неудержимого сжатия (коллапс).
Вследствие коллапса образуются звезды с огромной
плотностью (белые карлики). Одновременно с образованием
сверхплотного ядра, звезда сбрасывает свою внешнюю
оболочку, которая превращается в газовое облако —
планетарную туманность и постепенно рассеивается в
космосе.
Звезда большей массы может сжиматься до радиуса, 10 км,
превращаясь в нейтронную звезду. Одна столовая ложка
нейтронной звезды весит 1 млрд. тонн! Последняя стадия
эволюции еще более массивной звезды — образование черной
дыры. Звезда сжимается до таких размеров, при которых
вторая космическая скорость становится равной
скорости света. В районе черной дыры пространство сильно
искривляется, а время замедляется.
Жизнь звезды
Образование нейтронных звезд и черных дыр обязательно
связано с мощным взрывом. В небе возникает яркая
точка, почти такая же яркая, как галактика, в
которой она вспыхнула. Это "Сверхновая звезда".
Упоминания, встречающиеся в древних летописях о
появлении на небе ярчайших звезд, это не что иное,
как свидетельства коллосальных космических взрывов.
Гибель звезды
Звезда теряет всю внешнюю
оболочку, которая, разлетаясь
с большой скоростью, через
сотни тысяч лет без следа
растворяется в межзвездном
среде, а до этого мы наблюдаем
ее как расширяющуюся газовую
туманность. Первые 20 000
лет расширение газовой
оболочки сопровождается
мощным радиоизлучением. В
течение этого времени она
представляет собой горячий
плазменный шар, имеющий
магнитное поле, удерживающее
заряженные частицы высоких
энергий, образовавшиеся в
Сверхновой. Чем больше времени
прошло с момента взрыва,
тем слабее радиоизлучение и
ниже температура плазмы.
Список литературы:
• Шкловский И. С. Звезды: их рождение,
жизнь и смерть. — М.: Наука, Главная
редакция физико-математической
литературы, 1984. — 384 с.
• Владимир Сурдин Как рождаются
звезды – Рубрика «Планетарий», Вокруг
Света, №2 (2809) | Февраль 2008
Физическая природа звезд
Физическая
природа звёзд
Физическая природа звёзд
Звёзды различны по
массе
размерам
температуре
(цвету)
строению
светимости
возрасту
Цвет и температура
звёзд
Цвет и температура звёзд
Звезды имеют самые разные цвета.
У Арктура желто-оранжевый оттенок,
Ригель бело-голубой,
Антарес ярко-красный.
Арктур
Ригель
Антарес
Цвет и температура звёзд
Доминирующий цвет в спектре
звезды зависит от температуры
ее поверхности.
Закон Вина
0,0029
Т
λ =
мах
У различных звёзд максимум излучения
приходится на разные длины волн.
-7
Максимум излучения Солнца λ = 4,7х 10 м
Гарвардская спектральная классификация звёзд
O
B
A
F
G
K
M
один
бритый
американец
финики
жевал
как
морковь
Гарвардская спектральная классификация звёзд
O
Be
A
Fine
Girl
Kiss
Mi
Солнце
G0 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9
Гарвардская спектральная классификация звёзд
класс
O
B
A
F
G
K
M
0
эффективная температура К
26000–35000
12000–25000
8000–11000
цвет
голубой
бело - голубой
белый
6200–7900
жёлто - белый
5000–6100
жёлтый
3500–4900
оранжевый
2600–3400
красный
L  4R T
2
4
Светимость звёзд
L1
( M 2 M1 )
 2,512
L2
I1
 2,512 ( m2  m1 )
I2

4
6
L 10
LL10 L
L
 2,512
L  2,512
(M M )
(M M )
так как L = 1, получаем
или
lg L  0,4( M  M )
Пример № 11 страница 137
Радиусы звёзд
Звёзды
гиганты
карлики
сверхгиганты
Нейтронные
звёзды
(пульсары)
Черные
дыры
Небольшая точка рядом с
Сириусом – его спутник,
белый карлик Сириус B.
Альдебаран
– красный
гигант в
созвездии
Тельца
Альфа Ориона –
Бетельгейзе (
Сверхгигант)
Сравнительные размеры звезд
Солнце
Вега
Арктур
Канопус
Ант
Сравнительные размеры звезд
Строение звезд