Цвет звезд и карта сокровищ неба

Одним из моментов, наиболее ценимых астрономами, являются сумерки. С заходом солнца небо темнеет и появляются первые звезды. Сначала их два или три, но с течением времени они становятся все более и более заметными; первыми появятся самые яркие звезды ночи, последними — самые тусклые. Но их яркость — не единственное, что отличает звезды. По мере того, как сгущается ночь и небо темнеет, если мы присмотримся, мы увидим звезды красного, белого и синего цветов… Звезды имеют цвета, и изучение их отправляет нас в увлекательное путешествие по их жизням.

В эти ранние весенние недели легко найти созвездие Ориона вместе с Большим Псом и Тельцом вскоре после захода солнца. На первый взгляд может показаться, что звезды одного цвета, но если мы найдем темное небо и присмотримся еще раз, мы заметим разные цвета. Сириус (в Большом Псе) — белый, Ригель (правая нога Ориона) — синий, Альдебаран (в Тельце) — оранжевый, а Бетельгейзе (левое плечо Ориона) — красный.

В доме астрофизика краны перевернуты

Тот факт, что звезды бывают разных цветов, — это не просто любопытство. Цвет обеспечивает фундаментальную часть данных в звездной астрофизике — температуру поверхности звезды. Самые горячие звезды — синие, а самые холодные — красные, в отличие от использования цветов в искусстве и в нашем повседневном опыте. Вот почему часто говорят, что в доме астрофизика краны поменяны местами: синий указывает на горячий, а красный на холодный.

Классификация звезд Моргана-Кинана основана на цветах звезд, начиная от самых голубых (самых энергичных) звезд до красных (самых слабых) через типы O B A F G K M. Согласно мнемоническому правилу, фраза Очас Бе а ФИне граммирл(граммуй), Кисс Мe часто используется, чтобы напомнить нам о них — классическая шутка на факультетах по всему миру, где преподается астрофизика.

Звездная классификация также обычно указывает на абсолютную яркость звезд. Важно квалифицировать это обычно, поскольку позже мы увидим пару исключений. Голубые звезды, как правило, самые яркие, а красные — самые тусклые. Но более опытные наблюдатели встретят ночью красные звезды, которые ярче белых или голубых. Как это возможно? Следует помнить, что при наблюдении с Земли звезды находятся на разном расстоянии. Таким образом, красная звезда, которая светит слабо, но находится очень близко, будет казаться более яркой, чем голубая звезда, которая находится намного дальше.

Помимо температуры и яркости, цвет также обычно — с той же оговоркой — указывает размер звезды: самые горячие и самые энергичные голубые звезды — это обычно больше, а красные меньше.

Звездная диаграмма

Зная, что по цвету звезды можно оценить температуру ее поверхности и обычно зная его яркость и размер, астрономы Эйнар Герцшпрунг и Генри Норрис Рассел нанесли эти характеристики на график, известный сегодня как Герцшпрунг-Рассел диаграмму, которую они оба разработали независимо примерно в 1910 году.

На этой диаграмме H-R вертикальная ось упорядочивает типы звезд от самых слабых до самых ярких, а горизонтальная ось упорядочивает их от самых горячих до самых холодных, принимая во внимание их температуру, цвет и звездную классификацию. В результате получается диагональная группировка, в которой звезды упорядочиваются по этим характеристикам: эта часть диаграммы называется главная последовательность.

Большинство звезд находятся в главная последовательность. Они сияют благодаря реакциям ядерного синтеза в их ядре, которые превращают водород в гелий. Эти звезды находятся на стадии зрелости и проводят большую часть своей активной жизни.Говоря человеческим языком, основной последовательностью будет этап от подросткового возраста до выхода на пенсию. Наше Солнце, по-видимому, находится примерно в середине этой звездной жизни: это средняя желтая звезда G-типа.

Периодическая таблица звезд

Звезды могут светить миллиарды лет, но ничто не вечно. Топливо, которое они используют для ядерных реакций, ограничено и со временем заканчивается. Когда не остается водорода для сжигания, начинается синтез гелия, но, в отличие от предыдущего этапа, этот гораздо более энергичный. Это приводит к тому, что звезды, достигшие конца своей жизни, увеличиваются в тысячи раз по сравнению с их первоначальным размером, становясь гигантами. Расширение также приводит к тому, что они теряют тепло на своей поверхности, поскольку им приходится распределять больше энергии по большей площади, и поэтому они краснеют. Эти красные звезды-гиганты являются исключением и расположены в верхней правой части диаграммы, известной как зона красных гигантов.

Красные гиганты живут недолго (по звездным меркам) и быстро исчерпывают то немногое, что у них осталось. Когда это происходит, внутри звезды заканчиваются ядерные реакции, которые раньше поддерживали звезду; гравитация притягивает всю ее поверхность и сжимает звезду до карлика. Из-за этого жестокого сжатия энергия концентрируется, а ее поверхность нагревается, радикально меняя свою яркость на белую. Труп звезды называют белым карликом. Эти звездные трупы являются еще одним исключением из основной последовательности и расположены в левом нижнем углу диаграммы.

Без сомнения, одним из величайших достижений науки является периодическая таблица элементов. Можно сказать, что диаграмма Герцшпрунга-Рассела — это периодическая таблица звезд. В полной форме он может выглядеть как странная и деформированная радуга; однако, как только мы научимся его читать, мы сможем увидеть, как различные цвета звезд соотносятся с их температурой, размером, яркостью и фазой звездной жизни, распределенные упорядоченным и элегантным образом.Это замечательная карта сокровищ для любителей астрономии: ключ к прыжку в другое измерение, как в познании космоса, так и в умении наслаждаться красотой небосвода.