Происхождение миров

Что касается температуры внутри звезд, то согласно самым последним теориям она достигает многих миллионов градусов. До недавнего времени такие температуры были недостижимы в земных условиях. Только в реакциях, происходящих при взрывах атомных и водородных бомб, развиваются температуры в миллионы градусов.

Зная температуру звезды и количество света, доходящего от нее до нас, легко вычислить общее количество лучистой энергии, излучаемой звездой за определенный промежуток времени. Можно определить таким образом так называемую светимость или абсолютную яркость звезды. Сравнивая светимость различных звезд, например, со светимостью Солнца, можно ввести новую их классификацию. Звезды наибольшей светимости излучают в пространство в сотни тысяч раз больше света, чем Солнце. С другой стороны, имеются также звезды, абсолютная яркость которых в 10 000 раз меньше яркости Солнца.

Рис. 3. Диаграмма Рессела

в) Диаграмма Рессела. Вполне естественными были попытки найти связь между указанными различными характеристиками звезд. В 1912–1913 гг. американский астроном X. Р. Рессел и голландский астроном Герцшпрунг обнаружили связь между цветом звезд, т. е. их поверхностной температурой, и их абсолютной яркостью. Полученные результаты Рессел представил в виде диаграммы, которая была уточнена в ходе многочисленных позднейших работ. На этой диаграмме (рис. 3) по горизонтали нанесены значения температур, убывающие слева направо от 30 000 до 2500°. По вертикали нанесены абсолютные яркости звезд, причем абсолютная яркость Солнца принята за единицу. Каждой звезде соответствует на диаграмме точка, расстояние которой от левого края диаграммы определяется температурой звезды, а от нижнего — абсолютной яркостью звезды.

Таким образом, если у нас имеется диаграмма Рессела, на которой нанесены положения различных звезд, то мы можем узнать, какова температура этих звезд, проводя вертикальные прямые через соответствующие точки на диаграмме и замечая, где пересекаются эти прямые с нижним краем диаграммы. Обратившись к рис. 3, мы видим, например, что Солнце имеет температуру, равную примерно 6000°. Одна же из самых ярких звезд ночного неба — Капелла — имеет температуру около 5000°. Аналогичным образом можно узнать по диаграмме Рессела абсолютную яркость звезд, проводя через соответствующие точки горизонтальные прямые. Как мы уже отмечали, абсолютная яркость Солнца принята за единицу. Капелла имеет абсолютную яркость, превышающую 100 единиц (а именно 130).

Глядя на диаграмму, можно сразу заметить, что точки, представляющие положения звезд на диаграмме, образуют некоторое число линий, соответствующих различным группам звезд. По диагонали таблицы располагается линия, идущая из правого нижнего края к левому верхнему. Верхняя часть этой линии соответствует наиболее ярким белым и голубым звездам; все остальное — классу карликов. Две линии, расположенные правее и выше этой диагонали и идущие более или менее горизонтально, соответствуют классам гигантов и сверхгигантов. Мы видим, что светимость звезд этих двух классов довольно мало зависит от их цвета и температуры. Для звезд же, расположенных па диагонали диаграммы, имеет место вполне отчетливое уменьшение светимости с уменьшением температуры. Тем же свойством обладают и субкарлики.

В левом нижнем углу диаграммы помещаются белые карлики. Долгое время считали, что белые карлики не подчиняются какому-либо определенному закону распределения. Однако в 1946 г. советский астроном П. П. Паренаго обнаружил возможность построить для белых карликов две определенные линии, располагающиеся, за исключением их правого конца, довольно близко к горизонтали.

Согласно статистическим подсчетам Койпера подавляющее большинство (95 %) наблюдаемых звезд может быть представлено точками, расположенными по диагонали диаграммы. Эта совокупность звезд образует так называемую главную последовательность. Следующей наиболее многочисленной группой являются белые карлики (3 %).

Были проведены также исследования связи между массой и светимостью звезд. Эти исследования показали, что, за исключением белых карликов (а также субкарликов), для звезд каждого класса светимость растет одновременно с массой. Эта закономерность особенно отчетливо выражена для звезд главной последовательности. В целях наглядности мы приводим на рис. 3 значения нескольких масс для звезд, принадлежащих главной последовательности и классу гигантов (цифры, обведенные маленькими кружочками, указывают массу звезды по сравнению с массой Солнца, принятой за единицу; например, масса Капеллы составляет 4,2 массы Солнца).

Первые теории эволюции звезд

Весьма специфическое расположение точек, представляющих различные звезды на диаграмме Рессела, очевидно, не является простой случайностью, и астрономы сразу же попытались вывести отсюда законы эволюции звезд.

Сначала предположили, что основная часть звезд рождается в виде голубых гигантов, затем, постепенно охлаждаясь, проходит различные этапы главной последовательности и кончает свой путь в виде угасающих красноватых карликов. Однако ветвь гигантов, открытая в то же время, что и главная последовательность, оставалась вне этой эволюционной схемы. Астроном Локьер предложил поэтому другую схему. Согласно этой схеме звезды рождаются в виде красных гигантов, имея небольшую температуру; затем они начинают сжиматься, и по мере сжатия все более разогреваются и приобретают последовательно все цвета, какие можно наблюдать, например, при раскаливании в горне куска железа. Звезда становится сначала желтой, затем белой и, наконец, голубой, пробегая линию гигантов справа налево. После того как звезда приобретает максимальную температуру (несколько десятков тысяч градусов), она продолжает сжиматься, но при этом уже охлаждается: из голубой она постепенно превращается в красную, проходя все промежуточные стадии и опускаясь вдоль диагонали главной последовательности слева направо.

Локьер основывал свою схему на теории диссоциации, которая, как выяснилось позднее, является ошибочной. В настоящее время решение проблемы звездной эволюции связывается с новыми теориями об источниках энергии излучения звезд. Ниже мы возвратимся к этому вопросу, а сейчас лишь заметим, что, по-видимому, не существует единого пути эволюции для всех звезд.

Новые, сверхновые и переменные звезды

Самую большую услугу современной космогонии призваны оказать две категории звезд: новые и переменные звезды, изменения которых проявляются не в течение исключительно больших по сравнению с человеческой жизнью промежутков времени, а легко наблюдаются на протяжении дней или месяцев.

Новые звезды представляют собой звезды небольшой светимости, которые внезапно как бы «вспыхивают», становятся необычайно яркими, но затем в течение нескольких недель или месяцев их яркость постепенно уменьшается, и звезды приобретают почти прежний вид. Внимательное изучение этого явления показывает, что мы имеем дело с настоящим взрывом на звезде и с выбросом газов со скоростью до 1000 км/сек.

Переменные звезды — это звезды, яркость которых также испытывает заметные изменения, хотя и не такие резкие. У одних звезд изменения яркости носят периодический характер, у других такая периодичность отсутствует (неправильные переменные). Как показали работы советских астрономов Кукаркина и Паренаго, неправильные переменные по своим свойствам несколько похожи на новые. Действительно, можно рассматривать новые звезды как переменные, вспышки которых следуют через неодинаковые интервалы (в среднем через сотни или тысячи лет). Были уже отмечены две последовательные вспышки одной звезды в созвездии Северной Короны в 1866 г. и в 1946 г. При каждом взрыве такая звезда выбрасывает лишь весьма небольшое количество своей массы — примерно одну стотысячную долю. Следовательно, это не изменяет существенно физического состояния звезды. Добавим также, что новые звезды образуют специфическую группу, так что не всякая звезда может стать новой.

Но наряду с новыми звездами существуют звезды, встречающиеся гораздо реже и теряющие при взрыве до одной десятой массы самой звезды. Их абсолютная яркость в несколько дней может настолько вырасти, что она превысит абсолютную яркость Солнца в несколько сот миллионов раз. Это — так называемые сверхновые звезды.

III. Звездные системы и туманности

На ночном небе можно наблюдать простым глазом некоторое количество объектов, имеющих вид светлых пятнышек с размытыми краями. Благодаря использованию телескопов и особенно спектроскопических методов наблюдений, о которых мы выше говорили, эти объекты удалось разделить на две категории, резко отличающиеся друг от друга:

1. Звездные системы, которые образованы совокупностью сравнительно близких друг к другу звезд.

2. Туманности в собственном смысле этого слова, представляющие собой нечто вроде гигантских газовых облаков весьма малой плотности; их называют также диффузными туманностями.

Звездные системы

а) Млечный путь. Наиболее известной и имеющей для нас наибольшее значение звездной системой является Млечный путь. Первоначально это название относилось лишь к широкой светлой полосе, которая, как можно видеть в ясную ночь, пересекает все небо от одного до другого края горизонта. Если бы мы могли заглянуть за горизонт, то увидели бы, что эта полоса продолжается далее и образует нечто вроде пояса, делящего все нёбо вокруг Земли на две половины.