Звездные системы

Большая часть материи видимой Вселенной сосредоточена в звездах,которые располагаются не отдельно, а группами, образуя звездные системы.

Самые большие скопления, насчитывающие миллиарды звезд, объединены в огромные
эллиптические или спиральные галактики - звездные острова, разделенные космическим пространством. В пределах типичной галактики группы из сотен тысяч звезд иногда перемещаются в виде плотных шаровых скоплений. Менее плотные группы, включающие сотни звезд, называются рассеянными скоплениями. Наименьшие скопления - до шести звезд - образуют кратные звезды. Чаще всего такая система состоит из двух звезд и называется двойной звездой. В среднем, из каждых 100 звезд около 30 являются одиночными, 47 - двойными, 23 - кратными.

Кратные звезды

Линзовый телескоп для получения точных данных о положении звезды В отличие от
созвездий, кратные звезды расположены относительно близко друг к другу и связаны взаимным тяготением. Двигаясь вместе в пространстве, они вращаются вокруг друг друга, то есть вокруг центра масс звездной системы, который именуется барицентром.

Средняя звезда на ручке ковша созвездия Большой Медведицы называется Мицар. Присмотревшись к ней, вы увидите рядом более тусклую звезду - Алькор.

Пара Мицар-Алькор является примером двойной звезды, видимой невооруженным глазом. Посмотрев на Мицар в телескоп, вы заметите, что она тоже состоит из двух звезд - Мицар А и В. Следовательно, эта звезда тоже двойная.

Визуально-двойные звезды

Двойные звезды, видимые невооруженным глазом или в телескоп, называются визуально-двойными звездами. Примеров таких звезд на небе много. При наблюдении в телескоп ближайшая к нам яркая звезда - Альфа Центавра - оказывается двойной и, следовательно, тоже относится к визуально-двойным звездам. Очень тусклая третья звезда этой системы, Проксима Центавра, - это ближайшая к Земле звезда.

«Половинки» многих визуально-двойных звезд различаются по цвету. У Антареса, например, они красного и зеленого цвета; у Бета Лебедя - желтого и зеленого цвета; у Альбирео - оранжевого и голубого цвета. Эти звезды видны в линзовый телескоп, позволяющий астрономам точно определять их координаты, скорость и направление движения.

Спектрально-двойные звезды

В некоторых системах двойных звезд оба компонента расположены так близко, что их невозможно разделить даже при наблюдении в очень мощные телескопы. Но ученые обнаруживают их на основе анализа их излучения с помощью спектроскопа. При прохождении через этот прибор свет звезды разлагается на спектр, в котором видны темные линии.

Эти линии смещаются в зависимости от того, удаляется звезда от нас или приближается к нам. На спектре двойной звезды имеется два вида линий, смещающихся в зависимости от приближения или удаления ее компонентов при обращении друг вокруг друга.

Двойные звезды, компоненты которых различаются таким способом, называются спектрально-двойными. Алькор, Мицар А и Мицар В, объединенные в систему Мицар-Атькор. являются спектрально-двойными звездами, составляющими систему из шести звезд. И оба компонента визуально-двойной звезды Кастор в созвездии Близнецов тоже спектрально-двойные.

Затменно-двойные звезды

по параллаксу определяется расстояние до ближайшей звезды Компоненты некоторых двойных звезд обращаются друг вокруг друга так, что плоскость их орбиты близка лучу зрения земного наблюдателя - т. е. компоненты периодически заслоняют друг друга, то есть, происходят взаимные затмения. Пока длится фаза затмения, мы видим только одну звезду, так что суммарный блеск системы уменьшается. Если одна звезда значительно слабее или больше, уменьшение блеска может оказаться значительным.

Наиболее известна затменно-двойная звезда Алголь в созвездии Персея. Каждые двое суток и 21 час ее яркость ослабевает от второй до третьей величины, но за следующие семь часов усиливается до прежнего уровня. Эту звезду часто называют «Подмигивающим дьяволом». Ее открыл в 1782 г. английский астроном Джон Гудрайк.

С Земли мы видим затменно-двойную звезду как переменную, яркость которой колеблется с точностью часового механизма в соответствии с периодом обращения обоих компонентов. Ее относят к классу затменно-переменных звезд.

У физически переменных звезд, таких как цефеиды, изменение блеска зависит от внутренних процессов.

Эволюция двойных звезд

Обычно один из компонентов двойной системы больше другого и проходит свой жизненный цикл быстрее. Он успевает превратиться в красного гиганта, затем в белого карлика, а его спутник все еще остается обычной звездой. Но когда спутник,в свою очередь, превращается в красного гиганта, вот тут-то все и начинается. Белый карлик притягивает к себе газы расширяющегося гиганта, которые, накапливаясь, все время сжимаются и разогреваются.

Приблизительно через 100 000 лет температура и давление достигают уровня, необходимого для начала реакции слияния ядер. Газовая оболочка взрывается с огромной силой, в результате чего блеск звезды-карлика усиливается почти в миллион раз. Наблюдая это явление с Земли, мы говорим о рождении новой звезды.

Иногда астрономы обнаруживают, что один компонент двойной звезды является обычной звездой, другой - невидимой, но очень массивной и, к тому же, вероятным источником сильного рентгеновского излучения. Этот компонент не может быть обычной звездой, иначе его было бы видно. Поэтому предполагают, что это - черная дыра, то есть остатки массивной звезды.

По мнению астрономов, в этом случае происходит следующее: благодаря мощной гравитации черная дыра притягивает к себе газы обычной звезды; втягиваясь по спирали с невероятной скоростью, они сильно разогреваются и, прежде чем исчезнуть в дыре, выделяют энергию в виде рентгеновского излучения.

Вселенная

Вселенная - это все, что существует: материя, пространство, энергия и время. В нее входят все звезда, планеты и  другие космические тела.

Вселенная столь огромна, что ее размеры невозможно осознать. Та часть Вселенной, которую мы видим, простирается на 1,6 млн. млн. млн. млн. км, -и никому не ведомо, насколько она велика за пределами видимого.

Многие теории пытаются объяснить, из чего возникла Вселенная и как она приобрела свой сегодняшний вид. Согласно самой распространенной, Вселенная родилась в результате гигантского взрыва около 15 тыс. млн. лет назад. Вследствие этого феноменального взрыва возникла не только материя, но и энергия, и космос, и даже время! Говорить о том, что было до так называемого «большого взрыва», бессмысленно: до «большого взрыва» не было ничего!

Астрономы полагают, что после большого взрыва Вселенная была невероятно раскалена и полна радиации. Приблизительно через 10 секунд сформировались атомные частицы - протоны, нейтроны и электроны; сами же атомы - атомы водорода и гелия - образовались лишь несколько сотен тысяч лет спустя, когда Вселенная значительно расширилась в размерах и остыла.

Отголоски большого взрыва

Если большой взрыв произошел 15 тыс. млн. лет назад, Вселенная должна была бы к настоящему времени охладеть до температуры около трех градусов по шкале Кельвина, то есть трех градусов выше абсолютного нуля. Используя радиотелескопы, ученые зарегистрировали фоновые радиошумы, соответствующие этой температуре, по всему звездному небу и считают их до сих пор доходящими до нас отголосками большого взрыва.

Согласно одной из самых популярных научных легенд, Исаак Ньютон увидел, как яблоко упало на землю, и понял, что это случилось под действием силы, исходящей от самой Земли, - силы тяжести. Действительно, каждое тело во Вселенной имеет собственную силу тяжести. Величина этой силы зависит от массы тела. Яблоко имеет малую массу и его сила тяжести не влияет на движение нашей планеты; Земля же имеет большую массу и притягивает яблоко к себе.

Силы притяжения удерживают все небесные тела на их космических орбитах. Луна движется по орбите Земли, а не отдаляется от нее; сила притяжения Солнца удерживает на околосолнечных орбитах планеты, а сила, намного большая гравитационной силы Солнца, удерживает наше светило в его положении по отношению к иным звездам.

Наше Солнце - звезда, причем довольно обычная и самых средних размеров. Как и все остальные звезды, Солнце представляет собой шар из светящегося газа и подобно колоссальной печи, выделяющей свет, тепло и другие формы энергии. Солнце и планеты на его орбите образуют Солнечную систему. Другие звезды на небе кажутся крошечными, но это потому, что они очень далеки от нас: на самом деле некоторые из них в диаметре в сотни раз превышают наше Солнце!

Звезды и галактики

Астрономы определяют местоположение звезд, располагая их в созвездия или по отношению к
ним. Созвездие - это группа звезд, видимых на определенном участке ночного неба и в действительности не всегда находящихся поблизости.

В безбрежных космических просторах звезды группируются в звездные архипелаги, именуемые галактиками. Наше Солнце и его планеты входят в нашу Галактику, которая называется Млечным Путем. Млечный Путь - далеко не самая большая галактика, но она столь огромна, что представить ее вряд ли возможно.

Расстояния во Вселенной измеряются по отношению к скорости света, быстрее которой человечество не знает ничего. Скорость света равна 300 тыс. км/сек. Астрономы пользуются такой единицей, как световой год: это расстояние, которое луч света прошел бы за год, то есть 9,46 млн. млн. км! Ближайшая к нам звезда - Проксима в созвездии Кентавра - находится на отдалении 4,3 световых лет; глядя на эту звезду, мы видим ее такой, какой она была более четырех лет назад. А свет нашего Солнца доходит до нас за 8 минут и 20 секунд!

Млечный Путь, с его сотнями тысяч миллионов звезд, имеет форму гигантского вращающегося колеса с выступающей осью - ступицей. Солнце расположено ближе к ободу этого колеса, в 250 тыс. световых лет от его оси. Солнце оборачивается по своей орбите вокруг центра Галактики за 250 млн. лет.

Наша Галактика - лишь одна из многих, а сколько их всего, не знает никто. Уже открыты более миллиарда галактик; в каждой из них - многие миллионы звезд. Наиболее далекие из уже известных галактик находятся в сотнях миллионов световых лет от землян; следовательно, изучая их, мы вглядываемся в самое отдаленное прошлое Вселенной. Все галактики удаляются от нас и друг от друга; похоже, что Вселенная все еще расширяется и что ученые не зря пришли к выводу о большом взрыве как ее первоначале.

Какие бывают звезды?

Звезды бывают разные, но все они когда-то возникли и все через миллионы лет исчезнут. Нашему Солнцу почти 5 млрд. лет и, по подсчетам астрономов, оно просуществует еще столько же, а потом начнет умирать. Солнце - одинарная звезда; многие же другие звезды являются бинарными, т. е., по сути, состоят из двух звезд, вращающихся вокруг друг друга. Астрономам также известны тройные и так называемые кратные звезды, состоящие из многих звездных тел. Самые крупные звезды называются сверхгигантами. К ним принадлежит Антарес; его диаметр в 350 раз больше диаметра Солнца. Впрочем, все сверхгиганты имеют очень малую плотность. Менее крупные звезды - гиганты - имеют диаметры в 10-100 раз больше солнечного; их плотность тоже мала, но больше, чем у сверхгигантов. Большинство видимых звезд, включая Солнце, классифицируются как звезды главной последовательности, или средние звезды. Их диаметр может быть как в десять раз больше, так и в десять раз меньше диаметра Солнца.

Самые малые звезды главной последовательности называются красными карликами, а еще меньшие тела, уже не относящиеся к звездам главной последовательности, - белыми карликами. Белые карлики (размерами с нашу Землю) очень тусклы, но чрезмерно плотны: их плотность выше плотности воды в 100 тыс.-20 млн. раз. Только в Млечном Пути белых карликов может быть до 5 миллиардов, хотя до сих пор ученые открыли лишь несколько сотен таких тел.

Жизнь звезды

 Каждая звезда рождается из облака водорода и пыли; Вселенная полна таких облаков. Формирование звезды начинается, когда под влиянием какой-то (еще никем не понятой) силы и под действием тяготения происходит, как говорят астрономы, коллапс, или сжатие небесного тела: облако начинает вращаться, а его центр нагревается. Когда температура внутри звездного облака достигает многих миллионов градусов, начинаются ядерные реакции, в ходе которых ядра атомов водорода соединяются и образуют гелий. Производимая реакциями энергия высвобождается в виде тепла и света, и загорается новая звезда.

Вокруг новых звезд наблюдаются остаточные газы и звездная пыль. Из этой материи образуются планеты.

Звездные взрывы

Судьба звезды во многом зависит от ее массы. Когда звезда вроде нашего Солнца использует все свое водородное «топливо», ее гелиевая оболочка сжимается, а внешние слои расширяются. На этом этапе своего существования звезда становится красным гигантом. Со временем ее внешние слои резко отходят, оставляя за собой малое яркое ядро звезды - белого карлика. Постепенно звезда охладится, превратившись в черного карлика, огромную массу из углерода.

Звезды, масса которых в несколько раз превышает массу Земли, ожидает более драматическая судьба. По мере истощения их ядерного топлива они расширяются и превращаются в сверхгигантов, которые намного крупнее красных гигантов; затем, под воздействием тяготения, происходит резкое сжатие их ядер. Высвобожденная энергия невообразимым взрывом разносит звезду на куски. Такой взрыв астрономы называют рождением сверхновой. Какое-то время сверхновая светит в миллионы раз ярче Солнца. После сверхновой в зависимости от исходной массы звезды может остаться небольшое тело, называемое нейтронной звездой. Такая звезда с диаметром не более нескольких десятков километров состоит из твердых нейтронов, отчего ее плотность во много раз превышает огромную плотность белых карликов.

Черные дыры

В некоторых сверхновых сила коллапса ядра столь велика, что сжатие материи практически
приводит к ее исчезновению. Вместо материи остается участок космического пространства с невероятно высокой гравитацией - черная дыра.

В силу своей природы черные дыры не могут быть видимы; тем не менее, астрономы установили их местонахождение.

Вселенная также таит в себе загадочные образования - квазары. Наверное, это ярко светящиеся ядра далеких галактик.

Не менее таинственны пульсары - образования, регулярно испускающие пучки энергии; по мнению ученых, они являются быстро вращающимися звездами, от которых исходят световые лучи.