какую форму имеют небесные тела звезды
Звезды
Вселенная составлена из материи, организованной в самые разнообразные формы: газ, пыль, твердое и холодное вещество (планеты), высокотемпературные газ и плазма (звездные туманности и звезды), а также загадочная темная материя.
Звезда представляет собой массивный газово-плазменный шар, излучающий собственный свет, в отличие от планет, которые светят отраженным светом. Типичная звезда — наше Солнце. Впрочем, звезды посылают нам не только свет (видимое излучение), но тепло (инфракрасное излучение), радиоволны и другие виды электромагнитного излучения.
Звезды можно назвать главными объектами во Вселенной, ведь в них заключено более 9/10 всего наблюдаемого нами вещества. Все звезды очень далеки от нас: расстояние до каждой из них (кроме Солнца) во много раз превышает расстояние от Земли до любой из планет Солнечной системы.
Сколько звезд во Вселенной?
В 2004 ученые из Австралии попытались определить примерное количество звезд. Для расчетов они выбрали случайный квадрат неба и измерили его яркость. Полученный результат разделили на среднюю яркость одной звезды и узнали количество звезд в этом квадрате. Затем этот результат распространили на всю небесную сферу, и у них получилось, что во Вселенной находится 70 000 000 000 000 000 000 000 звезд! Это намного больше, чем общее количество песчинок на нашей планете.
Рождение и жизнь звезды
Звезды, как и живые существа, рождаются, живут и умирают. Продолжительность их жизни настолько велика (до десятков миллиардов лет), что астрономы не могут проследить жизнь хотя бы одной из них от начала до конца. Зато ученых есть возможность наблюдать за звездами, находящимися на разных стадиях развития.
Образуются звезды из газопылевых облаков. Они сжимаются, потому что частицы притягиваются друг к другу. При этом температура и плотность вещества сильно возрастает. На данной стадии это уже не облако, но еще и не звезда. Поэтому его называют протозвездой (от греч. «протос» — «первый»). Постепенно ее температура достигает нескольких миллионов градусов, и тогда начинаются термоядерные реакции. Протозвезда становится звездой и многие миллиарды лет излучает энергию.
Звезда светит до тех пор, пока ее внешние слои не начинают остывать. Постепенно истощаются запасы водорода, что приводит к затуханию термоядерных реакций в недрах звезды. Остывающие внешние слои начинают светиться красным, и звезда превращается в красного гиганта. Красный гигант продолжает терять яркость до тех пор, пока не гаснет. В зависимости от размера красные гиганты могут, например, превратиться в красного карлика, или взорваться, превратившись в белого карлика, который впоследствии либо угаснет, либо превратится в нейтронную звезду, или сжаться в черную дыру.
Какие бывают звезды?
Звезды различаются по температуре, возрасту, массе, размерам, плотности, светимости и химическому составу.
По температуре различают красные, желтые, белые, голубые. Среди них самые холодные красные: температура на поверхности такой звезды составляет не более 3000°С. Желтые звезды — к ним относится и наше Солнце — имеют температуру около 6000°С; белые «разогреты» от 10 000 до 20 000°С; голубоватые же звезды — самые горячие — раскалены более чем до 30 000°С (иногда до 100 000°С). Но это температура поверхности звезд. Внутри этих светил еще жарче — до 20 млн °С.
В зависимости от размеров звезды величают гигантами (самые большие) и карликами (наименьшие). Диаметр так называемых белых карликов может быть в 100 с лишним раз меньше диаметра Солнца, при этом масса таких звезд примерно равна солнечной. По численности такие карлики составляют от 3 до 10% звездного «населения» нашей галактики.
Чем больше звезды, тем реже они встречаются в пространстве. Особенно редки гиганты. Самыми крупными являются красные гиганты. К примеру, диаметр красной звезды Бетельгейзе из созвездия Ориона более чем в 300 раз превосходит диаметр Солнца. А красный Антарес в созвездии Скорпиона по диаметру в 450 раз больше нашего светила и даже превышает орбиту Марса.
Одной из самых больших ныне известных звезд является красный сверхгигант Мю Цефея. Внутри этой звезды могли бы уместиться орбиты планет Солнечной системы вплоть до Юпитера. Мю Цефея, также известная как «гранатовая звезда Гершеля», является красным сверхгигантом и находится в созвездии Цефея.
Около половины звезд являются одиночными (как Солнце), остальные образуют двойные (например, Сириус), тройные и более сложные системы. Чем больше звезд в системе, тем реже она встречается. Известны звездные системы из семи членов, но более сложные пока не обнаружены.
Самые яркие
Межзвездные расстояния
Выражать расстояния между космическими телами в километрах неудобно. Это слишком мелкая единица измерения. Например, между Солнцем и ближайшей к нему звездой Проксима Центавра — 40 700 000 000 000 км.
Внутри Солнечной системы для измерения расстояний часто используют астрономическую единицу (а. е.). Одна астрономическая единица равна длине большой полуоси орбиты Земли. Это около 150 000 000 км. Расстояние до ближайшей звезды тогда можно записать как 270 000 а. е.
Но астрономическая единица тоже неудобна, поскольку расстояния между звездами обычно гораздо больше, чем между Солнцем и звездой Проксима Центавра. Для таких масштабов используют другие единицы: световой год и парсек. Световой год — это не время, а расстояние, проходимое светом за один земной год. В этом случае 270 000 а. е. записываются как 4,3 светового года.
Путь короче не стал, но звезда кажется как-то поближе. Большинство звезд, хорошо заметных невооруженным глазом, удалено на десятки и сотни световых лет.
Еще меньше это расстояние выглядит в парсеках (пк) — 1,32 пк (1 пк=3,26 светового года).
Что такое звездное скопление?
Звезды обычно объединяют в группы, которые называют скоплениями. Существуют шаровые и рассеянные скопления. Шаровое скопление состоит из большого количества звезд. В рассеянном их меньше, а само скопление имеет неправильную форму.
Термоядерные реакции
Ядро обычного атома водорода имеет всего один протон. Но у его разновидностей — дейтерия и трития — в ядрах кроме одного протона имеется и нейтрон: у дейтерия один, а у трития два. Оба они также присутствуют в недрах звезд.
Атом дейтерия соединяется с атомом трития, образуя атом гелия и свободный нейтрон. Именно из гелия и формируется ядро звезды. В нем также содержатся более тяжелые химические элементы (например, железо), которые были захвачены из «материнской» туманности или же образуются во время термоядерных реакций. В результате этого процесса высвобождается огромное количество энергии.
Следовательно, массивные звезды сгорают быстрее. Самые тяжелые сжигают весь водород за несколько сотен тысяч лет, а легкие красные звезды могут «тлеть» несколько миллиардов лет.
Если говорить о возрасте, то молодыми считаются звезды очень большой массы и очень высокой светимости, то есть те, которые излучают энергии во много раз больше, чем Солнце. Они гораздо моложе нашего светила, потому что столь интенсивно теряют энергию, что в состоянии существовать только сравнительно короткое по астрономическим масштабам время. Недавно возникшие звезды — это, прежде всего, гигантские горячие звезды голубоватого цвета, так называемые голубые сверхгиганты.
Космос, звезды: основная информация, список самых известных
Звездное небо не оставляет равнодушным никого, его красота и великолепие захватывает дух. Люди видят лишь множество светящихся точек, некоторые из них особенно яркие, другие – тусклее. Но за ними не только приятно наблюдать, но также интересно узнать, что такое звезда в космосе на самом деле и какая информация о ней известна в настоящее время.
Основная информация о звездах во Вселенной
Звезда – небесное тело, представляющее собой огромный газовый шар, от которого исходит свет и тепло. В связи с термоядерными реакциями, происходящими в ее ядре, в котором температура может достигать 10 миллионов градусов Цельсия, на поверхности может варьироваться в пределах от 2°C до 22000°C. Именно благодаря этой энергии, звезды могут светить в течение нескольких миллионов лет, и поэтому они видны на Земле в ночное время. Большинство из них по размерам и массе значительно превосходят Солнце, но находясь на огромной дистанции от нашей планеты, кажутся людям миниатюрными. Обладая гравитацией, они способны удерживать рядом с собой объекты меньших размеров, которые вращаясь, образовывают планетную систему. Все звезды Вселенной объединяются в группы, называемые галактиками.
Основные отличия между звездами и планетами:
Ученых, изучающих космос, звезды, Вселенную, планеты, их спутники и другие космические объекты, называют астрономами. Они не только наблюдают из телескопов за небесными телами, но и проводят полноценные исследования, изучают их характеристики и т.д. По их подсчетам на небе невооруженным глазом можно увидеть приблизительно 4500 светил, а всего их в составе Млечного Пути – около 150 миллиардов. А если учесть, сколько существует триллионов галактик, то дать точную оценку количеству звезд во Вселенной достаточно сложно.
Виды звезд в космосе, во Вселенной
Существуют такие классы в зависимости от цвета и температуры:
Помимо указанной классификации, ученые выделяют следующие виды звезд в космосе:
Содержит космос звезды, совершенно отличающиеся друг от друга по размерам, массе, светимости. Сложно представить, что многие из них гораздо крупнее Солнца. А учитывая их возможное расположение на расстоянии в миллиарды световых лет от нашей планеты, не исключается вероятность, что мы видим даже переставшие существовать объекты.
Из чего состоят звезды в космосе, Вселенной
Юные астрономы часто задаются вопросом, из чего состоят звезды в космосе. Ученые долгое время не могли дать на него ответ, и тайна была раскрыта лишь в 19 веке. С открытием метода спектрального анализа выяснилось, что все источники света обладают уникальным спектром, который они излучают, и на него напрямую влияет состав. Материалы способны поглощать и пропускать через себя спектральные линии.
Со временем состав претерпевает изменения. С увеличением количества гелия ядро будет прибавлять в объеме. Это приведет к расширению площади термоядерной реакции, что повлияет на интенсивность свечения и температуру небесного светила. Вследствие главной реакции синтеза – протон-протонного цикла, при котором происходит горение водорода, водородная оболочка станет больше, а гелиевое ядро – меньше. Это повлечет за собой уменьшение силы излучения. Спустя время начнется горение гелия, что вызовет мощные вспышки. В итоге звезда перейдет в стадию красного гиганта. Когда ее оболочка полностью истощится, и останется только ядро, то она станет белым карликом. Далее будет остывать еще долгое время, постепенно превращаясь в нейтронную звезду или черную дыру.
В начале жизненного пути звезды в космосе имеют примерно одинаковый состав. В нем преобладает водород, который составляет 73%, но вследствие термоядерных реакций превращается в другие химические элементы, в том числе в гелий. На начальном этапе гелий занимает всего 25%. На другие тяжелые вещества отводится всего 2%, но их достаточно, чтобы повлиять на скорость процессов синтеза, протекающих внутри ядра, и на общие характеристики, внешний вид космических тел.
Самые известные звезды в космосе и Вселенной
Естественно, самой известной звездой является ближайшая к Земле – Солнце, оно служит источником жизни и тепла для планеты. Но существуют и другие светила, привлекающие своими особенностями. Итак, самые известные звезды в космосе:
Список можно пополнить большим количеством небесных светил, которые так или иначе выделяются на небосклоне. Астрономы, как новички, так и профессионалы, любящие космос и звезды, всегда смогут самостоятельно найти интересные для наблюдения экземпляры, открыть для себя новые границы и тайны Вселенной.
Урок окружающего мира в 1-м классе по теме: «Почему солнце светит днем, а звезды – ночью?»
Класс: 1
1) Организационный момент и активизация знаний.
Учитель. Здравствуйте, ребята! Посмотрите, пожалуйста, на доску и скажите: «В какое путешествие мы сегодня с вами отправимся?». (На доске карта Солнечной системы).
Дети. На звездное небо, на планеты, на небесные тела, в космос, во Вселенную.
У. Правильно! Мы сегодня полетим в путешествие в космос. Для этого нам надо одеться в одежду космонавтов. Как она называется?
У. Молодцы. А, что еще нам понадобиться?
У. Когда мы наденем скафандры, то сможем переговариваться только по рации. Рация – это поднятая рука ученика. Надеваем и отправляемся в путешествие.
У. Внимание на доску. Сейчас мы с вами пролетаем мимо звезд. А вы знаете, какую форму имеют звезды? Посмотрите, пожалуйста, на геометрические фигуры и назовите форму звезд.
(На доске геометрические фигуры: квадрат, прямоугольник, пятиугольник, треугольник, многоугольник, круг).
Д. Пятиугольная, многоугольная. Нет. Она имеет форму круга. Не совсем. Она имеет форму шара.
У. Молодцы! Действительно, звезда имеет форму шара.
Вы, наверно, знаете, как красиво небо ночью. Сияет луна. Тысячи мерцающих звезд разбросаны по всему небу. Но через некоторое время небо светлеет, звезд не видно, а у самого горизонта появляется край Солнца. Начинается новый день.
Как вы думаете, почему Солнце светит днем, а звезды – ночью?
У. А что такое Солнце? Почему оно светит?
У. Ребята, звезды – это огромные раскаленные, пылающие шары, которые расположены далеко от нашей планеты. Поэтому они кажутся нам на черном небе лишь мерцающими точками. А Солнце – это ближайшая к нам звезда. Раскаленное вещество излучает свет, то есть светит. Например, горящие дрова, уголь, нить электрической лампы. Солнце – раскаленный газовый шар – светит необычайно сильно.
Большинство окружающих нас предметов или тел сами по себе невидимы, они не излучают собственного света. Мы можем их видеть только тогда, когда на них падает свет от светящихся тел, например от Солнца, костра, электрический фонарь. Давайте посмотрим.
В темноте посветить фонарем на мячик.
У. Если смотреть на мяч из темноты, то он кажется ярким. Свет фонаря освещает мяч и отражается от него. Если фонарь погасить, то мяч в темноте становится невидимым, потому что он не излучает собственного света. Вот так же мы видим ночью звезды, которые излучают свой свет.
Солнце распространяет свет и тепло во все стороны. Наша Земля движется вокруг Солнца и вокруг своей оси. Ось – это стержень, вокруг которого вращается тело. Например, детская игрушка волчок. Ось Земли – это воображаемая линия. У глобуса вместо воображаемой линии сделана настоящая металлическая ось. Посмотрите.
Учитель показывает глобус.
У. Земля вращается, но мы не замечем этого, потому что она вращается плавно, а вместе с ней вращаемся и мы. Посмотрите.
Учитель показывает аппарат «Теллурий».
У. Посмотрите, как Земля освещается Солнцем. На стороне, освещенной Солнцем – день, а на стороне, которая в тени – ночь. Земной шар делает полный оборот вокруг своей оси за 24 часа (сутки). Давайте поиграем в небольшую игру.
Учитель приглашает троих учеников к доске. Один ученик будет изображать Солнце, другой – Землю, а третий – Луну. Луна и Земля кружатся вокруг Солнца.
У. А сейчас мы с вами сделаем маленькую разминку. Давайте все встанем.
Учитель читает загадку, дети выполняют движения:
У. Сейчас мы с вами поиграем в игру «Да или Нет».
Учитель задает вопросы, а дети отвечают: да или нет.
У. Молодцы. Вы успешно справились с этим заданием. А сейчас внимание!
У вас на партах лежат разные геометрические фигуры, листы разноцветной бумаги, клей.
Вам надо выбрать лист бумаги и фигуры, чтобы создать картину «Звездное небо».
Дети создают свои картины, которые потом учитель вешает на доску.
У. Что нового мы узнали о звездах и Солнце?
Почему днем на небе не видно звезд?
Почему они становятся видны ночью?
У. Ребята, посмотрите какие вы сегодня молодцы. Как прекрасно отвечали на все вопросы. Какие красивые картины вы создали.
Что такое звезды на небе
Звезда — это небесное тело, излучающее свет. Этим она отличается от планет, комет, спутников и туманностей, которые освещаются на небе Солнцем или близлежащими звездами.
Вещество, из которого состоят звезды на небе, это раскаленный газ — плазма.
Самая высокая температура на поверхности этого массивного газового шара достигает ста пятидесяти тысяч градусов. (Речь идет о поверхности образовавшегося белого карлика).
Каким образом астрономы знакомятся с этими небесными объектами?
При помощи наблюдений астрономы прежде всего определяют массу, радиус и температуру на поверхности. Хотя недра звезд мы и не видим, но нам известно, что они состоят из плазмы.
Температура измеряется с помощью анализа излучения, исходящего с поверхности этого небесного тела. Из недр звезд не может вырваться ни один фотон, поэтому с «внутренностями» мы никогда непосредственно не знакомимся.
И все же человек способен точно рассчитать температуру в любой точке в глубинах этого космического тела. Так, например, в центре Солнца температура достигает тринадцати миллионов. Более трех миллиардов достигает температура в недрах звезд с самой большой массой.
Состав
Звезды на небе — это огромные и в то же время простые системы элементарных частиц.
Состав звезд: 73% — состоят из водорода, 25% — из гелия, 2% — другие элементарные частицы.
Космический газовый шар средней величины построен из невероятно большого количества нуклонов (протоны и нейтроны), которое можно выразить цифрой с пятьюдесятью семью нулями.
Количество нуклонов нашего Солнца в триста тысяч раз превышает количество нуклонов, из которого состоит Земля. Количество вещества в этом теле и массу выражает количество нуклонов из которых оно складывается.
Несмотря на то, что Солнце как система по размерам во много раз превышает Землю, все же оно намного проще нашей планеты по составу. Именно такой химический состав Солнца обеспечивает эволюцию человечества.
Земля, как и остальные планетные тела, состоит из пород, порода — из кристаллов, кристаллы — из молекул, молекулы — из атомов, атомы — из ядра и электронов.
Звезды на небе построены лишь из ядер и электронов. Именно из-за простого состава простым является определение температуры, массы, давления и химических элементов в любой точке внутри. Но рассчитать те же самые характеристики Земли мы пока не умеем.
Стоит отметить тот факт, что астрономы знакомы с недрами далеких звезд лучше, чем с недрами планеты, на которой мы живем.
Свойства и поведение плазмы в настоящее время достаточно хорошо изучены: известно, например, что давление в плазме тем выше, чем она горячее и плотнее. В то же время давление в определенной точке внутри равно весу всех слоев, находящихся над этой точкой.
Если давление плазмы повышается, то звезда расширяется, в противном случае она сжимается.
Даже самые маленькие обладают массой, примерно в десять тысяч раз превышающей массу Земли.
Самые крупные звезды на небе обладают массой в миллионы раз большей, чем масса Земли.
Размеры
Размеры звезд на небе могут быть самые разные.
Белые карлики по своим размерам равны Земле, в то же время их плотность примерно в миллион раз превышает плотность земли.
Самые маленькие звезды, которые приходилось наблюдать — нейтронные. По объему они в сто миллионов раз меньше Земли. Чтобы в такой маленький объем могла вместиться громадная масса, не уступающая массе обычных нейтронные должны обладать фантастической плотностью. Вещество этих объектов состоит только из нейтронов. Их наблюдают как пульсирующие источники радиоизлучения и называют пульсарами.
Нейтронные звезды на небе — пульсары имеют массу несколько раз больше массы Солнца.
Эволюция или развитие
Эволюция звезды представляет собой постепенное повышение температуры в ее недрах.
Эволюция начинается с темно газо-пылевой туманности глобулы, температура которой повышается и со временем может дойти до ядра, состоящего из железа, с температурой три с половиной миллиарда. Далее гравитация начинает сжимать глобулу в протозвезду как завершающий этап формирования.
Масса
Если масса звезды меньше 0,08 MQ (MQ — масса Солнца), температура в ее недрах не достигает уровня, необходимого для сгорания водорода. Так, например, небесный объект с массой 0,06 MQ нагревается при помощи сил гравитации до температуры всего лишь до 2,5 миллионов градусов, что недостаточно для превращения водорода в гелий. Такой газовый шар способен жить лишь за счет сил гравитации. Спектр его излучения — преимущественно инфракрасный. Когда сила гравитации перестанет сжимать звезду (становится полностью вырожденным веществом), она теряет источник энергии. Вследствие этого шар остывает и превращается в черного карлика.
Если масса находится в пределах от 0,08 MQ до 4,0 MQ, то туманность превращается в легкую звезду. К группе легких звезд желтых карликов принадлежит и наше Солнце. Температура в недрах может достигать нескольких сотен миллионов градусов. Это означает, что в них не происходят все термоядерные реакции.
Более тяжелые звезды группы (от 1,4 MQ ДО 4,0 MQ) называются красным гигантом. В продолжении своей жизни и прежде всего в преклонном возрасте они избавляются от большей части своей плазмы, выбрасывая ее в межзвездное пространство. Результатом последнего выброса плазмы является планетарная туманность.
Красный гигант состоит из массивного вырожденного ядра земного диаметра и огромной редкой плазменной оболочки конвективной зоны.
Глобула или газо-пылевая туманность имеющая очерченные границы и высокую плотность, масса которой составляет 4,0 MQ-8,0 MQ, эволюционирует в массивную звезду, ядро которой нагревается до температуры свыше трех миллиардов градусов.
Остаток эволюции — нейтронное космическое тело
Ученые уже посчитали когда и как потухнет Солнце и закончит свою эволюцию.
По состоянию на сейчас термоядерная реакция на Солнце израсходована на 50% в течении 5 млрд лет, следовательно Солнце не потухнет еще 5 млрд лет.
После того как полностью будут исчерпаны ядерные реакции Солнце под влиянием гравитации коллапсирует в шар диаметром примерно 20-30 километров.
При гравитационном коллапсе ядро газового шара сосредотачивает в себе магнитные силовые линии. Поскольку их количество не изменилось, а они были всего лишь сжаты на маленькой поверхности нейтронной звезды, интенсивность магнитного поля на поверхности резко возрастает при коллапсе ядра. Нейтронная звезда при коллапсе начинает быстро вращаться. Магнитное поле нейтронной уносит с собой множество электронов, которые светятся всякий раз, когда двигаются по направлению к нам. Излучение нейтронной звезды (прежде всего в диапазоне радиоволн) напоминает мигающий свет на машине скорой помощи. Излучение нейтронных тел пульсирует, и по этой причине их называют также пульсарами.
Согласно исследованиям, которые провели астрономы, в нашей Галактике должно находиться свыше миллиона пульсаров.
До сих пор мы говорили только о ядре, которое вследствие коллапса превращается в нейтронный пульсар. Слои оболочки, потерявшие опору, находятся на высоте сто тысяч километров над нейтронной звездой, но это продолжается всего лишь несколько секунд. В мощном гравитационном поле нейтронной звезды слои оболочки красного гиганта падают, подобно гигантскому стремительному водопаду на поверхность. При падении на нейтронный шар богатая водородом плазма оболочки гиганта сильно нагревается, в результате чего в ней в ничтожно короткое время происходят различные термоядерные реакции.
Примером может послужить сверхновая в созвездии Тельца. Световое излучение этого процесса достигло Земли и было записано китайскими и арабскими астрономами в 1054 году. Сейчас определено, что нейтронная звезда пульсирует не только в диапазоне радиоволн, но также в видимом инфракрасном спектре, в диапазоне рентгеновском и дает космическое гамма излучение. Расширяющаяся плазма этой сверхновой — туманность, которая названа Крабовидной. Сейчас «Крабовидная туманность» в виде продолговатого пятна хорошо видна в бинокль.
Таким образом, звезды на небе представляют небесные светила имеющие различные «внеземные» характеристики и свойства.