Файл: Тема 1.Звёзды.doc

Расстояние до далёкого предмета можно определить, не добираясь до него физически. Нужно измерить направления на этот предмет с двух концов известного отрезка (базиса), а затем рассчитать размеры треугольника, образованного концами отрезка и удалённым предметом. Это можно сделать, потому что в треугольнике известна одна сторона (базис) и два прилежащих утла. Чем больше базис, тем точнее результат измерения. Расстояния до звёзд столь велики, что длина базиса должна превосходить размеры земного шара, иначе ошибка измерения будет больше измеряемой величины.

К счастью, наблюдатель вместе с нашей планетой путешествует в течение года вокруг Солнца, и если он произведет два наблюдения одной и той же звезды с интервалом в несколько месяцев, то окажется, что он рассматривает ее с разных точек земной орбиты, а это уже порядочный базис. Направление на звезду изменится: она немного сместиться на фоне более далеких звезд и галактик. Это смещение называется параллактическим, а угол, на который сместилась звезда на небесной сфере – параллаксом.

Параллакс (греч. παραλλάξ, от παραλλαγή, «смена, чередование») – изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя.

Суточный параллакс (геоцентрический параллакс) – разница в направлениях на одно и то же светило из центра масс Земли (геоцентрическое направление) и из заданной точки на поверхности Земли (топоцентрическое направление).

Суточный параллакс планет довольно мал, но тем не менее был единственным способом измерения абсолютных расстояний в Солнечной системе до появления радиолокации: наиболее удобными для этого были прохождения Венеры по диску Солнца и близко подходящие к Земле астероиды (относительные же расстояния легко определяются на основе законов Кеплера, так что достаточно абсолютного измерения какого-то одного расстояния, чтобы определить все).

Годичный параллакс – угол, под которым со звезды видна большая полуось земной орбиты, перпендикулярная направлению на звезду.

Годичные параллаксы являются показателями расстояний до звёзд. Расстояние, годичный параллакс которого равен 1 угловой секунде, называется парсек/

Парсек (русское сокращение: пк; международное сокращение: pc) – распространённая в астрономии внесистемная единица измерения расстояния. Название происходит от параллакс угловой секунды и обозначает расстояние до объекта, годичный тригонометрический параллакс которого равен одной угловой секунде.

Согласно другому эквивалентному определению, парсек – это такое расстояние, с которого средний радиус земной орбиты (равный 1 а. е.), перпендикулярный лучу зрения, виден под углом в одну угловую секунду (1″).

1 пк = а. е. ≈ 206 265 а. е. = 3,08568×10¹⁶ м = 3,2616 световых лет.

Используются также кратные единицы: килопарсек, мегапарсек, гигапарсек.

Некоторые расстояния в парсеках

1 парсек = 3,262 светового года.
1 астрономическая единица (а. е.) составляет 4,85×10⁻⁶ парсека;
Диаметр облака Оорта около 0,62 пк;
Расстояние от Солнца до ближайшей звезды (Проксима Центавра) составляет примерно 1,3 парсека;
Расстояние от Солнца до центра нашей Галактики – около 8 кпк;
Диаметр нашей Галактики приблизительно 30 кпк;
Расстояние до туманности Андромеды – 0,77 Мпк;
Ближайшее крупное скопление галактик, скопление Девы, находится на расстоянии 18 Мпк;
До горизонта наблюдаемой Вселенной – около 4 Гпк.

Вековым параллаксом обычно называется изменение видимого положения объекта на небесной сфере в результате комбинаций собственных движений этого объекта и Солнечной системы в галактике.

Сейчас методом параллакса определены расстояния до многих тысяч звёзд. К сожалению, лишь для ближайших соседей это удаётся сделать с большой точностью. Однако существует ряд методов, с помощью которых расстояние до звезды можно получить косвенным путём, используя различные астрофизические или статистические соотношения.

Светимость

Когда были измерены расстояния до ярких звёзд, стало очевидным, что многие из них по светимости значительно превосходят Солнце. Если светимость Солнца (Lc) принять за единицу, то, к примеру, мощность излучения четырёх ярчайших звёзд неба, выраженная в светимостях Солнца, составит:

Сириус	22 Lс
Канопус	4700 Lс
Арктур	107 Lс
Вега	50 Lс

Это, однако, не означает, что Солнце очень «бледно» выглядит по сравнению с остальными звёздами. Его светимость в звёздном мире выше средней. Так. из нескольких десятков звёзд, расстояния до которых не превышают 15 световых лет, только две – Сириус и Процион – имеют более высокую светимость, чем Солнце, и ещё одна –  Центавра – лишь немного уступает ему, у остальных же светимость значительно ниже. Известны звёзды, излучающие света в десятки тысяч раз меньше, чем Солнце. Интервал светимостей наблюдаемых звёзд оказался невероятно широким: они могут отличаться более чем в миллиард раз!

Цвет и температура

Одна из легко измеряемых звёздных характеристик — цвет. Как раскалённый металл меняет свой цвет в зависимости от степени нагрева, так и цвет звезды всегда указывает на её температуру. В астрономии применяют абсолютную шкалу температур, шаг которой – один кельвин (1 К), а начало шкалы сдвинуто на -273 относительно шкалы Цельсия (0 К = -273°С). Самые горячие звёзды – всегда голубого и белого цвета, менее горячие – желтоватого, холодные – красноватого. Но даже наиболее холодные звёзды имеют температуру 2-3 тыс. Кельвинов.

Человеческий глаз способен лишь грубо определить цвет звезды. Для более точных оценок служат фотографические и фотоэлектрические приёмники излучения, чувствительные к различным участкам видимого (или невидимого) спектра. Ведь цвет звезды зависит от того, на какой участок спектра приходится наибольшая энергия излучения. Сравнение звездных величин в разных интервалах спектра (например, в голубом и жёлтом) позволяет количественно охарактеризовать цвет звезды и оценить её температуру.

Размеры звезд

Звёзды так далеки, что даже в самый большой телескоп они выглядят всего лишь точками. Как же угнать размер звезды?

На помощь астрономам приходит Луна. Она медленно движется на фоне звёзд, по очереди «перекрывая» идущий от них свет. Хотя угловой размер звезды чрезвычайно мал, Луна заслоняет ее не сразу, а за время в несколько сотых или тысячных долей секунды. По продолжительности процесса уменьшения яркости звезды при покрытии ее Луной определяют угловой размер звезды. А зная расстояния до звезды, из углового размера легко получить ее истинные (линейные) размеры.

Но лишь небольшая часть звезд на небе расположена так удачно для земных наблюдателей, что может покрываться Луной. Поэтому обычно используют другие метолы оценки звёздных размеров. Угловой диаметр ярких и не очень далёких светил может быть непосредственно измерен специальным прибором – оптическим интерферометром. Правда, такие измерения довольно трудоёмки. В большинстве случаев радиус звезды (R) определяют теоретически, исходя из оценок её полной светимости (L) во всём оптическом диапазоне и температуры (Т). По законам излучения нагретых тел светимость звезды пропорциональна величине R²T⁴. Сравнивая какую-либо звезду с Солнцем, получаем удобную для вычислений формулу,позволяющую найти радиус звезды по её температуре и светимости (величины Rc, Lc, Tc = 6000 К известны). Измерения показали, что самые маленькие звёзды, наблюдаемые в оптических лучах, – так называемые белые карлики – имеют в диаметре несколько тысяч километров. Размеры же наиболее крупных – красных гигантов – таковы, что, если бы можно было поместить подобную звезду на место Солнца, большая часть планет Солнечной системы оказалась бы внутри неё.