Глава 18. Основные характеристики звезд.

Невооруженным глазом в безлунную ночь можно видеть над горизонтом около 3000 звезд. В настоящее время астрономы определили точное местоположение нескольких миллионов звезд, измерили приходящие от них потоки энергии и составили списки- каталоги этих звезд.Звезды имеют разную яркость и цвет: белый, желтый, красноватый. Наше Солнце относится к желтым звездам.

Самые яркие звезды еще в древности назвали звездами 1-й величины, а самые слабые, видимые на пределе зрения,— звездами 6-й величины. Эта старинная терминология сохранилась и в настоящее время, ее называют шкалой Гиппарха – по имени греческого астронома, предложившего такую классификацию звезд. К истинным размерам звезд термин «звездная величина» (обозначается буквой m) отношения не имеет, она характеризует световой поток, приходящий на Землю от звезды.

Видимая звездная величина mсвязана со световым потоком звезды I соотношением

m = -2,5lgI + C (формула 1)

Здесь С – некоторая постоянная, выбранная так, чтобы видимые звездные величины соответствовали шкале Гиппарха.

Принято, что при разности в одну звездную величину видимая яркость звезд отличается примерно в 2,5 раза. Тогда разность в 5 звездных величин соответствует различию в яркости ровно в 100 раз. Так, звезды 1-й величины в 100 раз ярче звезд 6-й величины. Современные методы наблюдений дают возможность обнаружить звезды примерно до 25-й звездной величины.

Точные измерения показывают, что звезды имеют как дробные, так и отрицательные звездные величины, например, звездная величинаАльдебарана1,06, Веги 0,14, Сириуса -1,58, Солнца -26,7, для Луны в полнолуние -12,5.

Все они, как и Солнце, являются горячими самосветящимися газовыми шарами, в недрах которых выделяется огромная энергия. Однако звезды даже в самые сильные телескопы видны как светящиеся точки, так как они находятся очень далеко от нас.

Еще во времена Коперника было ясно, что если Земля действительно обращается вокруг Солнца, то видимые положения звезд на небе должны меняться. За полгода Земля перемещается на величину диаметра своей орбиты. Направления на звезду с противоположных точек этой орбиты должны различаться. Иначе говоря, у звезд должен быть заметен годичный параллакс.

Годичным параллаксом звезды π называют угол, под которым со звезды можно было бы видеть большую полуось земной орбиты (равную 1 а. е.), если она перпендикулярна лучу зрения.

Рис.18/1. Годичный параллакс звезд.

Существует формула, связывающая годичный параллакс звезды и расстояние от Земли до звезды:

r = a / sinπ (формула 2)

гдеr – расстояние от Земли до звезды;

а – радиус земной орбиты;

sinπ– синус параллактического угла.

Расстояние до звезды, параллакс которой был бы равен точно 1 секунде дуги, принято в звездной астрономии за единицу расстояния. Это расстояние называется парсек (параллакс + секунда). Так как sin 1’’ = 1/206265, то, зная радиус земной орбиты, получаем значение парсека 3,08*10¹³ км. Путь, равный 1 парсеку, свет проходит за 3,26 года. К настоящему времени измерены параллаксы более чем у 7000 звезд. Для определения расстояний до далеких звезд и иных удаленных объектов применяются другие методы определения расстояний. Однако, все они так или иначе пользуются значениями расстояний до близких звезд, полученных методом параллакса. Метод тригонометрических параллаксов остается основным метолом определения расстояний во Вселенной.

При изучении Вселенной наблюдают тела и системы настолько удаленные, что даже огромнейшая единица длины, парсек, оказывается слишком малой, чтобы удобно выражать расстояния. Тогда используют килопарсек (*1000) и мегапарсек (*1000000).

Таблица 1. Двадцать ближайших звезд.

№ п/п	Название звезды	Параллакс в секундах дуги	Расстояние, пс	Видимая звездная величина	Абсолютная звездная величина	Спектр. класс
1.	Солнце	-	1/206265	- 26,7	+ 4,9	G2
2.	Проксима Центавра	0,762	1,31	+ 11,3	+ 15,7	M
3.	α Центавра А	0,756	1,32	+ 0,3	+ 4,7	G4
4.	α Центавра В	0,756	1,32	+ 1,7	+ 6,1	K1
5.	Звезда Барнарда	0,543	1,84	+ 9,5	+ 13,1	M5
6.	Лаланд 21185	0,407	2,46	+ 10,7	+ 13,7	M2
7.	Вольф 359	0,403	2,48	+ 13,5	+ 16,5	M8
8.	+3602147	0,388	2,58	+ 7,5	+ 10,4	M2
9.	Сириус	0,376	2,66	- 1,5	+ 1,4	A1
10.	Спутник Сириуса	0,376	2,66	+ 8,5	+ 11,4	A5
11.	Росс 154	0,350	2,86	+ 10,5	+ 13,2	M5
12.	Росс 248	0,334	2,99	+ 12,2	+ 14,7	M6
13.	Лейтен 7896	0,328	3,05	+ 12,3	+ 14,9	M6
14.	α Эридана	0,303	3,30	+ 3,8	+ 6,2	K2
15.	Процион	0,297	3,37	+ 0,5	+ 2,8	G4
16.	Спутник Проциона	0,297	3,37	+ 10,8	+ 13,1
17.	61 Лебедя	0,296	3,38	+ 5,4	+ 7,7	K3
18.	Спутник 61 Лебедя	0,296	3,38	+ 6,1	+ 8,4	K5
19.	τ Кита	0,294	3,40	+ 3,7	+ 6,0	G5
20.	ε Индейца	0,288	3,47	+ 4,7	+ 7,0	K5

Сравнение 4-го и 5-го столбцов таблицы показывает, что различие видимых звездных величин не может быть объяснено только различием в расстояниях до звезд. Например, Сириус вдвое дальше, чем α Центавра, а его видимая звездная величина меньше, то есть, блеск больше.

Очевидно, это должно объясняться тем, что Сириус излучает в пространство больше световой энергии, чем α Центавра.

Количество световой энергии, излучаемой звездой в единицу времени, называется ее светимостью. Не следует путать световой поток от звезды со светимостью. Световой поток звезды зависит от ее расстояния до наблюдателя, а светимость от расстояния не зависит. Это – одна из важнейших физических характеристик звезды.

Светимость Солнца приблизительно равна 4*10²⁶ джоулей в секунду. На Землю падает примерно одна двухмиллиардная доля всего излучения, посылаемого Солнцем в пространство. Человечество за время своего существования использовало всего только энергию солнечного излучения, падающего на Землю приблизительно за месяц.

Сравнивать звезды по светимости можно лишь в том случае, если рассчитать их видимую яркость (звездную величину) для одного и того же стандартного расстояния. Таким расстоянием в астрономии принято считать 10 пс.

Видимая звездная величина, которую имела бы звезда, если бы находилась от нас на стандартном расстоянии в 10 пс, получила название абсолютной звездной величины М.

Видимая и абсолютная звездная величины связаны формулой

M = m – 5lgr + 5 (формула 3)

где М – абсолютная звездная величина;

m – видимая звездная величина;

r–расстояние до звезды.

Исследование звезд показывает, что по светимости они могут отличаться в десятки миллиардов раз. В звездных величинах это различие достигает 26 единиц.

Абсолютные величины звезд очень высокой светимости отрицательны и достигают М = —9. Такие звезды называются гигантами и сверхгигантами. Излучение звезды S Золотой Рыбы мощнее излучения нашего Солнца в 500 000 раз, ее светимость L=500 000, наименьшую мощность излучения имеют карлики с М= +17 (L=0,000013).

Таблица 2. Двадцать ярчайших звезд.

№ п/п	Название звезды	Видимая звездная величина	Абсолютная звездная величина	Спектральный класс
1.	Сириус	- 1,6	+ 1,3	A2
2.	Канопус	- 0,9	- 4,6	F0
3.	α Центавра	+ 0,1	+ 4,7	G5
4.	Вега	+ 0,1	+ 0,6	A1
5.	Капелла	+ 0,2	- 0,5	G2
6.	Арктур	+ 0,2	0,0	K0
7.	Ригель	+ 0,3	- 6,2	B8
8.	Процион	+ 0,5	+ 2,8	F4
9.	α Эридана	+ 0,6	- 1,7	B6
10.	β Центавра	+ 0,9	- 3,1	B2
11.	Альтаир	+ 0,9	+ 2,4	A6
12.	Бетельгейзе	+ 0,9	- 5,6	M2
13.	α Южного Креста	+1,1	- 2,8	B1
14.	Альдебаран	+ 1,1	- 0,5	K5
15.	Поллукс	+ 1,2	+ 1,0	G9
16.	α Девы	+ 1,2	- 2,2	B2
17.	Антарес	+ 1,2	- 2,4	M1
18.	Фомальгаут	+ 1,3	+ 2,1	A3
19.	Денеб	+ 1,3	- 5,2	A2
20.	Регул	+ 1,3	- 0,7	B8

Эти ярчайшие звезды изучались и описывались с древнейших времен, поэтому почти все они имеют собственные имена, в отличие от ближайших звезд, среди которых большинство обозначены только буквами или цифрами. Особенно велика светимость у Денеба и Ригеля. Первый из них излучает в 24000 раз, а второй в 150000 раз больше Солнца. Если бы центральным светилом Солнечной системы был Ригель, то температура на поверхности Земли равнялась бы нескольким тысячам градусов. Даже на самой отдаленной планете, Плутоне, температура поверхности поднималась бы до 300 и более градусов, что исключало бы возможность возникновения жизни во всей Солнечной системе.