Борис Воронцов-Вельяминов - Звёздный мир
Каждый из опыта знает, что по цвету раскаленного железа можно судить о степени его нагретости. А чтобы точно определить температуру тела, нужно изучить распределение яркости между различными участками его спектра. Чем выше температура тела, тем ближе к синему концу спектра находится самое яркое место в этом спектре.
Это явление дает возможность определять температуру плавки в доменной печи с помощью так называемых оптических пирометров. В качестве подобного пирометра можно применить и спектроскоп, имеющий приспособление для определения того, какое место в спектре света, испускаемого расплавленным металлом, наиболее яркое. Установив это место и пользуясь теорией испускания света, проверенной многочисленными опытами, можно точно высчитать температуру светящегося металла в доменной печи. Пирометр устанавливается на значительном расстоянии от печи так, чтобы в него попадал только свет, испускаемый расплавленным металлом, сам же пирометр при этом не накаляется.
Как видно, для определения температуры плавки вовсе незачем залезать внутрь печи или помещать в нее какой-нибудь термометр.
Точно так же путем изучения распределения яркости в спектре звезд мы узнали их температуру.
Звезды красного цвета — самые «холодные». Они нагреты до 3 тысяч градусов, что примерно равняется температуре в пламени вольтовой дуги (т. е. в пламени, образующемся между двумя углями, к которым подведен сильный электрический ток).
Температура желтых звезд составляет 6 тысяч градусов. Такова же температура поверхности нашего Солнца, которое тоже относится к разряду желтых звезд. Температуру в 6 тысяч градусов наша техника пока не может искусственно создать на Земле.[2]
Белые звезды еще более горячие. Температура их составляет от 10 до 20 тысяч градусов.
Наконец, самыми горячими среди известных нам звезд являются голубоватые, раскаленные до 30, а в некоторых случаях даже до 100 тысяч градусов.
В недрах звезд температура должна быть значительно выше. Определить ее точно мы не можем, потому что свет из глубины звезд до нас не доходит: свет звезд, наблюдаемый нами, излучается их поверхностью. Можно говорить лишь о научных расчетах, о том, что температура внутри Солнца и звезд составляет примерно 20 миллионов градусов.
Несмотря на раскаленность звезд, нас достигает лишь ничтожная доля испускаемого ими тепла — так далеки от нас звезды. Больше всего тепла доходит к нам от яркой красной звезды Бетельгейзе в созвездии Ориона: меньше одной десятой от миллиардной доли малой калории[3] на квадратный сантиметр за минуту. Собирая с помощью 2,5-метрового вогнутого зеркала это тепло, в течение года мы бы могли нагреть им наперсток воды всего лишь на два градуса!
Гиганты и карлики звездного мира
Как снять мерку со звезды, если даже в самый мощный телескоп ее диска не видно — так мал его угловой диаметр! Даже в 254-метровый телескоп все звезды видны, как точки. Тут нам опять помогает физика. Физика умеет вычислить полную энергию, испускаемую одним квадратным сантиметром поверхности. Она пропорциональна четвертой степени температуры тела. Если мы разделим определенную таким образом полную энергию, испускаемую звездой, на энергию, испускаемую 1 квадратным сантиметром ее поверхности, то мы получим, очевидно, величину поверхности звезды. Звезда — шар, и, зная ее поверхность, каждый школьник сможет уже вычислить ее диаметр.
Как Земля среди планет, так и Солнце среди звезд ничем особенным не выделяется. Мы бы не узнали его среди миллионов подобных ему солнц, рассеянных в нашей звездной системе, если бы были от него на расстоянии ближайших к нам звезд.
Из известных звезд наибольшей является звезда VV в созвездии Цефея. Она больше Солнца по диаметру в 1100 раз. Есть звезды, которые много меньше Солнца, и их еще больше, чем звезд, подобных нашему Солнцу. Это звезды-карлики, к которым принадлежит и Солнце. И самые крупные звезды и самые мелкие красного цвета принадлежат к наиболее холодным. Но еще меньше, чем эти красные карлики, как их называют, белые звезды-карлики.
Размеры гигантских звезд в сравнении с Солнцем.По своим размерам белые звезды-карлики являются наименьшими из звезд. Их размеры сравнимы с размерами планет, а иногда бывают даже меньше, чем Земля. Примером белого карлика является спутник Сириуса. Эта слабая звезда обращается около Сириуса подобно планете, однако ее масса почти равна массе Солнца, и она излучает собственный свет.
Средняя плотность белых звезд-карликов необычайно высока: она в тысячи раз превосходит плотность воды. Плотность одной белой звезды-карлика так велика, что если бы ее веществом наполнить наперсток, он смог бы уравновесить паровоз (плотность 50 тонн на кубический сантиметр).
На Земле мы не знаем веществ, которые имели бы такую чудовищно большую плотность. Между тем белые карлики состоят из атомов тех же самых химических элементов, из которых состоит Земля. Решение этой загадки дает знание строения атомов вещества и физических условий внутри звезд.
Атомы химических элементов являются сложными системами, состоящими из ядер с обращающимися вокруг них электронами. Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре, а размер атома определяется размерами орбиты электрона, наиболее далекого от ядра. Эти размеры атомов определяют предел, до которого могут быть сближены атомы действием давления. В недрах белых звезд-карликов господствуют чудовищно высокие температуры и давления. Под действием высокой температуры электроны отрываются от своих атомов, и от последних остаются только их ядра, размеры которых очень малы в сравнении с размерами орбит электронов. Поэтому под действием огромных давлений уменьшенные в размерах атомы могут быть сближены гораздо сильнее, в результате чего получается чрезвычайно плотное вещество. На Земле нет ни столь высоких температур, ни столь высоких давлений, которые могли бы привести вещество в такое состояние.
На примере изучения белых звезд-карликов мы видим, как астрономия обогащает наши физические знания в области строения вещества.
Звездные пары и тройки
Уединение звезд, их обособленность друг от друга нельзя назвать правилом. Многие из них образуют пары, называемые двойными звездами. Они обращаются около их общего центра тяжести под действием взаимного тяготения. Бывает, правда, что иногда две звезды в телескоп случайно видны близко друг к другу, тогда как в действительности в пространстве они совершенно не связаны между собой. Это так называемые оптические двойные звезды. В большинстве же случаев мы имеем дело с физически двойными звездами, то есть тяготеющими друг к другу. Множество таких звезд открыли и изучили в прошлом столетии русские ученые В. Я. и О. В. Струве.
Среди них мы встречаем такие пары, которые напоминают двух близнецов, настолько составляющие их звезды похожи во всем друг на друга. Встречаются пары звезд, похожие и на карикатуру, где неразлучны между собой слон и моська. Обычно в таких случаях слон — огромная яркая, но холодная красная звезда, а моська, его спутник, — маленькая, горячая и голубоватая.
Представьте себе, что мы — жители планеты, которая, может быть, обращается вокруг одной из таких звезд. Какие изумительные картины разворачиваются там, на небе! Из-за горизонта встает, например, красный громадный круг Солнца, в сотни раз больший видимого поперечника нашего Солнца. За ним поднимается маленькое голубоватое Солнце и постепенно исчезает за массивной спиной своего соседа, чтобы потом снова из-за нее вынырнуть. Или же там настает день, залитый красным светом, как у нас на закате Солнца, а вместо ночи затем наступает голубой день. Может быть, иногда голубое Солнце проходит перед красным и сияет, как голубой бенгальский огонь на красном фоне.
А что можно увидеть в системе существующих тройных и даже четверных звезд, где одна из звезд или две являются сами системами двойных солнц разного размена и цвета! Какие причудливые комбинации солнц и какая игра красок там должны быть, как сложно там меняются ночи и дни с разным числом солнц на небе, дни, длящиеся иногда годами и, может быть, даже никогда не переходящие в ночь!..
«дьявольские» звезды
Первую «дьявольскую» звезду открыли арабы. Это была Бэта Персея, которую они, собственно говоря, назвали просто Дьяволом (Эль-Гуль). Искаженное европейцами, это слово превратилось в Алголь. Звезда поразила их тем, что, будучи обычно около второй звездной величины, она вдруг ослабевала почти до четвертой — она менялась на небесах (считавшихся неизменными), на небесах, где живет Аллах! Чем может быть такая звезда, как не звездой дьявола, если не им самим!
В системе двух звезд Алголя менее яркая эвезда, обращаясь вокруг более яркой, по временам частично затмевает ее (в положении А). В середине это показано в плане. Внизу — кривая, представляющая соответствующее изменение видимого блеска системы Алголя с течением времени.Два дня 11 часов звезда остается постоянной яркости, а затем в течение пяти часов теряет ⅔ своего блеска, с тем чтобы через пять часов снова к ней вернуться.
