Астрономия. Популярные лекции

Звезды — это, пожалуй, самое интересное, что есть в астрономии. Кроме того, их внутреннее строение и эволюцию мы понимаем лучше, чем что-либо в космосе (во всяком случае, нам так кажется). С планетами дело обстоит не очень хорошо, потому что их внутренности очень трудно исследовать — мы видим только то, что на поверхности. А что касается звезд, то большинство из нас уверены, что они устроены просто.

В начале прошлого века один молодой астрофизик высказался на семинаре у Эддингтона в том духе, что проще звезд ничего нет. На что более опытный астрофизик ответил: «Ну да, если вас рассматривать с расстояния в миллиарды километров, то вы тоже покажетесь простым». На самом деле звезды не так просты, как кажется. Но все-таки их свойства исследованы наиболее полно. Тому есть две причины. Во-первых, мы умеем численно моделировать звезды, потому что, как нам представляется, они сделаны из идеального газа. Точнее, из плазмы, которая ведет себя как идеальный газ с простым уравнением состояния (это связь между температурой, плотностью и давлением). Планеты же намного сложнее. Во-вторых, иногда нам удается заглянуть в недра звезд, хотя пока это касается в основном Солнца.

К счастью, у нас в стране было и остается много хороших астрофизиков, специалистов по звездам. Связано это в основном с тем, что были хорошие физики, которые делали ядерное оружие, а звезды представляют собой природные ядерные реакторы. И когда оружие было сделано, многие физики переключились на исследование звезд, потому что это объекты в чем-то подобные. И они написали хорошие книги на эту тему.

Посоветую вам две книжки, которые до сих пор, на мой взгляд, остаются лучшими из книг на русском языке. «Физика звезд», автор которой — известный физик и талантливый преподаватель Самуил Аронович Каплан, написана почти сорок лет назад, но основы с тех пор не изменились. А современные сведения о физике звезд вы найдете в книге «Звезды» из серии «Астрономия и астрофизика», которую сделали мы с коллегами. Она пользуется таким интересом у читателей, что вышла уже тремя изданиями. Есть и другие книги, но в этих двух содержится практически исчерпывающая информация для тех, кто знакомится с предметом.

Такие разные звезды

Рис. 11.1. Принципиальная схема прибора для спектрального анализа.

Если мы посмотрим на звездное небо, то заметим, что звезды имеют разную яркость (видимый блеск) и разный цвет. Понятно, что блеск может быть делом случая, поскольку одна звезда ближе, другая — дальше, и по нему трудно сказать, какова звезда на самом деле. А вот цвет рассказывает нам о многом, потому что чем выше температура тела, тем дальше в голубую область сдвигается максимум в спектре излучения. Казалось бы, мы можем просто на глаз оценить температуру звезды: красная — холодная, голубая — горячая. Как правило, это действительно так и есть. Но иногда возникают и ошибки, связанные с тем, что между звездой и нами есть какая-то среда. Иногда она очень прозрачна, а иногда не очень. Всем известен пример с Солнцем: высоко над горизонтом оно белое (мы его называем желтым, но для глаза оно почти белое, потому что его свет нас ослепляет), но Солнце краснеет, когда восходит или заходит за горизонт. Очевидно, что не у самого Солнца меняется температура поверхности, а среда изменяет видимый цвет, и об этом надо помнить. К сожалению, для астрономов это большая проблема — угадать, насколько изменился цвет, т. е. видимая (цветовая) температура звезды, за счет того, что ее свет прошел сквозь межзвездный газ, атмосферу нашей планеты и прочие поглощающие среды. Спектр звездного света — характеристика намного более надежная, потому что его трудно сильно исказить. Всё, что мы знаем сегодня о звездах, мы прочитали в их спектрах. Исследование звездного спектра — это огромная, тщательно разработанная область астрофизики.

Рис. 11.2. Спектр абсолютно черного тела при разных температурах. Указано положение центров полос пропускания фильтров B и V. Ширина полос — около 1000 Å.

Рис. 11.3. Распределение энергии в спектре звезды. Показаны центры полос пропускания светофильтров B и V на фоне спектров излучения Солнца.