Глава 6. Звезды

6.1. Характеристики звезд

6.1.5. Размеры звезд

Звезды, за редчайшим исключением, наблюдаются как точечные источники излучения. Это означает, что их угловые размеры очень малы. Даже в самые большие телескопы нельзя увидеть звезды в виде «реальных» дисков. Звезда даже в самый большой телескоп не может быть разрешена.

Методы определения размеров звезд:

• по наблюдениям затмения Луной звезды можно определить угловой размер, а, зная расстояние до звезды, можно определить ее истинные, линейные размеры;
• непосредственно размеры звезды можно измерить на специальном приборе – оптическом интерферометре;
• размеры звезды можно рассчитать теоретически, исходя из оценок полной светимости и температуры по закону Стефана–Больцмана.

Светимость звезды связана с радиусом звезды формулой L = σT⁴ ∙ 4πR² или

Этот метод позволяет найти радиус звезды по ее температуре и светимости, так как параметры R, L, T известны.

1

Рисунок 6.1.5.1. Сравнительные размеры Солнца и гигантов

2

Рисунок 6.1.5.2. Сравнительные размеры Солнца и карликов

Размеры звезд существенно различаются между собой: существуют карлики, гиганты и обычные звезды, которых большинство. Измерения показали, что размеры белых карликов – несколько тысяч километров, а размеры красных гигантов сравнимы с размерами Солнечной системы.

Масса звезды – едва ли не самая важная ее характеристика. Масса определяет весь жизненный путь звезды.

Массу можно оценить для звезд, входящих в двойные звездные системы, если известны большая полуось орбиты а и период обращения T. В этом случае массы определяются из третьего закона Кеплера, который может быть записан в следующем виде:
здесь M₁ и M₂ – массы компонент системы, G – гравитационная постоянная. Уравнение дает сумму масс компонент системы. Если к тому же известно отношение орбитальных скоростей, то их массы можно определить отдельно. К сожалению, только для сравнительно небольшого количества двойных систем можно таким образом определить массу каждой из звезд.

Все другие способы оценок массы – косвенные. В сущности говоря, астрономия не располагала и не располагает в настоящее время методом прямого и независимого определения массы изолированной звезды. И это серьезный недостаток нашей науки о Вселенной. Если бы такой метод существовал, прогресс наших знаний был бы значительно более быстрым. Для звезд главной последовательности установлено, что чем больше масса, тем выше светимость звезды. Эта зависимость нелинейна: например, с увеличением массы вдвое светимость возрастает более чем в 10 раз.

Самые малые по массе звезды значительно массивнее любой планеты Солнечной системы. Массы звезд заключены в пределах от 0,1 масс Солнца до нескольких десятков масс Солнца. Таким образом, массы звезд различаются всего в несколько сот раз.

Сравнения масс и светимостей для большинства звезд выявили следующую зависимость: светимость приблизительно пропорциональна четвертой степени массы.

3

Рисунок 6.1.5.3. Плотность газа в центре Солнца в сто раз превышает плотность воды

Звезда, весящая в два раза больше, чем Солнце, излучает примерно в 16 раз мощнее.

Под действием высокой температуры (миллионы кельвинов) атомы ядра полностью ионизируются, а расстояния между ними сокращаются. Плотность газа в центре Солнца в сто раз превышает плотность воды. Температура звезды также увеличивается по мере приближения к центру.

Звезды ранних спектральных классов О, В, А характеризуются также высокими скоростями вращения.

Экваториальные скорости вращения звезд:

Наибольшие наблюдаемые скорости найдены у звезд с эмиссионными линиями в спектре и, конечно, у нейтронных звезд. Наше Солнце вращается с экваториальной скоростью 2 км/с.