Переменные звезды - Гоффмейстер К.
ISBN 5-02-014352-9
Скачать (прямая ссылка):
1.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Что такое звезда? С физической точки зрения звезда является газовым шаром. Легко понять это утверждение, если учесть, что температура поверхности Солнца 5800 К и что при такой температуре все известные нам вещества переходят в газообразное состояние. Во внутренних областях Солнца и звезд температура гораздо выше, чем на поверхности.
К газовому шару можно применять газовые законы и законы излучения. Газовые законы определяют зависимость между давлением, температурой и плотностью. Из наблюдений получают поверхностную температуру, объем, массу и среднюю плотность. Используя газовые законы и некоторые упрощающие предположения, можно рассчитать структуру звезды, т.е. изменение плотности и температуры от поверхности до центра. Энерговыделение происходит в основном в области ядра звезды и приводит к рождению очень коротковолнового излучения. Это излучение медленно диффундирует наружу и в конце концов выходит в пространство с поверхности звезды. При прохождении излучения через газ действуют законы поглощения, благодаря чему можно описать ослабление интенсивности излучения в зависимости от длины волны и преобразование энергии излучения в другие формы энергии. В предположении спокойного энерговыделения звезда находится в состоянии равновесия, т.е. с поверхности излучается ровно столько энергии, сколько выделяется внутри. Нужно отметить, что на каждый элемент объема звезды действуют две противоборствующие силы: давление газа и излучения стремится расширить звезду,
15
а гравитация стремится ее сжать. Поскольку эволюционные изменения скорости энерговыделения, за исключением некоторых критических этапов эволюции, происходят очень медленно, звезда может миллиарды лет оставаться в состоянии устойчивого равновесия. Пример тому - Солнце.
Усиление энерговыделения приводит к расширению звезды, а его ослабление — к сжатию, и это продолжается до тех пор, пока баланс между эне pro выделение м и излучением не будет восстановлен. При этом, как легко понять, меняется и поверхностная температура.
Физическое состояние звезды описывается значением различных параметров; массы, радиуса, средней плотности, светимости, эффективной температуры, спектра, химического состава, средней скорости энерговыделения и ускорения силы тяжести на поверхности. Однако при заданном химическом составе только один из этих параметров, например масса, является независимой переменной, все. остальные выводятся из него (теорема Фогта - Рессела). Кроме того, у некоторых звезд играют роль конвекция, вращение и магнитное поле.
Излучение звезд. Как известно из физики, газы обычно имеют эмиссионный спектр, как, например, водород, который в видимой области излучает серию линий Бальмера (H0. Не и т.д.). Однако для звезд это не так, хотя они являются газовыми телами. Эмиссионный спектр возникает только в том случае, если атомы газа могут колебаться свободно, т.е. когда плотность газа так мала, что атомы практически не сталкиваются. В звездах же. кроме самых внешних слоев, плотность газа так велика, что излучение ведет себя как у твердого или жидкого тела - возникает непрерывный спектр, или континуум. Найдя максимум интенсивности непрерывного спектра или определив по всему ходу интенсивности полную мощность непрерывного излучения, можно определить температуру поверхности звезды, используя закон Планка или закон Стефана - Больц-мана. При этом можно получить различные значения в зависимости от метода или использованной спектральной области. О различии между "эффективной", "цветовой" и "яркостной" температурами вы можете узнать из учебника. Важно отметить, что, строго говоря, упомянутые законы справедливы только для черного тела. т.е. для такого тела, которое поглощает все падающее на него излучение. Ни одно естественное тело не удовлетворяет полностью этому условию, ко звезды ведут себя так. что понятие "чернотельное излучение" для них вполне приемлемо как первое приближение.
Для нас является существенным, что спектр звезды в основном определяется набором линий поглощения и излучения. Они возникают во внешних слоях агмосферы звезды. Солнечные фрауигоферовы линии формиру-ются в хромосфере или в обращающем слое, который имеет очень малую протяженность но вертикали и во время полного солнечного затмения показывает эмиссионный спектр вспышки. Таким образом, линии поглощения несут информацию о химическом составе звездных атмосфер; к тому же спектр поглощения очень сильно зависит от температуры: чем ниже температура поверхности звезды, тем богаче спектр линиями поглощения.
Даже при температуре Солнца некоторые элементы в хромосфере, например кальцин, ионизованы, а химические соединения можно обна-
1*
ружить только в атмосферах красных звезд; так. у долгопернадических переменных наблюдаются полосы поглощения TiO. В глубине звезд вообще нет химических элементов, а есть только газ. состоящий из элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов), а также сформировавшихся из них дейтронов и ядер гелия, квантов излучения, а в некоторых звездах на поздних стали я X эволюции - более тяжелых ядер.
