ЧИ ВСІ ВИ ОДНАКОВІ?

Чим ще окрім яскравості відрізняються зорі? Розмірами, температурою, масою, кольором, світністю, віком, розташуванням? Так, за всіма цими параметрами можна класифікувати й порівнювати зорі.

Світність зорі визначає кількість енергії, що вона випромінює за одиницю часу, тобто потужність її випромінювання. За одиницю світності в астрономії приймають потужність випромінювання Сонця 4 · 10²⁶ Вт. У порівнянні із Сонцем світність деяких зір має такі значення:

За розмірами розрізняють: зорі-надгіганти (мають найбільший розмір), зорі-гіганти, зорі-карлики (Сонце — це зоря-карлик), нейтронні зорі (зовсім малі). На малюнку 8.6 показано розміри деяких зір у порівнянні.

Мал. 8.6. Розміри деяких зір у порівнянні

Якби зоря Бетельгейзе опинилася на місці Сонця, то зайняла б собою частину Сонячної системи аж до орбіти Марса.

За розташуванням: поодинокі та кратні (зв’язані силами тяжіння подвійні, потрійні тощо).

За часом свого розвитку: давні та молоді.

За фізичними властивостями речовини в надрах зорі поділяють на три основні групи: нормальні зорі, білі карлики й нейтронні зорі.

З першого погляду зорі видаються білими. Однак, якщо придивитися, можна помітити цілий діапазон кольорів зір: блакитні, білі, червоні, жовті. У зимовому сузір’ї Оріона можна спостерігати за прекрасним контрастом між червоною Бетельгейзе та блакитною Беллатрікс (мал. 8.7).

Мал. 8.7. Сузір’я Оріона взимку

Причина того, що зорі світяться різними кольорами, була загадкою протягом усієї історії науки аж до того часу, коли два сторіччя тому фізики досягли достатнього рівня розуміння природи світла та властивостей речовини за високих температур.

Зокрема, було розвинене фізичне розуміння природи випромінювання «абсолютно чорного тіла», яке надало нам змогу зрозуміти причину різного кольору зір.

Абсолютно чорним тілом є тіло, яке поглинає будь-яке зовнішнє світло й натомість не випромінює ніякого світла. За звичайної температури такий об’єкт виглядатиме абсолютно чорним (звідси й термін чорне тіло). Але, якщо розігріти чорне тіло до високої температури, воно почне випромінювати в тепловому діапазоні. Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла визначений тільки його температурою.

Власне, усі об’єкти випромінюють у тепловому діапазоні (доти, доки їх температура вища за абсолютний нуль, або -273,15 °С), але жоден з об’єктів не випромінює ідеально; кожний об’єкт краще випромінює або поглинає хвилі світла певної довжини.

На початку ХХ ст. вчені, зокрема Лорд Релей та Макс Планк, вивчали випромінювання чорного тіла. Для цього вони використовували досить простий пристрій (мал. 8.8).

Мал. 8.8. Пристрій для вивчення випромінювання чорного тіла

Це скринька з матеріалу, який добре проводить тепло, такого як метал. Скринька повністю закрита з усіх боків, але з одним маленьким отвором, таким, щоб усередину не потрапляло жодне світло ззовні. Під час дослідження випромінювання, що виходило крізь отвір, було встановлено, що зі зростанням температури чорного тіла зростає інтенсивність світлового випромінювання, а довжина хвилі максимуму випромінювання зміщується в напрямку блакитного кольору спектра.

Холодні зорі випромінюють більшу частину своєї енергії в червоному й інфрачервоному діапазонах електромагнітного спектра, а отже, виглядають червоними, а гарячі білі зорі випромінюють переважно на довжинах хвиль блакитного та ультрафіолетового випромінювання, що робить їх на вигляд блакитними або білими.

Отже, за кольором і температурою зорі поділяють на (мал. 8.9):

• блакитні (найбільш розжарені з температурою понад 30 000 °С);

• білі (з температурою 10 000 °С);

• жовті (з температурою 6 000 °С, Сонце — жовта зоря);

• червоні (найхолодніші, з температурою близько 3 000 °С)

Мал. 8.9. Інтенсивність випромінювання космічних тіл з різною температурою. Гарячі зорі випромінюють більше енергії в синій частині спектра, а холодні зорі — у червоній. Планети випромінюють енергію переважно в інфрачервоній частині спектра

За температурою зорі розділили на сім спектральних класів (табл. 8.1), які позначили літерами латинської абетки: О, В, A, F, G, K, М (англійське прислів’я: «Oh, BeA Fine Girl, Kiss Me» — «будь гарною дівчиною, поцілуй мене»).

Таблиця 8.1.

Спектральна класифікація зір (Гарвардська)

Клас	Температура, K	Дійсний колір	Видимий колір
O	30 000—60 000	блакитний	блакитний
B	10 000—30 000	біло-блакитний	біло-блакитний і білий
A	7500—10 000	білий	білий
F	6000—7500	жовто-білий	білий
G	5000—6000	жовтий	жовтий
K	3500—5000	помаранчевий	жовто-помаранчевий
M	2000—3500	червоний	помаранчево-червоний

Випромінювання зір є найважливішим джерелом інформації про них. За допомогою спектрального аналізу можна встановити якісний і кількісний хімічний склад світила, його температуру, чи є в нього магнітне поле, швидкість руху та багато іншого. Сонце та зорі оточені газовими атмосферами. Неперервний спектр їхньої видимої поверхні перетинається темними лініями поглинання, які виникають, коли проміння проходить крізь атмосферу зір та атмосферу Землі. Виявлено, що за хімічним складом зорі практично однакові: 73 % Гідроген, 25 % Гелій, 2 % — інші елементи.

На початку ХХ ст. астроном Ейнар Герцшпрунг (1873—1967, Данія) і дещо пізніше астрофізик Генрі Рассел (1877—1957, США) виявили залежність між виглядом спектра й світністю зір. Цю залежність вони ілюстрували графіком, на якому вздовж однієї осі відкладають світність зорі (абсолютну зоряну величину), а вздовж іншої — спектральний клас (температуру). Так виникла діаграма, яку називають діаграмою спектр-світність або (на честь обох учених) діаграмою Герцшпрунга — Рассела. Головна загадка діаграми полягає в тому, що в космосі астрономи ще не знайшли хоча б дві однакові зорі, які мають однакові фізичні параметри — масу, температуру, світність, радіус. Немає зір, які були б точнісінько такими, як Сонце. Напевно, протягом еволюції зорі змінюють свої фізичні параметри, тому малоймовірно, що ми зможемо відшукати в космосі ще одну зорю, яка зародилася одночасно з нашим Сонцем і мала з ним тотожні початкові параметри (мал. 8.10).