Підручник з Природничих наук. 1 частина. 10 клас. Гільберг - Нова програма

Незвичайні зорі

Більшість зір світять рівномірно. Однак якщо протягом кількох вечорів спостерігати за зорею β Персея, то помітно, що вона чомусь періодично «підморгує» — її блиск змінюється. Цю властивість зорі виявили ще середньовічні арабські астрономи. Тепер ці зорі називають змінними зорями та поділяють на дві групи: затемнювано-змінні та фізичні змінні зорі.

Причиною зміни світності затемнювано-змінних зір є те, що під час обертання близько одна до одної вони закривають одна одну. Тому їх ще називають затемнювано-подвійними, оскільки це явище притаманне подвійним системам.

Причиною зміни світності фізично змінних зір є процеси в їхніх надрах. Їх у свою чергу поділяють на дві групи: пульсуючо-змінні зорі та спалахувальні змінні зорі. Причиною зміни світності пульсуючо-змінних зір є їхнє стискання та розширення. Під час стискування зорі розміри її фотосфери зменшуються, а температура зростає. Відповідно підвищуються світність і блиск. Під час розширення, навпаки, температура та блиск спадають. Пульсувати можуть лише гіганти та надгіганти.

Чергування розширень і стисків деяких зір відбуваються хаотично. Але багато змінних зір пульсують строго періодично зі значною точністю. Такі пульсуючі змінні зорі, блиск яких плавно та періодично змінюється, називають цефеїдами. Назва походить від зорі δ Цефея — добре вивченої представниці цього класу зір. З періодом 5 діб 8 год 47 хв її видима зоряна величина змінюється від 3,5 до 4,4. При цьому температура поверхні зорі коливається від 5500 K до 6700 K. Радіус зорі під час пульсування змінюється від 3,5 · 10⁷ км до 3,9 · 10⁷ км.

Полярна зоря — одна з найближчих цефеїд (з періодом 3 доби 16 год 5 хв її видима зоряна величина змінюється від 1,94 до 2,05).

Дивовижною властивістю цефеїд є те, що між світністю та періодом є зв’язок: що більший період зміни блиску цефеїди, то вища її світність. За відомим періодом можна визначити світність, а отже, й абсолютну зоряну величину. За видимою зоряною величиною обчислюють відстань до зорі. Така властивість цефеїд робить їх «маяками» у Всесвіті. Ці змінні зорі видно на значних відстанях, адже вони мають високу світність. Цефеїди спостерігають і в інших галактиках та визначають у такий спосіб відстань до цих галактик.

До спалахувальних змінних належать кілька типів зір, зокрема молоді світила, які зазнають нерівномірного гравітаційного стискання і, відповідно, нерівномірно випромінюють. Однак найцікавішими представниками спалахувальних змінних зір є нові та наднові.

ПОДУМАЙТЕ Й ВІДПОВІДАЙТЕ

1. Зв’язок яких параметрів зорі показує діаграма Герцшпрунга — Рассела?

2. Опишіть внутрішню будову зорі, маса якої становить 10 сонячних мас.

3. Фіолетова частина неперервного спектра однієї з двох зір яскравіша, ніж в іншої. У якої з них вища температура?

4. У верхньому правому куті діаграми Герцшпрунга — Рассела розташовано послідовність надгігантів пізніх спектральних класів, температури яких низькі. Чим зумовлена висока світність цих зір?

5. Про що свідчать пустотні ділянки на діаграмі Герцшпрунга — Рассела?

6. Якщо випромінювання нездатне відводити від джерел потік енергії, що виділяється під час ядерних реакцій, починається конвекція. А якщо й конвекція «забуксує», тоді що?

7. Як дізнаються про подвійність зорі, коли з двох зір можна побачити лише одну?

8. Аналіз зоряних спектрів показав, що речовина на Землі, на Сонці та зорях має єдину матеріальну природу, а її зміни відбуваються за тими самими законами, що й на Землі. Яке це має світоглядне значення?

9. Якби між світностями зір та їхніми температурами не було жодної залежності, то як були б розташовані зорі на діаграмі?

10. У 1784 р. Фрідріх Вільям Гершель (1738—1822, Німеччина, Велика Британія) уперше склав каталог 700 подвійних і кратних зір. Як з’ясували, кілька зір можуть разом обертатися навколо спільного центра тяжіння. Яке науково-теоретичне значення мав цей факт стосовно законів природи, відкритих у земних умовах?

11. За результатами аналізу випромінювання зорі можна визначити її температуру, хімічний склад, розміри тощо. А чи можна так само визначити масу поодинокої зорі?

12. Із середини XIX ст. вивчення змінних зір особливо посилили. Чому завдячує цей процес в історії астрономії?

13. За рахунок яких параметрів зростає блиск цефеїд і нових зір? Що тут є визначальним?

14. Чи загрожує нашому Сонцю спалах? Чому?

15. Під час космічних вибухів, наприклад наднових зір, у міжзоряний простір викидається значна кількість заряджених частинок (електронів, протонів тощо). Їх реєструють приладами на Землі. Чи можна з упевненістю приписати походження цих частинок вибуху якоїсь конкретної зорі?

16. Чи хочете побачити спалах наднової зорі. Проте цей феномен трапляється в Галактиці не частіше, ніж раз за століття. Як доцільніше вчинити в цьому разі?

17. У спектрах яких зір не спостерігають ні лінії поглинання, ні лінії випромінювання? Чому?

18. Від зір головної послідовності в напрямку червоних гігантів помітно перехідний місток, що їх пов’язує, тоді як послідовність білих карликів на діаграмі зовсім ізольована. У чому річ?

19. У зір якої послідовності в ході еволюції спостерігають найбільші втрати маси? Чим це зумовлено?

20. Проаналізуйте цитати з творів. До яких пунктів модуля 8 ви б віднесли інформацію, яка міститься в кожному з них?

1) «Отак, долаючи труднощі та лиха, мимохідь довідалися, що Земля — куляста, що зірки — це клепки, які тримають небесну твердь, а пульсар — це зірка, на яку напала гикавка...»;¹

¹ Станіслав Лем. «Розповідь другого розмороженого».

2) «Біля Альфа Центавра була призначена перша зупинка. Земля і Наа закружляли навколо нового сонця. Звідси астрономи спостерігали через двісті років, як Сонце спалахнуло, скидаючи розжарену оболонку газів, і потім стало білим щільним карликом»;¹

¹ Олесь Бердник. «Стріла часу».

3) «До того ж необхідно з’ясувати й деякі деталі астрономічного характеру. Зокрема, чудової субтропічної ночі звірити карту зоряного неба з оригіналом — чи не спалахнула десь наднова зірка і чи не згасла стара? Та й це ще не все. Давно помітив: на будь-якій мапі малюють самі зірки, а планетами нехтують. Хто ж, як не капітан Небреха, може підказати мені місцезнаходження планетних систем? Адже його знанням позаздрили б навіть упорядники зоряних каталогів»;²

² Юрій Ячейкін. «Космічна халепа капітана Небрехи».

4) «За попередніми, вельми, зрозуміло, приблизними даними — з Персея, із сузір’я Північної півкулі зоряного неба. Не виключено, що від його найяскравішої зорі а Мірфака. За іншими даними — з району Полярної зірки — Малої Ведмедиці. Вона є потрійною зорею, найяскравіший її компонент — цефеїда. Є ще й третє припущення — далекі гості з туманності Андромеди»;³

³ Валентин Чемерис. «Мурашва на ранчо».

5) «У цю хвилину Південний Хрест постав перед очима спостерігачів у перевернутому вигляді — зірка Альфа цього сузір’я опинилася внизу, тобто найближче до Південного полюса.

Це сузір’я перебуває не так близько до Південного полюса, як Полярна зірка — до Північного. Зірка Альфа Південного Хреста розташована на відстані близько двадцяти семи градусів від полюса, але Сайрес Сміт знав це і вирішив враховувати цю відстань при своєму обчисленні. Він також потурбувався, аби не пропустити спостереження за нею в той момент, коли вона проходить через меридіан острова, що мало полегшити спостереження. Сайрес Сміт спрямував один кінець свого дерев’яного циркуля на лінію обрію, а другий — на зірку Альфа: ніби наставив на них кутомір, і відстань між двома ніжками відповідала куту між Альфою та обрієм. Аби міцніше зафіксувати отриманий кут і не допустити зміни відстані між планками, Сайрес Сміт прикріпив їх голками акації до поперечини.

Тепер лишалося тільки обчислити отриманий кут, узявши до уваги, що спостереження відбувалося не на рівні моря, а для цього конче потрібно було ще виміряти висоту плоскогір’я. Величина кута мала дати висоту Альфи Південного Хреста, а отже, й висоту полюса над обрієм, тобто широту острова, оскільки географічна широта будь-якої точки земної кулі завжди дорівнює висоті полюса над обрієм у цій точці»;⁴

⁴ Жуль Верн. «Таємничий острів».

6) «Що відомо досі про чорні діри космосу? Один затятий математик у годину дозвілля придумав собі таку задачу: а що, коли дуже велика маса речовини опиниться в дуже маленькому об’ємі, то що тоді буде? Як ця речовина поводитиметься? Розрахунки показали: сила тяжіння так стисне ту масу, що простір увігнеться, викривиться і зрештою замкнеться. Математик назвав це колапсом — така зірка тонула в його формулах, як сонце в морі. З тією тільки різницею, що сонце світить, а колапсуючу зірку вже ніхто не побачить, бо її страхітливе тяжіння не випускає жодного електромагнітного сигналу. Замість сяючої зірки — чорнота, дірка, в яку падає все, а звідти ніщо не вертається.

І хоч астрономи вважали, що в нашому Всесвіті є чимало сонць, в яких сконцентрована величезна маса і які в майбутньому будуть колапсувати, — все це, на думку Нескуби, не виходило за рамки химерних гіпотез. І хоча були повідомлення, що деякі чорні дірки виявлено, Нескубі не вірилось, він гадав, що це гра математичної уяви. Розум, зрештою, не може погодитись з тим, що в одній точці, майже в нульовому просторі концентрується яка завгодно велика маса речовини. Хоча... її всемогутність Природа може творити ще й дивовижніші парадокси!..»;¹

¹ Василь Бережний. «Космічний Гольфстрім».

7) «Уже із сходу перейшли на захід Стожари, високо піднялися Косарі, до самої землі спустив чумацьку вію Великий Віз... З-за хат високо піднявся Візничий, помандрували тісною купкою на захід Стожари, і Віз опустив золоту вію над самою землею»;²

² Михайло Стельмах. «Велика рідня».

8) «Йшов на козацькі лампади — Стожари, пильнуючи, аби вони весь час світили з правої руки»;³

³ Юрій Мушкетик. «Яса».

9) «Високо в небі зацвіли не бачені ніколи зірки й сузір’я. Бо тих зірок, що яскравіють тут, у Південній півкулі Землі, де стоїть наш «Вихор», не видно у наших степових широтах. Замість Великої Ведмедиці, Полярної зірки, Стожарів, тут небозвід всіяли інші світила: огнистий Південний Хрест — розташовані невеличким ромбом чотири зірки: Вега, Капелла, Альціона...»;⁴

⁴ Леонід Тендюк. «Дивовижна риба мурена».

10) «Соляріс було відкрито майже за сто років до мого народження. Планета обертається довкола двох сонць — червоного й голубого. Соляріс, за попередніми обчисленнями, повинен протягом п’ятисот тисяч років наблизитися на відстань, яка дорівнює половині парсека, до свого червоного сонця, а ще через мільйон років — упасти в його розпечену безодню»;⁵

⁵ Станіслав Лем. «Соляріс».

11) «Знаходимось ми на далекій околиці — до центра Галактики від нас 25—30 тисяч світлових років. Конкретно — на третій планеті згадуваної Сонячної системи під назвою Земля».⁶

⁶ Валентин Чемерис. «Агов, на Полярній зірці».

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

ПРАКТИЧНІ РОБОТИ

1. Спостереження сузір’їв та пошук планет і зір (за допомогою Google Sky Мар та/або аналогічних програм).

2. Визначення географічної широти місцевості зі спостережень за Полярною зорею.

ЗАХИСТ НАВЧАЛЬНИХ ПРОЕКТІВ

• Моделі світобудови в уявленнях людей.

• Моделювання чорної діри та подвійних зір за допомогою тканини й металевих куль.

• Астрологія: передбачення долі за зорями. Вірити чи не вірити? Геліобіологія.

• Космічна погода.