Звезды всегда интересовали людей, вероятно, с того момента, как наш самый ранний предок вышел на улицу и взглянул на ночное небо. Мы все еще выходим ночью, когда можем, и смотрим вверх, размышляя об этих мерцающих предметах. С научной точки зрения они составляют основу астрономической науки, которая занимается изучением звезд (и их галактик). Звезды играют заметные роли в научно-фантастических фильмах, телешоу и видеоиграх в качестве декораций для приключенческих сказок. Итак, что это за мерцающие точки света, которые, кажется, расположены в узорах на ночном небе?
Звезды в Галактике
Есть тысячи звезд, видимых нам с Земли, особенно если мы проводим наблюдения в очень темной зоне обзора неба). Однако только в Млечном Пути их сотни миллионов, и не все они видны людям на Земле. Млечный Путь – это не только дом для всех этих звезд, он содержит «звездные ясли», где новорожденные звезды зарождаются в облаках газа и пыли.
Все звезды очень и очень далеки, кроме Солнца. Остальные находятся за пределами нашей солнечной системы. Ближайший к нам, называется Проксима Центавра, и находится на расстоянии 4,2 световых лет от нас.
Большинство звездочетов, наблюдавших какое-то время, начинают замечать, что одни звезды ярче других. Многие также кажутся блеклыми. Некоторые выглядят синими, другие белыми, а третьи имеют слабый желтый или красноватый оттенок. Во Вселенной есть много разных типов звезд.
Солнце – это звезда
Мы греемся в свете звезды – Солнца. Он отличается от планет, которые очень малы по сравнению с Солнцем и обычно состоят из горных пород (таких как Земля и Марс) или холодных газов (таких как Юпитер и Сатурн). Понимая, как работает Солнце, астрономы могут глубже понять, как работают все звезды. И наоборот, если они изучат множество других звезд на протяжении всей своей жизни, можно будет выяснить будущее и нашей собственной звезды.
Как работают звезды
Как и все другие звезды во Вселенной, Солнце представляет собой огромную яркую сферу из горячего светящегося газа, удерживаемую собственной гравитацией. Он обитает в Галактике Млечный Путь вместе с примерно 400 миллиардами других звезд. Все они работают по одному и тому же основному принципу: они объединяют атомы в своих ядрах, чтобы произвести тепло и свет. Так работает звезда.
Для Солнца это означает, что атомы водорода сталкиваются вместе под действием высокой температуры и давления. В результате получился атом гелия.. Этот процесс слияния высвобождает тепло и свет. Этот процесс называется «звездным нуклеосинтезом», и он является источником многих элементов во Вселенной, более тяжелых, чем водород и гелий. Итак, из таких звезд, как Солнце, будущая Вселенная получит такие элементы, как углерод, которые она будет производить с возрастом. Очень «тяжелые» элементы, такие как золото или железо, образуются в более массивных звездах, когда они умирают, или даже в результате катастрофических столкновений нейтронных звезд.
Каким образом делает ли звезда этот «звездный нуклеосинтез» и при этом не разрывается на части? Ответ: гидростатическое равновесие. Это означает, что гравитация массы звезды (которая втягивает газы внутрь) уравновешивается внешним давлением тепла и света – радиационным давлением – создаваемым ядерным синтезом, происходящим в ядре.
Этот синтез является естественным процессом и требует огромного количества энергии, чтобы инициировать реакции синтеза, достаточные для уравновешивания силы тяжести в звезде. Ядру звезды необходимо достичь температуры выше 10 миллионов Кельвинов, чтобы начать синтез водорода. Наше Солнце, например, имеет внутреннюю температуру около 15 миллионов Кельвинов.
Звезда, которая потребляет водород для образования гелия, называется “главной последовательностью” звезда на все время это объект, плавящий водород. Когда он израсходует все свое топливо, активная зона сжимается, потому что внешнего радиационного давления уже недостаточно, чтобы уравновесить гравитационную силу. Температура ядра повышается (потому что оно сжимается), и это дает ему достаточно энергии, чтобы начать плавление атомов гелия в углерод. В этот момент звезда становится красным гигантом. Позже, когда у нее заканчивается топливо и энергия, звезда сжимается и становится белым карликом.
Как умирают звезды
Следующая фаза эволюции звезды зависит от ее массы, потому что от нее зависит, как она закончится. У маломассивной звезды, такой как наше Солнце, судьба отличается от судьбы звезд с большей массой. Он сдует свои внешние слои, создав планетарную туманность с белым карликом посередине. Астрономы изучили множество других звезд, которые претерпели этот процесс, что дает им лучшее понимание того, как Солнце закончит свою жизнь через несколько миллиардов лет.
Однако звезды большой массы отличаются от Солнце по-разному. Они живут недолго и оставляют после себя великолепные останки. Когда они взорвутся как сверхновые, они взорвут свои элементы в космос. Лучший пример сверхновой – Крабовидная туманность в Тельце. Ядро оригинальной звезды осталось позади, а остальная часть ее материала выброшена в космос. В конце концов, ядро может сжаться и превратиться в нейтронную звезду или черную дыру.
Звезды соединяют нас с Космосом
Звезды существуют в миллиардах галактик по всей Вселенной. Они являются важной частью эволюции Космос. Они были первыми объектами, сформировавшимися более 13 миллиардов лет назад, и они составляли самые ранние галактики. Когда они умерли, они преобразовали ранний космос. Это потому, что все те элементы, которые они образуют в своих ядрах, возвращаются в космос, когда звезды умирают. И эти элементы в конечном итоге объединяются, чтобы сформировать новые звезды, планеты и даже жизнь! Вот почему астрономы часто говорят, что мы сделаны из «звездного материала».
Под редакцией Кэролайн Коллинз Петерсен.