Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса - Уильям Уоллер

lg (L2 / L1), где M2 и M1 — абсолютные звездные величины двух светил, L2 и L1 — соответствующие им светимости (в ваттах), а знак «минус» снова указывает на «обратную» природу шкалы звездных величин. Вычисление соотношения светимости дает

И если вернуться к Сириусу, то можно увидеть, что его меньшая абсолютная звездная величина указывает на его собственную светимость, которая примерно в 25 раз больше, чем у Солнца и α Центавра А. А по сравнению со звездой Барнарда Сириус ослепительно блистает: его светимость больше в 52 000 раз!

Цвета звезд и спектральные классы

Большинству из нас Солнце кажется желтоватым — и такой же кажется самая яркая звезда в ближайшей к нам звездной системе, α Центавра А, если смотреть на нее невооруженным глазом. Сириус, α Большого Пса, напротив, выглядит бело-голубым, а звезда Барнарда в созвездии Змееносца при наблюдении в телескоп имеет явный красноватый оттенок. Разнообразная звездная палитра указывает на широкий диапазон поверхностных температур небесных светил: у самых красных звезд температуры сравнительно низкие, в 2000–3000 К; у желтоватых, таких как Солнце, — 5000–6000 К, а у бело-голубых звезд, таких как Сириус, гораздо выше — в 8000–10 000 К. Эти интерпретации звездных цветов были подтверждены зарегистрированными звездными спектрами, при создании которых свет от каждой звезды разлагается в видимый спектр с помощью призмы или дифракционной решетки (рис. 6.1).

В спектре красноватых звезд, подобных звезде Барнарда, наблюдается множество спадов и разрывов, соотнесенных с присутствием определенных молекул в звездных атмосферах. Если в них предполагается наличие молекул таких веществ, как оксид титана и гидроксид кальция, значит, температура их поверхности достаточно низка для таких сравнительно хрупких молекул и не превышает нескольких тысяч кельвинов. У желтоватых звезд, таких как Солнце и α Центавра А, на наличие молекул в атмосфере не указывает ничего, но в их спектре проявляются отдельные спады, указывающие на присутствие «металлических» элементов, таких как кальций, магний и железо. Электроны в этих элементах уже «приведены в боевую готовность», чтобы активизироваться под воздействием звездного света, пришедшего из нижележащих слоев, при температуре атмосферы около 4000–6000 К. У бело-голубых звезд, подобных Сириусу, не проявляется молекулярных или «металлических» спектральных особенностей. В их спектре преобладают спады, соответствующие предсказанному спектру водорода. Этот простейший из атомов наиболее чувствителен к поглощению звездного света, испущенного из нижележащих слоев, при температурах около 8000–12 000 K.

Рис. 6.1. Видимые спектры ближайших звезд показывают значительные различия, которые можно объяснить различной температурой поверхности звезд. Здесь сравниваются спектральные характеристики таких звезд, как Сириус, α Центавра А и звезда Барнарда. Обратите внимание, что звезды спектрального класса А (Сириус) проявляют наибольшую яркость на «синем» (коротковолновом) конце своего спектра, в то время как звезды спектрального класса М (звезда Барнарда) — на его «красном» (длинноволновом) конце, в полном соответствии с их наблюдаемыми цветами. Более того, паттерны спектральных линий поглощения позволяют выявить значительные перемены, которые, опять же, можно соотнести с разными температурами поверхности звезд. (По источнику: Galaxies in the Universe, L. S. Sparke and J. S. Gallagher, Cambridge University Press [2000], материалы любезно предоставлены L. S. Sparke.)

К началу XX века астрономы успешно сфотографировали спектры более чем 200 000 звезд и на основе их визуального изучения разработали последовательность звездных «спектральных классов», которую мы используем и сегодня. Спектральные классы, распределенные в зависимости от температур звездной поверхности, от самых высоких до самых низких, обозначаются так: O, B, A, F, G, K и M. Забавная мнемоника для этой закодированной последовательности звучит на английском как: Oh Be A Fine Girl [or Guy], Kiss Me! — «О, будь хорошей девочкой [или мальчиком], поцелуй меня!» (буквы, обозначающие классы, выделены полужирным начертанием). В такой кодировке Сириус относится к классу А; Солнце и α Центавра А — к классу G, а звезда Барнарда — к классу М. Для дальнейшего разделения спектральных классов к букве добавляют цифру, при этом цифра 0 присваивается самой горячей звезде из класса, а 9 — самой холодной. Согласно этой схеме, Солнце с температурой поверхности 5800 К входит в класс G2. В таблице 6.1 кратко описана последовательность спектральных классов и указаны соответствующие им температуры поверхности звезд. Показатель цвета (B — V), приведенный в таблице, относится к разнице видимых звездных величин, измеренных в двух фильтрах, голубом (В) и желтом (V). Чем краснее видимый цвет, тем больше показатель цвета B — V и тем ниже температура поверхности.

Таблица 6.1

Наблюдаемые свойства ближайших звезд

Спектральный класс Показатель цвета (В — V) Особенности спектра Температура поверхности, K О5 — О9 фиолетово-голубой (–0,33) — (–0,30) ионизированный гелий 60 000–30 000 В0 — В9 голубой (–0,30) — (–0,06) нейтральный гелий, водород 26 500–10 000

А0 — А9 бело-голубой (+0,00) — (+0,19) водород (наиболее выражен) 9900–7800 F0 — F9 желто-белый (+0,31) — (+0,54) водород (слабо выражен), ионизированный кальций 7000–6000 G0 — G9 желтый (+0,59) — (+0,74) ионизированный кальций, ионизированное железо 5900–5400 K0 — K9 оранжевый (+0,82) — (+1,35) ионизированный кальций (наиболее выражен), натрий (наиболее выражен) 5200–4000 M0 — M9 красный (+1,41) — (+2,00) оксид титана, гидроксид кальция 3700–2700

(Данные в таблице основаны на источнике: Harold L. Johnson, Review of Astronomy and Astrophysics, vol. 4 [1966], pp. 193–206; а также на статье онлайн-энциклопедии: http://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_classifi cation и на других ресурсах.)

Следует отметить, что астрономы обнаружили еще более холодные звезды, причисленные к другим спектральным классам, — это класс L, куда входят звезды с температурой поверхности от 2500 до 1300 К, и класс Т, в котором оказались светила с температурой менее 1300 К. Первые едва ли могут считаться настоящими звездами, создающими энергию, необходимую для излучения света, благодаря идущему в их недрах термоядерному синтезу ядер гелия из ядер водорода.