Какие звезды имеют самую низкую температуру поверхности
Звезды какого класса имеют самую низкую температуру
Как известно, температура внутри звезд очень высокая. Ведь благодаря ей и запускаются термоядерные реакции. При сжатии молекулярного облака гравитационными силами происходит нагрев, который при достаточной массе молекул всё увеличивается и увеличивается. Так, начинается синтез гелия из водорода или, проще говоря, рождается звезда.
Несмотря на то, что все облака состоят из молекул водорода, они отличаются друг от друга количеством его частиц. В итоге получается разная масса протозвезд. Хотя процесс формирования светил примерно одинаковый.
Главным образом, температура звезд повышается при их начальном образовании, а затем при реакциях, происходящих в их ядре. В свою очередь, тепло, производимое в центральной части светила, поднимается и в его верхние слои (то есть на поверхность). А так как у разных тел она разная в недрах, соответственно, она отличается и на поверхности.
От чего зависит температура звезды
В действительности, она обуславливается двумя основными факторами.
Во-первых, уровнем производимой ядром энергии. По данным учёных, ядро разогревается до 15 млн градусов. Однако излучается только тепло, полученное в результате термоядерных реакций. А вот энергия от гравитационного сжатия остаётся в самом центре. Таким образом, температура поверхности звезд напрямую зависит от силы внутренних процессов, а также какие элементы в них задействованы. Например, если происходит синтез не только гелия из водорода, но и синтез с участием тяжёлых элементов, то и излучающая энергия будет в разы больше. Как следствие, поверхностный нагрев увеличится.
А во-вторых, важное значение имеет площадь поверхности, которая излучает внутреннюю энергию. Дело в том, что звёздные объекты производят и в то же время отдают энергию в космическое пространство. И сколько они её отдадут, зависит от внешней оболочки, то есть от излучаемой поверхности.
Когда у звёзд расширяются внешние границы, увеличивается и ядро. А чем оно плотнее, тем горячее. Но так лишь внутри, а снаружи (в фотосфере) такие звезды имеют низкую температуру. Проще говоря, чем больше площадь, тем больше энергетический расход.
Помимо этого, прослеживается связь размеров, масс, светимостей и температур звёздных объектов. К примеру, чем массивнее звёздное тело, тем выше его светимость, а значит и нагрев. Стоит отметить, что температура звезды определяет её цвет. Взаимосвязь характеристик светил отображена на диаграмме Герцшпрунга-Расела.
Диаграмма Герцшпрунга — Рассела
Как видно, спектральные классы отличаются между собой набором характеристик.
Как определить и в чем измеряется температура звезд
Стоит отметить, что для данной характеристики используют эффективную величину нагретости тела. Другими словами, насколько горячий объект, настолько он излучает энергию. В случае со звёздными телами, их накал даёт характеристику светимости.
А вот для определения эффективной температуры звезд применяют закон Стефана-Больцмана. Он гласит, что мощность излучения нагретого тела прямо пропорциональна площади поверхности и температуры четвёртой степени.
где σ — это постоянный коэффициент 5,7*10-8,
S — площадь, а P — излучаемая мощность.
На самом деле, определяется температура звезд в Кельвинах (К). Правда, можно перевести в градусы Цельсия (С).
Какие температуры поверхности могут иметь звезды
По оценке учёных, показатели отдельных светил разные. Более холодные обладают теплом 2000-5000 К, средняя температура (у жёлтых и оранжевых) тел составляет 5000-7500 К, а горячие представители достигают значений 7500-80000 К.
Наос (самая горячая звезда)
Какие звезды имеют самую низкую температуру
Наименьшую температуру поверхности имеют звезды красных цветов. Правда, называть их холодными не совсем точно. Потому как их нагретость равняется 2000-3000К.
Звезда Барнарда (одна из самых холодных звёзд)
У какого типа звезд наибольшая температура
Как вы думаете, какая температура на поверхности самых горячих звезд?
Между прочим, наиболее жаркие светила имеют голубой или белый цвет. Хотя самый высокий уровень у синих. Только вдумайтесь, их уровень тепла может достигать 40000К.
Итак, мы выяснили, что температура и размеры звёзд могут быть разными. Вдобавок их характеристики связаны между собой.
Также очевидно, что температура в центре звезды отличается от температуры поверхности, которые они могут иметь. Это лишний раз доказывает, что каждый небесный объект уникален. Даже если одни его свойства схожи с другими телами, обязательно будет отличие в каком-либо другом параметре.
Спектральная классификация Моргана — Кинана
Спектра́льные кла́ссы — классификация звёзд по спектру излучения, в первую очередь, по температуре фотосферы. Различия в спектрах звёзд обусловливаются различием физических свойств их атмосфер, в основном, температуры и давления (определяющих степень ионизации атомов). Вид спектра зависит также от наличия магнитных и межатомных электрических полей, различий в химическом составе, вращения звёзд и от других факторов.
Сплошной спектр излучения звезды близок к излучению абсолютно чёрного тела с температурой, равной температуре её фотосферы, которую можно оценить по закону смещения Вина, но для удалённых звёзд этот метод неприменим из-за неравномерного поглощения света различных участков спектра межзвёздной средой. Более точным методом является оптическая спектроскопия, позволяющая наблюдать в спектрах звёзд линии поглощения, имеющие различную интенсивность в зависимости от температуры и типа звезды. Для некоторых типов звёзд в спектрах наблюдаются и линии испускания.
Классы Анджело Секки[править | править код]
В 1860—1870-х годах пионер звёздной спектроскопии Анджело Секки создал первую классификацию звёздных спектров. В 1866 году он разбил наблюдаемые спектры звёзд на три класса в порядке убывания температуры поверхности звезды и соответствующего изменения цвета[1][2][3]. В 1868 году Секки открыл углеродные звёзды, которые выделил в отдельную четвёртую группу[4]. А в 1877 году он добавил пятый класс[5].
Позднее Эдуард Пикеринг изменил определение класса V, разделив его на горячие звёзды с эмиссионными линиями гелия, углерода и азота (звёзды Вольфа — Райе) и планетарные туманности[6].
Предложенное Секки деление спектров было общепринятым вплоть до конца 1890-х годов, когда постепенно к середине XX века было заменено Гарвардской классификацией, которая описывается ниже[6][7].
Основная (гарвардская) спектральная классификация[править | править код]
Современная (гарвардская) спектральная классификация звёзд, разработанная в Гарвардской обсерватории в 1890—1924 годах, является температурной классификацией, основанной на виде и относительной интенсивности линий поглощения и испускания спектров звёзд.
| Класс | Температура, K | Истинный цвет | Видимый цвет[8][9] | Масса, M☉ | Радиус, R☉ | Светимость, L☉ | Линии водорода | Доля* в глав. послед., %[10] | Доля* нa ветв. бел.к., %[10] | Доля* гигантских, %[10] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| O | 30 000—60 000 | голубой | голубой | 60 | 15 | 1 400 000 | слабые | – | – | |
| B | 10 000—30 000 | бело-голубой | бело-голубой и белый | 18 | 7 | 20 000 | средние | 0,1214 | 21,8750 | – |
| A | 7500—10 000 | белый | белый | 3,1 | 2,1 | 80 | сильные | 0,6068 | 34,7222 | – |
| F | 6000—7500 | жёлто-белый | белый | 1,7 | 1,3 | 6 | средние | 3,03398 | 17,3611 | 7,8740 |
| G | 5000—6000 | жёлтый | жёлтый | 1,1 | 1,1 | 1,2 | слабые | 7,6456 | 17,3611 | 25,1969 |
| K | 3500—5000 | оранжевый | желтовато-оранжевый | 0,8 | 0,9 | 0,4 | очень слабые | 12,1359 | 8,6806 | 62,9921 |
| M | 2000—3500 | красный | оранжево-красный | 0,3 | 0,4 | 0,04 | очень слабые | 76,4563 | – | 3,9370 |
* Примечание к таблице: Данные вычислены по количеству звёзд с абсолютной звёздной величиной более +16 в окрестностях Солнца в 10000 пк3 (радиус 10,77 пк = 35,13 св. л.). Это позволяет воспроизвести приблизительную картину распределения звёзд по спектральным классам, хотя бы для звёзд на расстоянии от Галактического центра до Солнца. (Колонка Доля гигантских содержит Гигантов, Ярких гигантов и Сверхгигантов)[10]
Внутри класса звёзды делятся на подклассы от (самые горячие) до 9 (самые холодные). Солнце имеет спектральный класс G2 и эквивалентную температуру фотосферы 5780 K[11].
Йеркская классификация с учётом светимости (МКК)[править | править код]
Дополнительным фактором, влияющим на вид спектра, является плотность внешних слоёв звезды, зависящая, в свою очередь от её массы и плотности, то есть, в конечном итоге, от светимости. Особенно сильно зависят от светимости SrII, BaII, FeII, TiII, что приводит к различию в спектрах звёзд-гигантов и карликов одинаковых гарвардских спектральных классов.
Зависимость вида спектра от светимости отражена в более новой йеркской классификации, разработанной в Йеркской обсерватории (Yerkes Observatory) У. Морганом, Ф. Кинаном и Э. Келман, называемой также МКК по инициалам её авторов.
В соответствии с этой классификацией звезде приписывают гарвардский спектральный класс и класс светимости:
Таким образом, если гарвардская классификация определяет абсциссу диаграммы Герцшпрунга — Рассела, то йеркская — положение звезды на этой диаграмме.
Дополнительным преимуществом йеркской классификации является возможность по виду спектра звезды оценить её светимость и, соответственно, по видимой величине — расстояние (метод спектрального параллакса).
Солнце, будучи жёлтым карликом, имеет йеркский спектральный класс G2V.
Дополнительные спектральные классы[править | править код]
Выделяют также дополнительные спектральные классы для некоторых классов небесных тел:
Характеристические особенности в классе[править | править код]
У некоторых объектов могут наблюдаться дополнительные особенности в спектре. Чтобы указать на эти особенности к обозначению добавляют дополнительные префиксы и постфиксы.
Добавочные индексы, стоящие перед обозначением спектра[править | править код]
Добавочные индексы, стоящие после обозначения спектра[править | править код]
Мнемоника[править | править код]
Для запоминания основной последовательности гарвардской классификации существуют мнемонические фразы:
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
Ссылки[править | править код]
Как известно, температура внутри звезд очень высокая. Ведь благодаря ей и запускаются термоядерные реакции. При сжатии молекулярного облака гравитационными силами происходит нагрев, который при достаточной массе молекул всё увеличивается и увеличивается. Так, начинается синтез гелия из водорода или, проще говоря, рождается звезда.
Рождение звезды
Несмотря на то, что все облака состоят из молекул водорода, они отличаются друг от друга количеством его частиц. В итоге получается разная масса протозвезд. Хотя процесс формирования светил примерно одинаковый.
Главным образом, температура звезд повышается при их начальном образовании, а затем при реакциях, происходящих в их ядре. В свою очередь, тепло, производимое в центральной части светила, поднимается и в его верхние слои (то есть на поверхность). А так как у разных тел она разная в недрах, соответственно, она отличается и на поверхности.
Структура звезды
От чего зависит температура звезды
В действительности, она обуславливается двумя основными факторами.
Во-первых, уровнем производимой ядром энергии. По данным учёных, ядро разогревается до 15 млн градусов. Однако излучается только тепло, полученное в результате термоядерных реакций. А вот энергия от гравитационного сжатия остаётся в самом центре. Таким образом, температура поверхности звезд напрямую зависит от силы внутренних процессов, а также какие элементы в них задействованы. Например, если происходит синтез не только гелия из водорода, но и синтез с участием тяжёлых элементов, то и излучающая энергия будет в разы больше. Как следствие, поверхностный нагрев увеличится.
А во-вторых, важное значение имеет площадь поверхности, которая излучает внутреннюю энергию. Дело в том, что звёздные объекты производят и в то же время отдают энергию в космическое пространство. И сколько они её отдадут, зависит от внешней оболочки, то есть от излучаемой поверхности.
Когда у звёзд расширяются внешние границы, увеличивается и ядро. А чем оно плотнее, тем горячее. Но так лишь внутри, а снаружи (в фотосфере) такие звезды имеют низкую температуру. Проще говоря, чем больше площадь, тем больше энергетический расход.
Помимо этого, прослеживается связь размеров, масс, светимостей и температур звёздных объектов. К примеру, чем массивнее звёздное тело, тем выше его светимость, а значит и нагрев. Стоит отметить, что температура звезды определяет её цвет. Взаимосвязь характеристик светил отображена на диаграмме Герцшпрунга-Расела.
Диаграмма Герцшпрунга — Рассела
Как видно, спектральные классы отличаются между собой набором характеристик.
Как определить и в чем измеряется температура звезд
Стоит отметить, что для данной характеристики используют эффективную величину нагретости тела. Другими словами, насколько горячий объект, настолько он излучает энергию. В случае со звёздными телами, их накал даёт характеристику светимости.
А вот для определения эффективной температуры звезд применяют закон Стефана-Больцмана. Он гласит, что мощность излучения нагретого тела прямо пропорциональна площади поверхности и температуры четвёртой степени.
P=σST⁴
где σ — это постоянный коэффициент 5,7*10-8,
S — площадь, а P — излучаемая мощность.
На самом деле, определяется температура звезд в Кельвинах (К). Правда, можно перевести в градусы Цельсия (С).
Какие температуры поверхности могут иметь звезды
По оценке учёных, показатели отдельных светил разные. Более холодные обладают теплом 2000-5000 К, средняя температура (у жёлтых и оранжевых) тел составляет 5000-7500 К, а горячие представители достигают значений 7500-80000 К.
Наос (самая горячая звезда)
Какие звезды имеют самую низкую температуру
Наименьшую температуру поверхности имеют звезды красных цветов. Правда, называть их холодными не совсем точно. Потому как их нагретость равняется 2000-3000К.
Звезда Барнарда (одна из самых холодных звёзд)
У какого типа звезд наибольшая температура
Как вы думаете, какая температура на поверхности самых горячих звезд?
Между прочим, наиболее жаркие светила имеют голубой или белый цвет. Хотя самый высокий уровень у синих. Только вдумайтесь, их уровень тепла может достигать 40000К.
Итак, мы выяснили, что температура и размеры звёзд могут быть разными. Вдобавок их характеристики связаны между собой.
Также очевидно, что температура в центре звезды отличается от температуры поверхности, которые они могут иметь. Это лишний раз доказывает, что каждый небесный объект уникален. Даже если одни его свойства схожи с другими телами, обязательно будет отличие в каком-либо другом параметре.
Тест «Звезды»
1. Массивные звезды ранних спектральных классов, в сотни тысяч раз превышающие светимость Солнца называются:
А) голубые сверхгиганты;
Б) красные сверхгиганты;
Г) красными гигантами.
2. Наше звезда Солнце является:
А) звездой главной последовательности, спектрального класса G 2;
Б) красным гигантом спектрального класса М 2;
В) красным карликом спектрального класса М 2;
3. Наиболее распространенный тип звезд среди ближайших к нашей звезде:
А) голубые сверхгиганты;
Б) красные сверхгиганты;
4. Звезды поздних спектральных классов с низкой светимостью называются:
5. Самые горячие звезды главной последовательности имеют температуру:
6. Давление и температура в центре звезды определяется прежде всего:
Б) температурой атмосферы;
В) химическим составом;
7. Скорость эволюции звезды зависит прежде всего от:
В) температуры поверхности;
Г) химического состава.
8. В чем коренное отличие звезд от планет?
9. Распределение энергии в спектре и наличие линий поглощения различных элементов используют для определения:
А) массы космического объекта;
Б) времени эволюции;
10. Диаграмма Герцшпрунга–Рессела представляет зависимость между:
А) массой и спектральным классом звезды;
Б) спектральным классом и радиусом;
В) массой и радиусом;
Г) светимостью и эффективной температурой.
11. Если звезды нанести на диаграмму спектр–светимость (Герцшпрунга–Рессела), то большинство из них будут находиться на главной последовательности. Из этого вытекает, что:
А) на главной последовательности концентрируются самые молодые звезды;
Б) продолжительность пребывания на стадии главной последовательности превышает время эволюции на других стадиях;
В) это является чистой случайностью и не объясняется теорией эволюцией звезд;
Г) на главной последовательности концентрируются самые старые звезды;
12. Огромное сжимающееся холодное газопылевое облако, из которого образуются звезды, называется:
В) планетарной туманностью;
Г) рассеянным скоплением.
13. Звезда на диаграмме Герцшпрунга-Рессела, после превращения водорода в гелий, перемещается по направлению:
А) вверх по главной последовательности, к голубым гигантам;
Б) звезда в процессе эволюции однажды попав на главную последовательность от нее не отходит;
В) в сторону низких светимостей;
Г) в сторону ранних спектральных классов;
Д) от главной последовательности к красным гигантам и сверхгигантам.
14. Красные гиганты – это звезды:
А) больших светимостей и малых радиусов;
Б) больших светимостей и низких температур поверхности;
В) больших температур поверхности и малых светимостей;
Г) больших светимостей и высоких температур.
15. Область белых карликов на диаграмме Герцшпрунга-Рессела расположена:
А) в верхней левой части диаграммы;
Б) в верхней правой части диаграммы;
В) в нижней левой части диаграммы;
Г) в нижней правой части диаграммы.
16. Белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры являются:
А) типичными звездами главной последовательности;
Б) последовательными стадиями эволюции массивных звезд;
В) начальными стадиями образования звезд различной массы;
Г) конечными стадиями звезд различной массы.
17. Эволюция звезд это:
А) процесс превращения из протозвезды и последующее постоянное излучение без изменения светимости;
Б) изменение светимости звезды со временем вследствие сильнейших потоков вещества типа «солнечного ветра»;
В) изменение химического состава и внутреннего строения с изменением светимости в результате реакций термоядерного синтеза;
Г) изменение светимости звезды со временем из-за увеличения массы звезды в результате поглощения межзвездного газа и пыли.
18. Из теории эволюции звезд следует, что:
А) положение звезды на диаграмме спектр-светимость не зависит от эволюции звезды;
Б) в процессе эволюции большая часть звезд становится белыми карликами;
В) звезды малой массы эволюционируют быстрее звезд большой массы;
Г) звезды в процессе своей эволюции увеличивают массу;
Д) одной из стадий эволюции звезд является стадия красного гиганта.
Спектры, цвет и температура звёзд. Диаграмма «спектр — светимость»
Урок 27. Астрономия 11 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Спектры, цвет и температура звёзд. Диаграмма «спектр — светимость»»
Мы уже с вами как-то говорили о том, что всю информацию о звёздах мы получаем лишь на основе приходящего от них излучения. Все звёзды, как и наше Солнце, излучают свет потому, что их наружные слои сильно нагреты и имеют температуру равную многим тысячам градусов по шкале Кельвина. Звезда излучает свет так же, как и любое нагретое тело, например нить накаливания в электрической лампе. При этом чем выше температура нити накаливания, тем более белый свет она излучает.
Аналогично и с излучением звёзд: чем выше температура звезды, тем более голубоватым выглядит её свечение (как, например, у Плеяд — рассеянного звёздного скопления в созвездии Тельца).
И наоборот, холодные звёзды кажутся нам красноватыми. Это хорошо заметно на примере такого гиганта, как Бетельгейзе (альфа Ориона).
Однако наиболее полное представление об этой зависимости даёт изучение звёздных спектров. Важнейшие различия спектров звёзд заключаются в количестве и интенсивности наблюдаемых спектральных линий (в особенности линий поглощения), а также в распределении энергии в непрерывном спектре.
В 1893 году немецкий учёный Вильгельм Вин установил, что длина волны, на которую приходится максимум излучения, зависит от температуры излучающего тела. При этом по мере роста температуры положение максимума смещается в коротковолновую область спектра. Длина волны, которой соответствует максимум в распределении энергии, связана с абсолютной температурой соотношением, которое называют законом смещения Ви́на:
Давайте, используя этот закон, определим температуру звезды, если в её спектре максимум интенсивности излучения приходится на длину волны равную 230 нм.
Изучение различных типов звёзд показало, что температура большинства из них заключена в пределах от 2000 до 60 000 К кельвинов. Также было установлено, что изменение температуры меняет состояние атомов и молекул в атмосфере звёзд, что отражается в их спектрах. С учётом видов спектральных линий и их интенсивности строится спектральная классификация звёзд.
Современная спектральная классификация звёзд была создана в двадцатые (20-е) годы двадцатого (ХХ) века в Гарвардской обсерватории (США). В ней спектральные типы принято обозначать большими буквами латинского алфавита в порядке, соответствующем убыванию температуры:
Для запоминания этой последовательности астрономами было придумано мнемоническое правило. В оригинале оно звучит так: Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me. В русском эквиваленте вариант такой: Один Бритый Англичанин Финики Жевал Как Морковь.
Давайте чуть подробнее остановимся на каждом из классов. Итак, звёзды, принадлежащие классу О, являются очень горячими, с температурой 30—60 тыс. К. При такой высокой температуре наибольшая интенсивность излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра. Поэтому такие звёзды имеют ярко выраженный голубой оттенок. Типичным представителем данного класса является Хека — Лямбда Ориона.
К классу В относятся звёзды, температура которых колеблется в пределах 10—30 тыс. К. Они имеют голубовато-белый цвет. А типичным представителем класса является звезда Спика, находящаяся в созвездии Девы.
Звёзды белого цвета, с температурой поверхности 7500—10 000 К относятся к классу А. Их яркими представителями являются звёзды Вега и Сириус.
Классу F принадлежат звёзды, температура которых лежит в диапазоне 6000—7500 К. Они имеют жёлто-белый цвет. Типичным представителем данного класса является Канопус в созвездии Киля.
Жёлтые звёзды, с температурой поверхности 5000—6000 К относятся к классу G. Известным представителем этого класса является наше Солнце.
Звёзды, принадлежащие классу К, обладают оранжевым цветом. А температура их поверхности заключена в пределах 3500—5000 К. К этому классу относятся звёзды Арктур в созвездии Волопаса и Альдебаран в Тельце.
И, наконец, класс М. К нему относятся холодные звёзды с минимальной температурой равной 2000—3500 К. Их цвет — ярко-красный, иногда тёмно-оранжевый. К этому классу относится знаменитая звезда Бетельгейзе в созвездии Ориона.
По мере усовершенствования методов наблюдения за звёздами и их спектрами Гарвардская спектральная классификация дополнялась и расширялась. Так, например, буквой Q стали обозначать спектральные классы новых (молодых) звёзд. Спектры планетарных туманностей причислили к классу Р. А буквой W или WR стали обозначать спектры звёзд типа Вольфа — Райе — это очень горячие звёзды, температура превышает звёзды O класса и достигает 100 000 К.
В 1995 году были впервые были обнаружены звёзды, температура которых не превышала 2000 К — коричневые карлики. Так появились спектральные классы L, Т и Y. Причём класс Y появился относительно недавно — в августе 2011 года.
К нему относятся ультрахолодные коричневые карлики, с температурой 300—500 К.
Тонкие различия внутри каждого класса дополнительно подразделяют на 10 подклассов — от 0 (самые горячие) до 9 (самые холодные). Лишь спектральный класс O делится на меньшее количество подклассов: от 4 до 9,5. Например, наше Солнце принадлежит к спектральному классу G2.
Измерение положения спектральных линий позволяет не только получить информацию о химическом составе звёзд, но и определить скорость их движения.
Ещё 1842 году Кристиан Доплер, наблюдая за волнами на воде, обнаружил, что при движении источника волн происходит изменение частоты и, соответственно, длины волны излучения, воспринимаемое наблюдателем.
Давайте поясним это на простом примере. Представьте, что вы стоите на остановке и ждёте автобус. Где-то вдалеке от вас слышится звук сирены, например машины скорой помощи. По мере её приближения к вам частота звуковых волн, издаваемых сиреной, будет увеличиваться. Как следствие, вы будете слышать её более высокий тон. Происходит это из-за того, что за время испускания одного пика волны́ от сирены до следующего машина успеет проехать некоторое расстояние в вашу сторону. Из-за этого источник каждого следующего пика волны будет ближе, а волны будут достигать ушей чаще. Когда же машина будет проезжать рядом с вами, вы услышите тот тон, который издаёт сирена на самом деле. В дальнейшем, по мере удаления машины, тон сирены будет становиться более низким из-за уменьшения частоты звуковых волн.
То же самое происходит и с электромагнитными волнами. При уменьшении расстояния между звездой и наблюдателем длина волны её излучения уменьшается и соответствующая линия в спектре смещается к фиолетовому концу спектра. И наоборот, при удалении звезды длина волны излучения увеличивается, а линия смещается в красную часть спектра.
Это явление получило название эффекта Доплера, согласно которому зависимость разности длин волн от скорости источника по лучу зрения и скорости света выражается формулой:
В этой формуле 
— это длина волны спектральной линии для неподвижного источника, а 
— в спектре движущегося источника. Соответственно, 
— это скорость источника (в нашем случае звезды), а 
— скорость света в вакууме.
Ещё одним фактором, влияющим на вид спектра звезды, является её светимость, которая не учитывается в Гарвардской классификации. Хотя различия в светимостях приводят к различию в спектрах звёзд-гигантов и карликов одинаковых Гарвардских спектральных классов. Поэтому в 1943 году в Йеркской обсерватории была разработана ещё Йеркская классификация, которая учитывает светимость звёзд. Иначе её называют МКК — по первым буквам фамилий учёных: Уильям Морган, Филипп Кинан и Эдит Келлман.
С учётом двух классификаций наше Солнце имеет спектральный класс G2V.
В заключение отметим, что ещё в начале ХХ века американский астроном Норрис Рассел и датский астроном Эйнар Герцшпрунг независимо друг от друга обнаружили существование зависимости между видом спектра и светимостью звёзд. Они задались вопросом: «Что будет, если выстроить звёзды в одну систему координат, где их положение по вертикальной оси зависело бы от их светимости (или абсолютной звёздной величины), а по вертикальной — от температуры (спектрального класса)?»
Если бы звезды распределились по системе равномерно, никакого открытия не было бы. Но любое отклонение от порядка показало бы закономерность в устройстве светил, объясняющую многие загадки. Так и случилось. Если светимость звезды будет расти по Y снизу вверх, а температура по оси Х — справа налево, то звезды делятся на чётко выраженные группы — последовательности.
Посередине, с верхнего левого в нижний правый угол, тянется так называемая Главная последовательность — ряд обычных, карликовых звёзд, составляющих около 90 % от всех звёзд во Вселенной. Здесь же располагается и наше Солнце.
В верхнем правом углу собрались звёзды, которые очень яркие, но температура их фотосферы достаточно низкая — на это указывает их красный цвет. Они образуют последовательность красных гигантов.
В верхней части диаграммы располагается последовательность сверхгигантов. Это звёзды с очень высокой светимостью, низкой плотностью, в десятки и сотни раз большими диаметрами, чем у Солнца.
Под главной последовательностью расположены горячие звёзды со слабой светимостью. Это последовательность белых карликов. Их размеры сравнимы с размерами Земли, а массы близки к массе Солнца.
Полученная диаграмма называется диаграммой «спектр — светимость» или диаграммой Герцшпрунга — Рассела.
Наш вам совет: держите в голове эту диаграмму. Она не сложная для понимания, но имеет огромное значение в эволюции звёзд.
Как ученые определяют температуру звезд, находящихся на расстоянии триллионов километров?
Здесь нам на помощь приходят косвенные методы. Чтобы преодолеть вышеупомянутые проблемы, астрофизики используют ряд косвенных методов измерения температуры. Давайте посмотрим на некоторые из них по очереди!
Закон смещения Вина
Закон смещения Вина касается спектра излучения черного тела. В соответствии с этим кривая излучения черного тела для разных температур будет иметь пик на разных длинах волн, которые обратно пропорциональны температуре. Используя эту обратную зависимость между длиной волны и температурой, можно оценить температуры звезд.
Однако это применимо только к звездам, у которых спектр очень близок к спектру черного тела. Более того, должны быть доступны также спектры, откалиброванные по потоку рассматриваемой звезды. Однако этот метод не дает очень точных результатов, поскольку звезды, как правило, не являются черными телами.
Закон Стефана — Больцмана
Сначала мы измеряем полный поток света, исходящего от звезды. Объединив эти факторы, ученые оценивают светимость. А с помощью интерферометров можно определить радиус звезды. В конце концов, температура измеряется путем включения всех этих членов в формулу Стефана — Больцмана. Ограничивающим фактором здесь является сложность измерения радиусов самых больших или ближайших звезд. Таким образом, измерения существуют только для нескольких гигантов и нескольких десятков ближайших звезд главной последовательности. Однако они действуют как фундаментальные калибраторы, с которыми астрофизики сравнивают и калибруют другие методы.
По спектральному анализу звезды
Спектральный анализ состоит из измерения силы этих линий поглощения для различных химических элементов и разных длин волн. Сила линии поглощения зависит в первую очередь от температуры звезды и количества конкретного химического элемента. Однако на нее могут влиять и некоторые другие параметры, такие как гравитация, турбулентность, структура атмосферы и т.д. Этот метод дает температурные измерения с точностью до +/-50 Кельвинов.
Взаимосвязь цвета и температуры
Это включает в себя пропускание света через различные фильтры и определение количества, которое проходит через каждый фильтр. Измерения фотометра преобразуются в температуру с использованием стандартных шкал. Этот метод очень полезен, когда хороший спектр звезды недоступен. Результаты, полученные этим методом, имеют точность до +/- 100-200 К. Однако этот метод дает плохие результаты для более холодных звезд.
Каждый из вышеупомянутых методов имеет свои преимущества и недостатки. Тем не менее астрофизики во всем мире широко используют эти методы, и в конечном итоге дают удовлетворительные результаты.
Итоговый тест по астрономии
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
Обращаем Ваше внимание, что c 1 сентября 2022 года вступают в силу новые федеральные государственные стандарты (ФГОС) начального общего образования (НОО) №286 и основного общего образования (ООО) №287. Теперь требования к преподаванию каждого предмета сформулированы предельно четко: прописано, каких конкретных результатов должны достичь ученики. Упор делается на практические навыки и их применение в жизни.
Мы подготовили 2 курса по обновлённым ФГОС, которые помогут Вам разобраться во всех тонкостях и успешно применять их в работе. Только до 30 июня Вы можете пройти дистанционное обучение со скидкой 40% и получить удостоверение.
Итоговый тест «Элементы астрономии»
1. Астрономия – наука, изучающая …
А) движение и происхождение небесных тел и их систем.
Б) развитие небесных тел и их природу.
В) движение, природу, происхождение и развитие небесных тел и их систем.
2. Телескоп необходим для того, чтобы …
А) собрать свет и создать изображение источника.
Б) собрать свет от небесного объекта и увеличить угол зрения, под которым виден объект.
В) получить увеличенное изображение небесного тела.
3. Самая высокая точка небесной сферы называется …
А) точка севера. Б) зенит. В) надир. Г) точка востока.
4. Аналог широты в географических координатах.
А) склонение. Б) истинный горизонт. В) прямое восхождение.
5. Угол, под которым со звезды виден радиус земной орбиты, называется…
А) параллаксом. Б) звездной величиной. В) астрономической единицей.
6. Третья планета от Солнца – это …
А) Сатурн. Б) Венера. В) Земля.
7. По каким орбитам обращаются планеты вокруг Солнца?
А) по окружностям. Б) по эллипсам, близким к окружностям. В) по ветвям парабол.
8. Ближайшая к Солнцу точка орбиты планеты называется …
А) перигелием. Б) афелием. В) эксцентриситетом.
9. Наименьшую температуру поверхности имеют…
А) желтые звёзды. Б) оранжевые гиганты В) белые карлики.
10. Все планеты-гиганты характеризуются …
А) быстрым вращением. Б) медленным вращением.
11. Астероиды вращаются между орбитами …
А) Венеры и Земли. Б) Марса и Юпитера. В) Нептуна и Плутона.
12. Какие вещества преобладают в атмосферах звезд?
А) гелий и кислород. Б) азот и гелий. В) водород и гелий.
13. К какому классу звезд относится Солнце?
А) сверхгигант. Б) желтый карлик. В) белый карлик. Г) красный гигант.
14. На сколько созвездий разделено небо?
А) 108. Б) 68. В) 88.
15. Кто открыл законы движения планет вокруг Солнца?
А) Птолемей. Б) Коперник. В) Кеплер. Г) Бруно.
16. Какой слой Солнца является основным источником видимого излучения?
А) Хромосфера. Б) Фотосфера. В) Солнечная корона.
17. Звёзды, являющиеся источниками периодических импульсов радиоизлучения называются…
А) квазары. Б) пульсары. В) чёрные дыры.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 4 «Элементы астрономии»
1. Что такое космология?
А) наука, изучающая движение и происхождение небесных тел и их систем..
Б) наука, изучающая строение и эволюцию Вселенной.
В) наука, изучающая законы движения небесных объектов.
2. Парсек – это единица измерения…
А) светимости небесных тел. Б) размеров небесных тел.
В) расстояний между небесными телами.
3. Самая низкая точка небесной сферы называется …
А) точка севера. Б) зенит. В) надир. Г) точка востока.
4. Аналог долготы в географических координатах.
А) полуденная линия. Б) истинный горизонт. В) прямое восхождение.
5. Вспыхивающие в земной атмосфере, влетающие в неё, мельчайшие твёрдые частицы, называются…
А) метеор. Б) комета. В) метеорит.
6. Шестая планета от Солнца – это …
А) Сатурн. Б) Юпитер. В) Уран.
7. Видимое движение планет на небе является…
А) движением по окружностям. Б) петлеобразным движением. В) движением по прямой.
8. Наиболее удалённая от Солнца точка орбиты планеты называется …
А) перигелием. Б) афелием. В) эксцентриситетом.
9. Какие звёзды имеют наибольшую температуру поверхности?
А) голубые карлики. Б) жёлтые звёзды. В) красные гиганты.
11. Период солнечной активности составляет …
А) 10 лет. Б) 12 лет. В) 11 лет.
12. Какого типа по внешнему виду является галактика Млечный путь?
А) эллиптическая. Б) спиральная. В) неправильная.
13. К какому классу звезд относится Бетельгейзе?
А) сверхгигант. Б) желтый карлик. В) белый карлик. Г) оранжевый гигант.
14. Сколько звёзд всего можно наблюдать на небе в течении суток?
А) около 2500. Б) около 5000. В) около 10000.
15. Кто является основоположником гелиоцентрической системы мира?
А) Птолемей. Б) Коперник. В) Кеплер. Г) Бруно.
16. Как называется внешний слой солнечной атмосферы?
А) Хромосфера. Б) Фотосфера. В) Солнечная корона.
17. Небесные объекты, являющиеся источниками мощного радиоизлучения называются…