Звезда главной последовательности: жизненный цикл и другие факты

30.12.2022
0
11 мин
68
Звезда главной последовательности: жизненный цикл и другие факты

Здравствуйте, уважаемые друзья!

Сразу хочу вас предупредить что это последняя статья в этом году.

Следующая будет после Рождества, прошу набраться терпения.

Ну а сегодня мы рассмотрим что же такое звезда главной последовательности.

Большинство звезд, которые мы можем видеть на ночном небе, находятся на главной последовательности.

Они различаются по размеру и светимости по всей звездной полосе.

В эту группу входят самые яркие и самые тусклые звезды на нашем небе.

Наше Солнце также является звездой главной последовательности.

Давайте узнаем больше о жизни и классификации звезд на главной последовательности.

Что такое звезда главной последовательности?

Что такое звезда главной последовательности?

Звезды начинают свою жизнь из облаков пыли и газа.

Звезда главной последовательности тоже рождается таким образом.

Облака стягиваются под действием силы тяжести, образуя протозвезду.

Протозвезда все еще набирает массу.

Еще не считается звездой.

Ее ядро должно быть достаточно горячим, чтобы поддерживать термоядерный синтез.

Чтобы произошел синтез, температура ядра должна превышать 10 миллионов К.

Наше Солнце является примером звезды главной последовательности.

Оно всего лишь одна из многих звезд.

На самом деле они составляют около 90% всех звезд в звездах, населяющих Вселенную.

Масса звезд главной последовательности колеблется от 0,10 до 200 масс Солнца.

Многие объекты проходят один и тот же процесс формирования из пыли и газов.

Однако не все из них становятся звездами.

Некоторые объекты становятся коричневыми карликами.

Их иногда называют «неудавшимися звездами», потому что они никогда не загораются.

Почему это так?

Масса коричневого карлика всего в 0,08 раза больше массы Солнца, а то и меньше.

Если у нее достаточно массы, продолжающийся коллапс газа и пыли сделает ее горячее.

Она будет становиться все горячее и горячее, пока не достигнет критической температуры для начала процесса синтеза.

В отличие от коричневых карликов, звезды главной последовательности достигают этой стадии таким образом, освещая небо.

Яркость эффекта массы

Масса звезды влияет на ее светимость.

Поскольку массивные звезды сжигают свое топливо с большей скоростью, они также более ярки.

Вот почему мы можем видеть невооруженным глазом множество звезд главной последовательности, за исключением красных карликов с меньшей массой.

Их цвет также указывает на другие характеристики звезды.

Звезды синего цвета горячее, а красные холоднее.

Яркость звезд и других небесных тел измерялась уже в древности по величине.

Для определения их яркости использовалась шкала от одного до шести.

Меньшее число означает более яркий небесный объект, а более высокая величина указывает на более слабый объект.

Звезды были впервые классифицированы на основе их яркости греческим астрономом Гиппархом (Hipparchus).

Известными примерами звезд главной последовательности являются Солнце, Сириус А, Ахернар, Альфа Центавра и Альтаир.

Характеристики звезды главной последовательности

Звезды главной последовательности имеют разную массу.

Общей характеристикой, которую они имеют, является их источник энергии.

Они сжигают топливо в своем ядре в процессе превращения атомов водорода в гелий.

Характеристики звезд главной последовательности, наряду с другими звездами, классифицируются с использованием различных моделей классификации.

Примерами являются Гарвардская схема классификации, диаграмма Герцшпрунга-Рассела (диаграмма HR) и система Моргана-Кинана (MK).

Американские астрономы Энни Джамп Кэннон (Annie Jump Cannon) и Эдвард С. Пикеринг (Edward C. Pickering) составили Гарвардскую классификационную схему.

Они разработали систему в обсерватории Гарвардского колледжа.

Они обнаружили перекрытие типов от A до Q, ранее идентифицированных в системе «Draper».

В этой классификации используются семь букв.

Это O-B-A-F-G-K-M.

Они расположены в порядке убывания температуры.

Звезды класса O синего цвета — самые горячие, а красные звезды класса M — самые холодные.

Чтобы легко запомнить эту спектральную последовательность, можно использовать мнемонику «Oh Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me» (перевод на русский — О, будь хорошей девушкой/парнем, поцелуй меня).

O B A F G K M
Фиолетовый Синий Синий Сине-белый Бело-желтый Оранжево-красный Красный
более 28 000К 10 000-28 000К 7 500-10 000К 6000-7500К 5000-6000К 3500-5000К менее 3500К
Несколько видимых линий поглощения, слабые линии Бальмера, линии ионизированного гелия Нейтральные линии водорода, более заметные линии Бальмера Самые сильные линии Бальмера, другие сильные линии Более слабые линии Бальмера, многие линии, включая нейтральные металлы Линии Бальмера еще слабее, преобладают линии ионизированного кальция Нейтральные металлические линии наиболее заметны Сильные линии нейтральных металлов и молекулярные полосы

Используя Гарвардскую классификационную схему, датский химик и астроном Эйнар Герцшпрунг (Ejnar Hertzsprung) заметил, что в классах K и M есть много звезд.

Непрерывная последовательность

Учитывая, что они либо тусклее, либо ярче нашего Солнца, их сгруппировали как «звезды-карлики» и «звезды-гиганты».

Они выявили непрерывную и заметную последовательность.

Непрерывная последовательность

Главная последовательность представляет собой непрерывную и характерную полосу звезд.

Это наиболее заметный аспект диаграммы Герцшпрунга-Рассела (HR), поскольку около 90% наблюдаемых звезд принадлежат этой полосе.

Они также нанесены на график с точки зрения их цвета, яркости и излучения энергии.

Мы видим, что многие звезды сосредоточены в верхней левой части диаграммы.

Они также горячее и ярче, на что указывают их цвета.

Менее многочисленная полоса звезд в правом нижнем углу диаграммы показывает более холодные и слабые звезды главной последовательности.

В системе Моргана-Кинана (МК) звезды определяются по температуре и светимости.

Она была основана на схеме классификации Гарварда, следуя спектральным типам O, B, A, F, G, K, M.

Она использует римские цифры вместе с буквами, чтобы добавить больше информации о звезде.

С помощью этой системы мы можем легко узнать, является ли объект карликом, гигантом или звездой-сверхгигантом.

Пекулярные звезды также имеют свои собственные классификации.

Звездам главной последовательности присвоен класс светимости Моргана-Кинана V.

Жизненный цикл звезды главной последовательности

Звезда рождается, когда газ и пыль коллапсируют под действием собственной гравитации и сливают атомы водорода.

Они отходят от главной последовательности, когда расходуют водород, питающий их ядра.

Несмотря на то, что звезды формируются в звездном скоплении примерно в одно и то же время, продолжительность их жизни все равно будет зависеть от их массы.

Самые массивные из них отойдут от главной последовательности первыми.

Звезды с малой массой покинут главную последовательность последними.

Красные карлики являются примером маломассивных звезд, которые долгое время остаются на главной последовательности.

Когда красный карлик больше не сможет поддерживать горение водорода, он утонет и станет голубым карликом.

Он становится более ярким, как видно в синем оттенке.

Затем он станет белым карликом, со временем станет холоднее и выбросит свою внешнюю оболочку.

В конце своей жизни он станет теоретическим остатком, называемым черным карликом.

Такого уровня еще не достигла ни одна звезда.

Хорошие кандидаты на поддержку жизни

Будучи самыми маленькими звездами в галактике, они переживут все остальные.

Они могут жить сотни миллиардов или даже триллионы лет.

Эта характеристика делает их хорошими кандидатами для поддержания жизни.

Солнце больше красного карлика, поэтому его жизнь короче.

У более крупных звезд температура ядра выше.

Им требуется большее количество энергии, чтобы продолжать гореть.

Из-за этого у них закончилось топливо раньше, чем у менее массивных звезд.

Солнце будет оставаться звездой главной последовательности около 10 миллиардов лет.

Это все еще около пяти миллиардов лет, учитывая, что возраст нашей желтой звезды составляет 4,6 миллиарда лет.

Звезды, масса которых примерно в 10 раз превышает массу Солнца, будут находиться в главной последовательности только около 20 миллионов лет.

Хорошие кандидаты на поддержку жизни

Ход звездной эволюции зависит от массы звезды.

После этапа главной последовательности они станут либо красными гигантами, либо красными сверхгигантами.

В гигантскую ветвь входят звезды промежуточной массы.

При этом гелиевое ядро сжимается, а вокруг него образуется оболочка.

Внешние слои звезды выбрасываются, в результате чего образуется планетарная туманность.

То, что остается во время этого выброса, является ядром звезды.

Оно становится белым карликом.

Это признак того, что звезда достигла конца своей звездной жизни.

Красные карлики не проходят стадию красного гиганта.

После главной последовательности звезды с большой массой становятся красными сверхгигантами.

Ядра этих звезд становятся настолько горячими, что гелий и, в конечном итоге, более тяжелые элементы сливаются воедино.

В какой-то момент их ядра в конце концов разрушатся, что приведет к яркому взрыву сверхновой.

В результате этого взрыва останется нейтронная звезда или черная дыра.

Особенности звезды главной последовательности: генерация и передача энергии

Обычно астрономы делят главную последовательность на две части: верхнюю и нижнюю.

Два процесса поддерживают ядерную реакцию в зависимости от температуры в области ядра звезды.

Цепь протон-протон в первую очередь отвечает за генерацию энергии в нижней главной последовательности.

Водород напрямую сплавляется с образованием гелия в этой реакции ядерного синтеза.

Нижний предел поддержания этого процесса равен массе 80 Юпитеров.

Другая реакция или верхняя основная последовательность известна как цикл CNO.

Буквы в его названии обозначают углерод, азот и кислород.

Они служат промежуточными продуктами, которые помогают превращать водород в гелий.

Звезда главной последовательности, такая как наше Солнце, состоит из трех важных частей.

Это ядро, радиационная зона и внешняя область.

Энергия в солнцеподобной звезде переносится из-за разницы температур в ядре и на поверхности.

Это происходит за счет излучения и конвекции.

Ядро составляет 25% диаметра нашего Солнца

Ядро составляет 25% диаметра нашего Солнца.

Оно находится в состоянии равновесия или гидростатического равновесия.

Это достигается за счет того, что внешнее давление ядра встречает противодействующее внутреннее давление внешних слоев.

Зона излучения составляет 70% его диаметра, а внешняя зона — это место, где происходит конвекция.

Плазма не так сильно перемешивается в зоне излучения, как там, где происходит конвекция.

Конвекция переносит энергию за счет движения плазмы.

Все во внешней области звезды используется, что делает этот процесс более эффективным, чем излучение.

Этот процесс происходит потому, что более горячий материал движется вверх, а более холодные элементы движутся вниз.

Известные звезды главной последовательности

Солнце (Sol)

Солнце

Солнце является нашим естественным источником света и тепла здесь, на Земле.

Без него нас бы здесь не было и жизнь была бы невозможна.

Это звезда главной последовательности, что означает, что она генерирует энергию за счет ядерного синтеза в своем ядре.

Она превращает водород в кислород посредством этого процесса.

Это преобразование также генерирует солнечное излучение и субатомные частицы, называемые нейтрино.

Спектральный класс нашего Солнца — G2V.

Около 99,86% массы Солнечной системы связано непосредственно с ней.

Диаметр этой желтой звезды составляет около 1,39 миллиона километров (864 000 миль).

Она массивнее нашей планеты Земля примерно в 330 000 раз.

Температура ее поверхности составляет около 5778 К.

Видимая величина Солнца -26,74.

Это самый яркий объект, который мы можем видеть на нашем небе, учитывая его расстояние.

Свет проходит примерно за 8 минут и 19 секунд от горизонта Солнца до горизонта нашей планеты.

Этот свет отвечает за существование жизни здесь, на Земле.

Он управляет фотосинтезом, а также изменениями в нашей погоде.

Придет время, когда Солнце больше не сможет продолжать синтез водорода.

Его температура будет увеличиваться, как и его размер.

В конце концов, она станет красным гигантом.

Когда это произойдет, Солнце поглотит почти все вокруг себя.

Больше всего пострадают ближайшие к нему планеты — Меркурий и Венера.

Земля также будет выжжена.

Это ожидается через пять миллиардов лет, потому что Солнце все еще находится на полпути своей жизни на главной последовательности.

Сириус А

Сириус А

Сириус широко известен как «Собачья звезда».

Это самая яркая звезда в созвездии Большого Пса.

Кроме того, это также самая яркая звезда, которую мы можем видеть на ночном небе.

Сириус — двойная звезда.

Ее главный компонент, Сириус А, является звездой главной последовательности.

Более слабый компаньон — белый карлик, получивший обозначение Сириус B.

Их орбитальный период составляет 50 лет.

Сириус А — звезда типа Am.

Ее видимая величина составляет −1,46, что намного ярче звезды-компаньона.

Эта звезда А-типа имеет массу около двух Солнц.

Ее поверхность имеет температуру 9 940 К, а его излучение в 25 раз превышает светимость Солнца.

Звездная система Сириус расположена недалеко от Солнца, на расстоянии около 8,6 световых лет.

Это также одна из причин, почему она выглядит такой яркой с нашей точки зрения.

Ахернар (Achernar)

Ахернар (Achernar)

Ахернар находится в «реке» созвездия Эридана.

Эта звезда главной последовательности является более ярким компонентом звездной системы Альфа Эридана.

Система имеет видимую звездную величину 0,40–0,46.

Она считается девятой по яркости звездой на нашем ночном небе.

Это очень горячая звезда, о чем свидетельствует ее голубой цвет.

Ахернар также быстро вращается, что приводит к его сплюснутой форме.

Эта звезда класса B почти в семь раз массивнее Солнца.

Она также намного ярче, излучая примерно 3150 солнечных светимостей.

Существует разница в температуре между областями этой звезды из-за ее формы.

Ее средняя температура составляет 15 000 К.

Альфа Центавра

Альфа Центавра

Альфа Центавра — тройная звездная система.

Ее компонентами являются Ригил Кентавр (Rigil Kentaurus), Толиман и Проксима Центавра.

Они все в главной последовательности.

Это ближайшая к нам звездная и планетарная система.

Она находится на расстоянии всего 4,37 световых года.

Главный компонент, Ригил Кентавр, является солнцеподобной звездой.

Ее звездная классификация — G2V.

Это очень яркая отдельная звезда с видимой величиной -0,01.

Она массивнее Солнца примерно на 10%.

Толиман — оранжевая звезда со звездной классификацией K1V.

Проксима Центавра — третий член системы.

Эта маленькая звезда является красным карликом.

Она относится к спектральному классу M6 Ve.

Альтаир

Альтаир

Альтаир — яркая звезда главной последовательности.

Ее видимая величина составляет 0,77.

Ее спектральный класс — A7 V.

Она в 1,8 раза массивнее Солнца и в 11 раз ярче.

Ее высокая скорость вращения повлияла на ее форму.

Звезды главной последовательности: дополнительные факты

Туманность Ориона — известное натальное облако, из которого рождается множество звезд главной последовательности.

Этот объект глубокого космоса находится в Млечном Пути.

Ее видно невооруженным глазом, потому что его видимая величина +4,0.

Некоторые называют звезды главной последовательности «карликами».

Это создает путаницу, потому что по определению карликовая звезда — это звезда относительно небольшого размера.

Это не обязательно меньше по светимости.

Несмотря на то, что большинство звезд главной последовательности являются карликовыми звездами, не все они находятся на главной последовательности.

Помимо долгой жизни, есть еще много других факторов, которые ставят под сомнение способность красных карликов поддерживать жизнь.

Это включает в себя возможность того, что планета заблокирована приливом.

Звездные пятна, радиация и вспышки — это другие соображения.

Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье - напишите его в разделе комментариев ниже.

До скорых встреч! Заходите!

Средний балл: 5