Звезды — это тоже солнца

Первым человеком, который понял, что все звезды — это тоже солнца, был итальянский ученый Джордано Бруно. Если бы можно было покинуть Солнечную систему и приблизиться к звездам, то мы бы убедились, что они представляют собой самосветящиеся газовые шары. Есть среди них сходные с Солнцем и размерами, и температурой поверхности, и цветом, зависящим от температуры. Но есть звезды, которые отличаются от Солнца — гиганты и сверхгиганты; или звезд, которые по размерам уступают не только Земле, но и Луне — карлики. У нашего Солнца, рядовой звезды, есть планетная система. Является ли оно исключительной звездой, или у других звезд тоже есть свои системы планет? Таких звезд, как наше солнце, очень много, поэтому, возможно, и многие другие звезды обладают своими семействами планет. К сожалению, даже в самые большие телескопы невозможно рассмотреть планетные системы у самых близких звезд. Обнаружить другие планетные системы пока не удается и с помощью радиолокаторов. Открытие других планетных систем помогло бы лучше понять не только, как произошла наша Солнечная система, но и как возникла и развивалась на ней жизнь, поэтому ученые не прекращают свои исследования.

Расстояние до звезд

При наблюдении за какой-нибудь звездой с двух противоположных точек земного шара практически невозможно заметить различия в направлениях на звезду. Звезды находятся от Земли во много раз дальше, чем Луна, планеты, Солнце. Определить расстояние до ближайшей к нам звезды удалось русскому ученому В.Я.Струве. Это было более ста лет назад. Для этого ему пришлось наблюдать ее не с концов земного диаметра, а с концов прямой линии, которая в 23600 раз длиннее. Где же он мог взять такую прямую линию, которая на земном шаре не может уместиться? Оказывается, эта линия существует в природе. Это диаметр земной орбиты. За пол года земной шар перенесет нас на другую сторону от Солнца. Зная диаметр земной орбиты (а он вдвое больше среднего расстояния от Солнца), изменив углы, под которыми наблюдается звезда, можно вычислить расстояние до нее.

Самые близкие к нам звезды — Проксима Центавра и Альфа Центавра — находятся в 270000 раз дальше от Земли, чем Солнце. Лучу света от этих звезд приходится лететь до Земли 4,5 года. Расстояние до звезд огромны и измерять их километрами неудобно. Получается слишком большое число километров. И ученые ввели более крупную единицу измерения: световой год. Это такое расстояние, которое свет проходит в течение одного года.

Во сколько раз эта единица измерения больше, чем километр? 300000 км/с надо умножить на число секунд в году. Получим приблизительно 10 триллионов раз (10000000000000).

Звезды могут находиться от нас на расстояниях, равных десяткам, сотням, твсячам световых лет и более.

Яркость звезд

Долгое время думали, что звезды светят по-разному потому, что расположены на разных расстояниях от нас и чем больше расстояние до звезд, тем меньше ее яркость. Однако выяснилось, что даже если бы звезды находились на равных расстояниях от Земли, то имели бы различный видимый блеск.

Видимый блеск Земли зависит не только от расстояния, но и от температуры звезды, размеров ее поверхности. Астрономы сравнивают звезды, используя специальную единицу измерения — абсолютную звездную величину. Она позволяет вычислять истинное излучение звезды. Например, чтобы сравнить светимость двух разных источников света, их надо поместить на одинаковых расстояние от точки наблюдения, с помощью прибора (фотометра) измерить величину их излучения и затем сравнить.

Наше Солнце — самая яркая звезда на небе, так как это ближайшая к нам звезда. Видимый блеск Солнца превосходит блеск любой звезды. Но если бы Солнце и другие звезды поместить на стандартное расстояние, то оказалось бы, что Солнце по видимому блеску превосходит Полярную звезду в 370000000000 раз, но действительная светимость звезды больше солнечной в 4570 раз,т.е. если бы Полярная и Солнце находились от Земли на одинаковом расстоянии, то Полярная светила бы ярче Солнца в 4570 раз. Светимость звезд зависит от их размеров и температуры.

Двойные и кратные звезды

Говорят, что в давние времена остроту зрения охотников проверяли по звездам Большой Медведицы. Если среднюю звезду «ручки ковша» человек видел как двойную, то это означало, что у него большая острота зрения, выражаясь современным языком — стопроцентная. Этим двум звездам, которые многие из нас видят как одну, средневековые арабские астрономы дали собственных имена, сохранившиеся до сих пор: яркой — Мицар (что значит «Конь») и слабой — Алькор (что значит «Всадник»). Звезда Мицар при наблюдении в телескоп сама оказывается двойной — состоит из двух очень близких звезд (близких по угловому расстоянию).

Помимо звездных пар в природе существуют тройные и кратные звезды, т.е. из 4,5 и более компонентов. Если число компонентов превышает 10, то такие звездные системы называют звездными скоплениями. Ученые в настоящее время изучили 70000 двойных и кратных звезд, и пришли к выводу, что их значительно больше, что в природе двойные и кратные звезды встречаются чаще, чем одиночные. Есть факты, позволяющее предполагать, что у нашего Солнца есть звездная пара — компонент с предположительным именем Немезида.

Изучением двойных звезд впервые занялись еще в XVII веке, когда появились первые телескопы. В. Гершель первым стал вести целенаправленные и систематические наблюдения двойных звезд, измеряя угловое расстояние между их компонентами. Им было открыто и исследовано более 800 звездных пар. Его сын Дж. Гершель, продолжая начатую отцом работу, открыл 3347 двойных звезд. В.Я. Струве в Пулковской обсерватории измерил положения 8700 звездных пар и так точно, что его измерениями, сделанными в середине XIX века, астрономы пользуются и по сей день.

Галактики

Галактики — это большие звездные системы, в которых звезды связаны друг с другом силами гравитациии. Существуют галактики, включающие триллионы звезд. Наша Галактика — Млечный путь — также достаточно велика: в ней более 200 млрд. звезд. Помимо обычных звезд галактики включают в себя межзвездный газ, пыль, а также различные «экзотические» объекты: белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры. Газ в галактиках не только рассеян между звездами, но и образует громадные облака, яркие туманности вокруг горячих звезд, плотные и холодные газопылевые туманности. Большие звездные системы имеют массы в сотни миллиардов масс Солнца. Наименьшие из карликовых галактик «весят» всего лишь 100 тысяч раз больше Солнца. Таким образом, интервал масс у галактик значительно шире, чем у звезд: самые «тяжелые» и самые «легкие» звезды различаются по массе менее чем в 1000 раз.

Внешний вид и структура звездных систем также весьма различны, и в соответствии с этим галактики делятся на морфологические типы.

Ближайшими к нам и самыми яркими на небе галактиками являются Магеллановы облака. Они выглядят как два туманных облачка, подобно двум оторвавшимся кусочкам Млечного Пути. К сожалению, в Северном полушарии их не видно. Но морякам, плававшим в южных морях, издавна были известны два небольших «облака», которые серебристо светятся в хорошую погоду на ночном небе. Самым удивительным казалось то, что облака не меняли своего расположения относительно звезд, они были словно приклеены к небу. В XV веке моряки называли их Капскими Облаками. Южный полюс мира, в отличие от северного, труднее найти на небе, так как рядом с ним нет таких ярких и приметных звезд, как Полярные. А Облака находятся неподалеку от южного полюса небесной сферы и образуют с ним примерно равносторонний треугольник. Такое положение сделало их объектами, удобными для ориентирования. Однако природа Облаков долго еще оставалась загадкой.

Магеллановы облака относятся к самым крупным видимым на небе астрономическим объектам. Большое Магелланово Облако (БМО) имеет протяженность более 5⁰. Малое Магелланово Облако (ММО) — чуть более 2⁰. Если свет БМО собрать в одну точку на небе, то получится объект, сравнимый по блеску с самыми яркими звездами. Свет от БМО идет к нам 200 тысяч лет, а от ММО — 170 тысяч лет.

При исследовании неба с помощью современных телескопов обнаружено множество галактик, похожих на Магеллановы Облака. Для них характерна неправильная, крючковатая форма. В таких галактиках содержится много газа — до 50% их общей массы. Этот тип называют неправильными галактиками. К данному классу относятся около 5% всех известных звездных систем.

Эллиптические галактики составляют 25% от общего числа галактик высокой светимости. Цвет эллиптических галактик красноватый, так как состоят они преимущественно из старых звезд. Холодного газа в таких системах почти нет, но наиболее массивные из них заполнены очень разреженным горячим газом температурой более миллиона градусов.

Спиральные галактики по внешнему виду напоминают чечевицу или двояко выпуклую линзу. На галактическом диске заметен спиральный узор из двух или более (до десяти) закрученных в одну сторону ветвей, или рукавов, выходящих из центра галактики. К этому классу принадлежит половина всех наблюдаемых галактик. По степени структурности спиральных ветвей и общей форме их подразделяют на типы, называемые хаббловскими типами.

Почему вид галактики напоминает чечевицу или два блюдца, приложенных друг к другу? Почему в центре галактик, наблюдаемых с ядра, видно шарообразное «вздутие» (балдж), образуемые маломассивными желтыми и красными звездами?

Спиральные ветви — это волны плотности, бегущие по вращающемуся диску. Поэтому через некоторое время звезда, родившаяся в спирали, оказывается вне ее. У самых ярких и массивных звезд очень короткий срок жизни, они сгорают, не успев покинуть спиральную ветвь. Менее массивные звезды живут долго и доживают свой век в межспиральном пространстве диска.

Линзовидные галактики — это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими. У них есть балдж, гало́ и диск, но нет спиральных рукавов. Среди всех звездных систем их примерно 20%.

Встречаются среди галактик и карликовые, которые не вписываются в классификацию Хаббла. Они в несколько десятков раз меньше по размерам и массе, чем нормальные галактики. Но галактики-карлики отличаются от остальных не только величиной. Жизненный путь этих звездных систем настолько своеобразен, что накладывает отпечаток и на свойство звезд внутри галактик, и на свойства галактик в целом.

Карликовые галактики можно разделить на карликовые эллиптические и карликовые сфероидальные, карликовые неправильные и карликовые голубые компактные галактики.
Карлики отличаются от нормальных эллиптических галактик главным образом размерами и массой. Это фактически те же эллиптические галактики, только с меньшим числом звезд. Состоят они в основном из старых звезд небольшой массы, содержат очень мало газа и пыли.

Карликовые сфероидальные галактики во многом похожи на карликовые эллиптические, но гораздо более разреженны. Они образованы старыми водородно-гелиевыми звездами с очень низким содержанием тяжелых химических элементов. Последние обстоятельства накладывают отпечаток на физические свойства этих звезд: они более горячие, более голубые, и эволюция их протекает несколько иначе, чем у звезд с «солнечным» химическим составом. Ряд близких карликовых сфероидальных галактик является спутниками нашей галактики.

Другие типы карликовых галактик — это небольшие по размерам и массе бесформенные системы, очень богатые газом (в некоторых случаях газа по массе больше чем звезд). Основное различие между ними заключается в том, что в карликовых голубых компактных галактиках часто наблюдается интенсивное звездообразование и рождается большое число голубых массивных звезд. Благодаря этому галактики выглядят более яркими, компактными и окрашенными в голубой цвет.

Галактик с хорошо развитыми спиральными ветвями среди карликов не встречаются. Скорее всего для образования спиралей нужен массивный звездный диск. Масса же карликовых галактик недостаточна для этого.

Существует также класс больших спиральных звездных систем, поверхностная яркость которых намного меньше, чем у нормальных. Необычным у них является низкая плотность звездного диска: новые звезды по неясным причинам почти не рождаются в этих галактиках. Их называют анемичными (хилыми) или спиральными галактиками низкой яркости.

Созвездия

В современной астрономии участки, на которые разделена небесная сфера для удобства ориентирования на звёздном небе, называются созвездиями. В древности созвездиями назывались характерные фигуры, образуемые яркими звёздами.

В трёхмерном пространстве звёзды, которые мы видим на небесной сфере рядом, могут быть расположены очень далеко друг от друга. С древнейших времён люди видели некоторую систему во взаимном расположении звёзд и группировали их в соответствии с ней в созвездия.

В течение истории наблюдатели выделяли различное число созвездий и их очертания. До XIX века под созвездиями понимались не замкнутые области неба, а группы звёзд, которые нередко перекрывались. При этом получалось, что звезды могли принадлежать сразу двум созвездиям области неба, лишенные звезд, не входили в какое-либо созвездие.

В 1922 году в Риме решением I Генеральной ассамблеи Международного астрономического союза был окончательно утверждён список из 88 созвездий, на которые было поделено звёздное небо, а в 1928 году были приняты чёткие и однозначные границы между этими созвездиями, проведённые строго по кругам прямых восхождений и склонений экваториальной системы координат на эпоху 1875.0. В течение пяти лет в границы созвездий вносились уточнения. В 1935 границы были окончательно утверждены и больше изменяться не будут. Следует, однако, помнить, что на звёздных картах, составленных для эпох, не совпадающих с эпохой 1875.0, в частности, всех современных карт, из-за прецессии земной оси границы созвездий сдвинулись и уже не совпадают с кругами прямых восхождений и склонений.

Из 88 созвездий только 47 являются древними, известными западной цивилизации уже несколько тысячелетий. Они основаны в основном на мифологии Древней Греции и охватывают область неба, доступную наблюдениям с юга Европы. Остальные современные созвездия были введены в XVII—XVIII веках в результате изучения южного неба и заполнения «пустых мест» на северном небе.

12 созвездий традиционно называют зодиакальными — это те, через которые проходит Солнце (исключая созвездие Змееносца).