Теория:
Свойства и развитие нашей Вселенной изучает раздел астрономии, называемый космологией.
Экспериментальные данные о движении небесных тел позволили однозначно установить несостоятельность геоцентрической системы отсчёта, и исследование движения небесных тел происходит относительно гелиоцентрической системы.
Никакие экспериментальные данные по изучению излучения, приходящего из космоса, не опровергли предположение, что мир материален, а законы в нём универсальны.
Никакие экспериментальные данные по изучению излучения, приходящего из космоса, не опровергли предположение, что мир материален, а законы в нём универсальны.
То есть физические модели небесных тел могут быть описаны ранее полученными физическими законами.
Солнечная система состоит из Солнца и \(8\) планет, движущихся по своим орбитам, а также карликовых планет, астероидов, комет и частичек пыли.
- Планеты можно разделить на две группы: земную (небольшие планеты с высокой средней плотностью ~ \(5 \) г/см\(^3\)) и гигантов (большие планеты с малой средней плотностью ~ \(1 \) г/см\(^3\)).
- Астероиды были обнаружены только в начале \(XIX\) века. Большое их скопление движется между орбитами Марса и Юпитера.
- Кометы вращаются вокруг Солнца по очень вытянутым эллиптическим траекториям, причём вдали от Солнца кометы — это твёрдые тела, состоящие из застывших газов и пыли, а при приближении к Солнцу это вещество начинает таять и испаряться и появляется кома (оболочка из газов). Из-за давления света часть газов отталкивается и появляется хвост кометы.
Говоря о Солнечной системе, необходимо отметить принципиальное отличие Солнца от остальных тел. Солнце — это звезда, где сил гравитационного притяжения в облаке пыли и газа, из которых оно образовано, было достаточно для значительного повышения температуры.
Источником энергии, который поддерживает излучение звёзд, служат реакции термоядерного синтеза:
Источником энергии, который поддерживает излучение звёзд, служат реакции термоядерного синтеза:
(\(1\))
Из одного килограмма водорода образуется \(0,99\) килограмма гелия и выделяется энергия \(9⋅10^{14} \) Дж. Для протекания таких реакций необходима температура в несколько миллионов Кельвинов, а температуры в ядре Солнца составляют \(1,5⋅10^{7} \) К.
Удобной характеристикой звезды является абсолютная звёздная величина (М).
Абсолютная звёздная величина (М) — физическая величина, характеризующая излучение («блеск»), приходящее от звезды, если бы она находилась от нас на расстоянии \(10 \) пк.
Один парсек — это такое расстояние, с которого отрезок длиной в одну астрономическую единицу (расстояние от Земли до Солнца), перпендикулярный лучу зрения, виден под углом в одну угловую секунду (\(1 \) пк \(=\) \(3⋅10^{13} \) км).
Звёзды имеют различные температуры поверхности и спектр. По этим параметрам звёзды можно разделить на классы.
| Класс | M | K | G | F | A | B | O |
| Цвет | Красный | Оранжевый | Жёлтый | Жёлто-белый | Белый | Бело-голубой | Голубой |
| Температура, К | \(3000\) | \(4500\) | \(6000\) | \(8000\) | \(10~000\) | \(15~000\) | \(20~000\) |
| Пример | \(\alpha\) Ориона | \(\alpha\) Тельца | Солнце | \(\alpha\) Орла | \(\alpha\) Большого Пса | \(\alpha\) Льва | \(\gamma\) Ориона |
Измерения спектра и светимости (энергии, которая излучается астрономическим объектом в единицу времени с единичной площадки) звёзд позволили построить диаграмму Герцшпрунга — Рассела (рис. \(1\)). На ней различимы несколько последовательностей звёзд: белые и коричневые карлики, субкарлики, главная последовательность и несколько последовательностей различных гигантов.
Рис. \(1\). Диаграмма Герцшпрунга — Рассела
Было обнаружено, что главная последовательность (в которую входит и Солнце) имеет зависимость: чем выше температура, тем выше светимость. У красных гигантов всё наоборот: чем выше температура, тем меньше светимость.
У красных гигантов и сверхгигантов ядерные реакции протекают не в центре, а в слое около ядра. В том числе в них возможны термоядерные реакции, в которых из гелия образуется углерод, а из углерода — кислород.
В белых карликах термоядерные реакции не протекают вообще, поскольку в них отсутствует водород.
Во Вселенной довольно много облаков, состоящих из газа и пыли. Когда температура внутри протозвезды становится достаточной, начинаются реакции термоядерного синтеза и протозвезда превращается в звезду главной последовательности. Далее, когда весь водород в ядре выгорел, звезда увеличивается в размерах и становится красным гигантом или сверхгигантом. После этого красный гигант сбрасывает внешнюю оболочку, остаётся белый карлик. В случае, если сверхгигант массивен, он может взорваться сверхновой, а ядро резко сожмётся и превратится в сверхплотный объект — нейтронную звезду или чёрную дыру.
Если такое облако достаточно плотное, то оно начнёт сжиматься под действием собственного тяготения. Такие облака называют протозвёздами.
Источники:
Рис. 1. Диаграмма Герцшпрунга — Рассела. © ЯКласс.