Роль диаграммы в теории эволюции звёзд

РЕФЕРАТ

по Астрономии

Диаграмма Герцшпрунга - Рассела

 

                                               Выполнили: Костюченко Макар Вячеславович,         Кузнецов Фёдор Александрович

обучающийеся10 «А» класса

Проверил: Гончар Артём Иванович.

 

 

Зея

2019

 

 

Введение

Меняется ли звездное небо? Сегодня мы привыкли к мысли, что звезды могут рождаться и умирать: взрываться сверхновыми, превращаться в черные дыры, нейтронные звезды и белые карлики. Но представление о том, что звезды на небе могут появляться и исчезать, далеко не всегда было очевидным и общеизвестным. Долгие столетия считалось, что их количество не меняется, и сама мысль, что звезды могут вдруг возникать, оказалась довольно нетривиальной, так как не было возможности пронаблюдать рождение звезды.

Процесс звездной эволюции во Вселенной непрерывен и цикличен – угасают старые звезды, на смену им зажигаются новые.

Диаграмма Герцшпрунга-Рассела — одна с основополагающих классификационных астрономических систем. Подобно другим популяризированным научным теориям, диаграмма ГР дала человечеству куда больше, чем просто наглядную демонстрацию классификации космических светил. С ее помощью астрономы смогли упорядочить один с центральных процессов во Вселенной — эволюцию звезд.

Вывели диаграмму Герцшпрунга-Рассела в начале двадцатого века — переломный период для астрономии. Вместо описания космических объектов, протоколирования их движения и периодических явлений, астрономы задались новым вопросом — почему все происходит именно так?

 

 

Оглавление

Диаграмма Герцшпрунга - Рассела...............................................................4

История............................................................................................................5

Роль диаграммы в теории эволюции звёзд...................................................5

Области диаграммы........................................................................................6

Как рождаются звёзды....................................................................................8

Голубые Бока...................................................................................................9

Эволюция протозвезды...................................................................................10

Звезда или планета?........................................................................................10

Вывод.................................................................................................................12

 

Диаграмма Герцшпрунга — Рассела.

Диаграмма Герцшпрунга — Рассела (или Рессела), также встречается диаграмма Г-Р, цвет — звёздная величина или спектр — светимость — диаграмма рассеяния, по осям которой отмечается абсолютная звёздная величина (или светимость) и спектральный класс (или температура поверхности) звезды. Звёзды на этой диаграмме не распределены равномерно, а располагаются в определённых областях. Эта диаграмма сыграла важную роль в развитии теории звёздной эволюции.  

 

 

История.

В XIX веке в Гарвардской обсерватории проводились масштабные спектроскопические исследования звёзд, которые переросли в каталог Генри Дрейпера. В этом исследовании Антония Мори разделила звёзды по наличию определённых спектральных линий в их спектрах, а Эйнар Герцшпрунг заметил, что некоторые классы звёзд в среднем имели меньшее собственное движение, что говорило об их большей удалённости, и, следовательно, о большей светимости. Это наводило на мысль о связи светимости и спектрального класса, о чём Герцшпрунг опубликовал статью в 1908 году, после чего он начал изучать звёздные скопления, так как в них звёзды находятся на одинаковом расстоянии от Земли. Он опубликовал диаграммы «цвет — звёздная величина» для скоплений в 1911 году.

В 1910 году Ханс Розенберг опубликовал диаграмму зависимости видимой звёздной величины от интенсивности линии кальция и двух линий серии Бальмера для звёзд скопления Плеяд.

В Принстонском университете, независимо от Герцшпрунга и Розенберга, примерно то же самое исследовал Генри Норрис Расселл. Он составлял подобные диаграммы, но не для отдельных скоплений, а для различных звёзд, делая поправку на их расстояние, чтобы получить абсолютную звёздную величину. Его работа была опубликована в 1913 году.

Сам термин «диаграмма Герцшпрунга — Рассела» появился на два десятилетия позже, благодаря датскому астроному Бенгту Стрёмгрену: в 1933 году он предложил называть диаграмму «спектр-светимость» в честь первых, кто её построил.

Роль диаграммы в теории эволюции звёзд.

Появление этой диаграммы навело астрономов на мысль, что она может отражать ход звёздной эволюции. Первоначально возникали гипотезы, что звёзды образуются красными гигантами, затем попадают на главную последовательность, а затем движутся вниз — предполагалось, что всё это время они излучают энергию за счёт сжатия. Однако, эта модель быстро показала свою несостоятельность: в таком случае возраст Солнца должен был составлять не более 100 миллионов лет, что входило в противоречие с данными биологов и геологов. Только в 1930 году противоречие разрешилось само собой: было выяснено, что источником энергии звёзд являются термоядерные реакции.

 

 

Области диаграммы.

Как уже говорилось, звёзды на диаграмме группируются в некоторых областях. Это связано с тем, что в течение жизни звёзды определённым образом эволюционируют и в течение жизни занимают определённые положения на диаграмме.

Большинство звёзд, по разным оценкам, до 90%, находятся на так называемой главной последовательности — на диаграмме она проходит от ярких и горячих звёзд до тусклых и холодных. Практически все звёзды оказываются на стадии главной последовательности после того, как окончательно сформируются и находятся на ней большую часть своей жизни. Именно поэтому их больше всего.

Следующие два класса распространены значительно меньше, но после звёзд главной последовательности они наиболее многочисленны. Красные гиганты в верхней правой части диаграммы — звёзды поздних спектральных классов с относительной высокой светимостью — то, во что превращаются звёзды главной последовательности ближе к концу жизни. Белые карлики в нижней левой части — то, что остаётся от красных гигантов после окончания их жизни и сброса оболочки.

Есть и другие классы звёзд, но они ещё менее распространены. Это, к примеру, сверхгиганты: массивные звёзды образуются редко, недолго находятся на главной последовательности и ещё меньше времени — на стадии сверхгигантов. Другим примером могут служить субкарлики: они в принципе не становятся звёздами главной последовательности ни до, ни после этой стадии из-за низкой металличности они светят на 1,5–2m слабее звёзд.

Зная спектральный класс звезды, можно оценить её абсолютную звёздную величину. И хотя для этого обычно нужно определить еще и класс светимости, он также может быть определён с помощью спектральных наблюдений. Зная абсолютную и видимую звёздные величины, можно узнать расстояние до звезды.

С момента образования, звезда в развитии не стоит на месте — и в диаграмме Герцшпрунца-Рассела это видно лучше всего. Рождение, старение и смерть светила отслеживается по диаграмме ГР четкой линией, называемой «эволюционным треком». Взяв, к примеру, трек нашего Солнца, можно выделить следующие этапы: После рождения, около 90% «жизни» звезда располагается в Главной последовательности — поэтому к ней и принадлежит больше всего звезд. Срок такого стабильного существования непосредственно зависит от положения в диаграмме. Чем выше и левее звезда, тем ярче она и горячее — следовательно, в ней быстрее выгорает водород. Звезды пониже — тусклее, они могут существовать десятками миллиардов лет. Солнце тут заняло «золотую середину». Оно горит уже 5 миллиардов лет и будет гореть примерно столько же.

Что случится, когда водород — звездное топливо — полностью выгорит? В Солнца, как и в других небольших звезд, происходит гравитационное сжатие — коллапс. Так как энергии становится меньше, силы тяготения начинают сильнее сжимать ядро звезды. От этого загорается гелий в ядре — «пепел» от первичного горения водорода. Сила этого процесса такова, что светило расширяется в десятки раз и светится ярче. Но энергия горения гелия не превышает энергию водорода, и за счет увеличения площади, звезда остывает до красного цвета. Так Солнце превратится в красного гиганта, покинув Главную последовательность диаграммы Герцшпрунга-Рассела ради высот гигантов.

 

 

 

 

        Фотография красного

сверхгиганта Бетельгейзе