Как определяют расстояние до звезд: методы и формулы

Измерение расстояний до далеких объектов

Для еще более отдаленных объектов даже использование астрономических единиц непрактично. Поэтому астрономы выражают расстояния в световых годах (1 световой год равен 9,46 х 1015 м), а еще чаще – в парсеках (1 парсек равен 3,2616 светового года).

Измерение расстояния при помощи параллакса

Если нужно узнать точное расстояние до звезды, и предполагается, что оно не превышает несколько десятков световых лет, используют метод годичного параллакса. Расположение тел в пределах Солнечной системы измеряют относительно дальних звезд. А определение расстояния до этих самых звезд происходит при помощи сравнения их с другими галактиками.

Методика измерения расстояния остается прежней – необходимо переместиться из одной точки земной поверхности в другую, чтобы узнать угловое перемещение звезды. Однако размеры Земли слишком маленькие относительно звезд.

Для удобства и более точных измерений наблюдатель остается в одной и той же точке, но замеры делаются с промежутком в полгода. За 6 месяцев Земля, обращаясь вокруг Солнца, перейдет в противоположную точку орбиты, а исследователь получит максимальное расстояние между двумя точками. Чем меньшим окажется параллакс, тем больше парсеков до звезды.

Измерить расстояние к телам за пределами Млечного Пути можно лишь приблизительно. Ученые ориентируются на яркость звезд-цефеид, вспышки сверхновых и сравнивают их с другими уже известными объектами. А расстояние до далеких галактик, где не видны звезды, определяется путем наблюдений за смещением линий в их спектрах.

Полярная звезда. Фото с космического телескопа “Хаббл”Интересный факт: Полярная звезда является типовой цефеидой, которые известны переменностью – способны менять яркость. Однако в последнее время Полярная звезда отличается стабильным свечением. Расстояние до нее от Земли – 137 парсек.

Измерение расстояний до звезд и галактик имеет определенную последовательность. Для близко расположенных объектов используют методы радиолокации и параллакса. Для дальних – оценивают свечение и изменение спектра тел.

Описание Проксимы

Сравнительные размеры

Ее диаметр меньше солнечного в семь раз, то же самое касается и ее массы. Ее светимость составляет 0,17% светимости Солнца, или всего 0,0056 % в видимом человеческим глазом спектре. Этим и объясняется тот факт, что увидеть ее невооруженным глазом нельзя, и то, что открыта она была только в XX веке. Расстояние от Солнца до этой звезды составляет 4,22 световых года. Что по космическим меркам практически рядом. Ведь даже гравитация нашего Солнца распространяется, примерно, на половину этого расстояния! Однако для человечества, данное расстояние, поистине, огромно.

Измерения с помощью радиолокации


Расположенная на Земле радиолокационная станция (РЛС) посылает СВЧ-излучение в сторону астрономического объекта, расстояние до которого нужно вычислить. Затем измеряется время, которое необходимо, чтобы сигнал достиг объекта и вернулся назад, к РЛС. Зная это время и скорость света в вакууме, можно определить расстояние, умножая скорость на время. Использовать РЛС для этих измерений удобно не только для определения расстояния до нужного астрономического объекта, но и для оценки скорости изменения этого расстояния (ведь объекты во Вселенной движутся друг относительно друга!). Это, в свою очередь, полезно при слежении за перемещениями объектов в космосе, например, для оценки возможности столкновения астероида с Землей.

Этот метод ограничен астрономическими объектами, которые находятся на небольших расстояниях от Земли. Можно сказать, что он пригоден для объектов, находящихся в пределах Солнечной системы. Это связано с тем, что радиосигнал ослабляется и рассеивается на больших расстояниях. Кроме того, чем больше расстояние, тем больше должен быть объект для того, чтобы его могла «увидеть» радиолокационная станция.

Расстояния в цифрах

Расстояния в Солнечной системе:

  • 1 а.е. от Земли до Солнца = 500 св. секунд или 8,3 св. минуты
  • 30 а. е. от Солнца до Нептуна = 4,15 световых часа
  • 132 а.е. от Солнца – таково расстояние до космического аппарата «Вояджер-1», было отмечено 28 июля 2020 года. Данный объект является самым отдаленным из тех, что были сконструированы человеком.

Расстояния в Млечном Пути и за его пределами:

  • 1,3 парсека (268144 а.е. или 4,24 св. года) от Солнца до Проксима Центавра – ближайшей к нам звезды
  • 8 000 парсек (26 тыс. св. лет) – расстояние от Солнца до центра Млечного Пути
  • 30 000 парсек (97 тыс. св. лет) – примерный диаметр Млечного Пути
  • 770 000 парсек (2,5 млн. св. лет) – расстояние до ближайшей большой галактики – туманность Андромеды
  • 300 000 000 пк — масштабы в которых Вселенная практически однородна
  • 4 000 000 000 пк (4 гигапарсек) – край наблюдаемой Вселенной. Это расстояние прошел свет, регистрируемый на Земле. Сегодня объекты, излучившие его, с учетом расширения Вселенной, расположены на расстоянии 14 гигапарсек (45,6 млрд. световых лет).
Вселенная  и  ее  космические размерыВселенная и ее космические размерыA trip to Proxima CentauriA trip to Proxima Centauri

Характеристики Альфа Центавра – ближайшей к Земле звездной системы

Звезды альфа Центавра (слева) и Хадар (справа) на фоне Млечного Пути

Наименьшее расстояние – 4,22 световых года – отделяет нашу планету от Проксима Центавра, одного из трех элементов звездной системы Alpha Centauri. По своим характеристикам самая близкая к Земле звезда (исключая Солнце) существенно отличается от соседок. Это светило принадлежит к спектральному классу M (красный карлик), а его масса и радиус не превышают 0,1 солнечного. Из-за невысокой температуры – 3042 K – она излучает мало энергии и не обнаруживается невооруженным глазом. Была открыта в 1915 году. Периодические и активные вспышки усиливают светимость звезды. Проксима Центавра и остальную часть родной для нее системы разделяет значительное расстояние, равное 0,21 светового года, поэтому находится ли она на ее орбите, достоверно не выяснено. Если докажут, что Проксима кружится вокруг двойной звезды, тогда ее полный период превышает 500 тыс. лет. Поиски возможных экзопланет около светила были безуспешны, ученые исключают присутствие крупных планет на его орбите.

Альфа Центавра В

Два остальные составляющие системы – Альфа Центавра A и Альфа Центавра B – тесно взаимодействуют друг с другом. С Земли они наблюдаются как одна звезда. Расстояние до системы составляет 4,36 световых лет. Объекты причисляются к спектральным классам G и K – это желтый и оранжевый карлики. По своим характеристикам и температуре они схожи с Солнцем, но старше его по возрасту, который достигает 6 млрд. лет. Компонент Центавра A крупнее соседнего, его масса – 1,1, а диаметр – 1,2 солнечных. Показатели Центавра B – 0,9 и 0,86 соответственно. Вращение светил происходит по эллиптической орбите, угол ее наклона составляет 79,2 градуса, их период 79,9 года.

Экзопланеты Альфа Центавра

Планета вокруг альфа Центавра В

Поиск планет, входящих в системы ближайших к нам звезд, ведется регулярно

Особое внимание уделяется желтым и красным карликам. Чтобы обнаружить компаньонов около далеких объектов, ученым приходится измерять лучевую скорость звезд при помощи спектрографов, установленных на мощнейших телескопах

Основные исследования проводились двумя независимыми группами: Калифорнийской и Женевской, которые сконцентрировали свое внимание на ограниченном количестве объектов. В их число вошла и Альфа Центавра. Европейские астрономы смогли добиться положительных результатов. В 2012 году, анализируя рекордное количество данных, они сообщили об открытии планеты, названной Альфа Центавра B b. Четкий сигнал, появляющийся с периодичностью в 3,2 дня, обозначил тело массой в 1,13 земной. Экзопланета представлена шаром, разогретым до 1200 градусов. Такая температура держится из-за близкого размещения орбиты к поверхности светила. Ее год составляет чуть больше трех земных суток. Она не попадает в условную зону, где могла бы зародиться жизнь, ее размер в этом случае составляет 0,5-0,9 а. е. от светила.

Дальнейшие исследования и компьютерное моделирование дают надежду на наличие возле Альфа Центавра B второй, более крупной и удаленной планеты, имеющей период вращения в 20,4 дня. По гипотетическим расчетам влияние Центавра A будет сказываться раз в 70 лет. При наличии океанов, ее пустынная поверхность станет гораздо уязвимей.

Что такое звездное скопление?

Звезды обычно объединяют в группы, которые называют скоплениями. Существуют шаровые и рассеянные скопления. Шаровое скопление состоит из большого количества звезд. В рассеянном их меньше, а само скопление имеет неправильную форму.

Если между звездами провести воображаемые линии, при наличии некоторой фантазии можно увидеть различные объекты: разнообразные предметы, людей, животных, например рака, дракона, медведя и т. д. Эти небесные рисунки называются созвездиями. Астрономы различают 88 созвездий. Самые известные из них это Большая Медведица, Малая Медведица и Орион, а также зодиакальные созвездия. Раньше созвездия называли в честь мифических персонажей

Как измеряется расстояние до звезд и что такое световой год?

Расстояния между звездами настолько велики, что измерять их километрами или милями – занятие с бесконечными нолями. Привычную систему измерений применяют для обозначения расстояний в одной системе. К примеру называют, что минимальное расстояние от Земли до Марса – 55,76 миллионов километров. Со звездами всё сложнее, и здесь обычно используют понятия светового года и парсека.

Астрономическая единица – принятая в астрономии единица измерения объектов Солнечной системы и ближайших к ней объектов Вселенной. Астрономическая единица равна 149 598 100 км (+- ~750 км), что приблизительно равняется среднему расстоянию Земли от Солнца. Современные наблюдения зафиксировали постепенно увеличение значения на 15 см ежегодно, что объясняется, возможной потерей Солнцем массы, последствия солнечного ветра.

Световой год – расстояние, которое свет проходит за один год, в метрах это 9 460 730 472 580 800. На самом деле свет звезд, который мы видим в безоблачную ночь, шёл до нашей планеты многие столетия, а некоторые из них вообще больше не существуют.

Парсек, он же «параллакс угловой секунды» – это расстояние, с которого средний радиус орбиты Земли (перпендикулярный лучу зрения), виден под углом в одну секунду угловую. Если совсем просто, то парсек = 3,26 световым годам.

Интересно то, что в научно-популярной и фантастической литературе принято использовать понятие светового года, а парсеками обычно пользуются только в профессиональных трудах и исследованиях.

Ближайшая к нам звезда – это Альфа Центавра, которая находится от Земли на расстоянии в 4,37 световых лет. А вот до самой удалённой галактики (по состоянию на декабрь 2012 года) от Земли целых 13,3 миллиардов световых лет!. Получается, когда солнце этой самой галактики (известной под индексом UDFj-39546284) потухнет, человечество об этом узнает еще не скоро.

Расстояния в цифрах

  • Меркурий– ближайшая к Солнцу планета, среднее расстояние от Солнца 0,387 а. е (58 млн. км), а расстояние до Земли колеблется от 82 до 217 млн. км. Меркурий движется вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 7°. 
  • Венера– вторая по удаленности от Солнца планета, среднее расстояние от Солнца 0,72 а.е. (108,2 млн. км). Средний радиус планеты составляет 6051 км, масса – 4,9 на 10 в 24 степени кг (0,82 массы Земли), средняя плотность 5,24 г/см3. 
  • Земля– третья от Солнца планета Солнечной системы, среднее расстояние от Солнца 1 а.е. (149,6 млн. км), средний радиус 6371,160 км (экваториальный 6378, 160 км, полярный 6356,777 км), масса – 6 на 10 в 24 степени кг. 
  • Марс– четвертая планета от Солнца, среднее расстояние от Солнца составляет 1,5 а.е. (227,9 млн. км). Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,75 млн. км, максимальное – около 401 млн. км. 
  • Юпитер– пятая по счету от Солнца, а также крупнейшая планета Солнечной системы, среднее расстояние от Солнца 5,2 а.е.(778 млн. км), экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км, полярный – около 67 тысяч км, масса 1,9 на 10 в 27 степени кг (317,8 массы Земли), средняя скорость обращения вокруг Солнца – 13,06 км/с.
  • Сатурн– шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Среднее расстояние Сатурна от Солнца 9,54 а.е. (1,427 млрд. км), средний экваториальный радиус около 60,3 тысяч км, полярный – около 54 тысяч км, масса 5,68 на 10 в 26 степени кг (95,1 массы Земли). 
  • Уран– седьмая от Солнца планета Солнечной системы. Планета была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана. Среднее расстояние от Солнца 19,18 а.е. (2871 млн. км), средний радиус 25560 км, масса 8,69 на 10 в 25 степени (14,54 массы Земли), средняя плотность – 1,27 г/см3. 
  • Нептун– восьмая планета от Солнца и четвертая по размеру среди планет. Нептун открыт в Берлинской обсерватории 23 сентября 1846 года немецким астрономом Иоганном Галле на основании предсказаний, сделанных независимо математиком Джоном Адамсом в Англии и астрономом Урбеном Леверрье во Франции. Среднее расстояние планеты Нептун от Солнца 30,1 а.е. (4497 млн. км), средний радиус около 25 тысяч км, масса 1,02 на 10 в 26 степени кг (17,2 массы Земли), плотность 1,64 г/см3.
  • Плутоном– в честь древнеримского бога подземного царства. В тот момент предполагали, что его масса сравнима с массой Земли, но позже было установлено, что масса Плутона почти в 500 раз меньше земной, даже меньше массы Луны. Масса Плутона 1,2 на 10 в22 степени кг (0,22 массы Земли). Среднее расстояние Плутона от Солнца 39,44 а.е. (5,9 на 10 в12 степени км), радиус около 1,65 тысяч км.

Термоядерные реакции

Звезду можно представить как гигантский ядерный очаг. Термоядерная реакция внутри нее превращает водород в гелий в ходе слияния (синтеза) ядер водорода, благодаря чему рождается столь необходимая для звезды энергия. Атомные ядра водорода — протоны — объединяются в ядра атомов гелия с двумя нейтронами. Однако протоны — электрически заряженные элементарные частицы, которые при приближении отталкиваются друг от друга. Так что из двух протонов новое ядро не построишь. Нужен какой-то элемент, причем более крепкий, чем силы электрического отталкивания. Эту роль в атомных ядрах играет другая ядерная частица — нейтрон.

Ядро обычного атома водорода имеет всего один протон. Но у его разновидностей — дейтерия и трития — в ядрах кроме одного протона имеется и нейтрон: у дейтерия один, а у трития два. Оба они также присутствуют в недрах звезд.

Атом дейтерия соединяется с атомом трития, образуя атом гелия и свободный нейтрон. Именно из гелия и формируется ядро звезды. В нем также содержатся более тяжелые химические элементы (например, железо), которые были захвачены из «материнской» туманности или же образуются во время термоядерных реакций. В результате этого процесса высвобождается огромное количество энергии.

Скорость протекания ядерного синтеза пропорциональна массе звезды в четвертой степени. Это значит, что если масса одной звезды больше массы второй в два раза, то на первой ядерное топливо горит в 16 раз (2 в четвертой степени) раз быстрее.

Следовательно, массивные звезды сгорают быстрее. Самые тяжелые сжигают весь водород за несколько сотен тысяч лет, а легкие красные звезды могут «тлеть» несколько миллиардов лет.

Если говорить о возрасте, то молодыми считаются звезды очень большой массы и очень высокой светимости, то есть те, которые излучают энергии во много раз больше, чем Солнце. Они гораздо моложе нашего светила, потому что столь интенсивно теряют энергию, что в состоянии существовать только сравнительно короткое по астрономическим масштабам время. Недавно возникшие звезды — это, прежде всего, гигантские горячие звезды голубоватого цвета, так называемые голубые сверхгиганты.

  • Звездные карты: как найти объект на небе
  • Красные гиганты, белые карлики, пульсары
  • Нейтронные звезды, или пульсары

Поделиться ссылкой

«Звезды -двойники»

Астрономы из Великобритании разработали очень простую и остроумную методику для измерения расстояний между звездами и Землей, позволяющую определять дистанцию до нашей планеты для любой звезды Млечного Пути при помощи ее «двойника», обладающего идентичными размерами и спектром.

Британские астрономы создали новую методику измерения расстояний в космосе, которая позволяет очень точно вычислять дистанцию от Земли до далеких от нас звезды при помощи ее «двойника», обладающего идентичными размерами и спектром, говорится в статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

«Наша идея очень проста, удивительно, что до нее никто не додумался раньше. Чем дальше от нас расположена звезда, тем более тусклой она будет нам казаться на ночном небе. Если эта звезда и какое-то другое светило обладают абсолютно идентичным спектром, то тогда мы можем использовать разницу в яркости между ними для вычисления расстояния до одной из них, зная дистанцию до другой звезды», – объясняет Джофре Пфайль (Jofre Pfeil) из Кембриджского университета.

Как объясняют Пфайль и его коллеги, сегодня астрономы вычисляют расстояние до далеких от нас светил при помощи так называемого параллакса – того, насколько интересующая их звезда смещается относительно расположенных за ней объектов по мере того, как Земля вращается вокруг Солнца и движется по орбите.

Подобная методика очень точна, однако она работает только для относительно близких к нам светил, расположенных на расстоянии примерно в 1-2 тысячи световых лет от Земли. По этой причине астрономы знают точное расстояние только для 100 тысяч из 100 миллиардов звезд Млечного Пути.

Измерение расстояний до более далеких светил возможно, однако все существующие методики, по мнению Пфайля, опираются на различные статистические модели и допущения о температуре звезды или ее химическом составе, что может вносить существенные искажения в замеры.

Пытаясь уменьшить эти возможные погрешности и разбросы в значениях, группа Пфайля натолкнулась на революционную и при этом простую идею – находить спектральных «двойников» звезд из числа тех, параллакс которых был точно измерен, и измерять расстояние до них по разнице в их яркости.

Ученые проверили работоспособность своей методики на 175 парах светил с идентичным спектром, одно из которых было расположено на большом расстоянии от Земли, а второе – в пределах 1-2 тысяч световых лет. Вычисленные расстояния до более далеких «двойников» почти полностью совпали с результатами других методик, что подтвердило возможность использования этой техники для определения дистанций до далеких светил.

В ближайшее время Пфайль и его коллеги планируют составить каталог пар звезд-двойников, а также попытаются вычислить точные размеры Галактики, от одного ее края и до противоположной стороны.

Видео

Масштабы расстояний до ближайших звёзд (видео 4) | Масштабы Вселенной | Космология и АстрономияМасштабы расстояний до ближайших звёзд (видео 4) | Масштабы Вселенной | Космология и АстрономияИзмерение расстояний в астрономии — Алексей РасторгуевИзмерение расстояний в астрономии — Алексей РасторгуевАстрономия для начинающих: Расстояния в космосеАстрономия для начинающих: Расстояния в космосе

Сколько лететь до Марса? | ПереводСколько лететь до Марса? | Перевод

Расстояние от Земли до МарсаРасстояние от Земли до Марса

Немного истории

Человечество всегда интересовала небесная твердь

И это вполне закономерно, потому что именно она привлекает внимание ночью, располагает к мечтам и домыслам или настоятельно требует получения новых знаний

В древности основные массы народа не особенно размышляли над пространственными соотношениями. Многие считали, что небо твердое, а звезды – отверстия в нем, через которые на Землю проникает свет. Но уже тогда находились люди, которые понимали, что это не так. Они осознавали, что грандиозное пространство требует детального изучения.

Галактика

Несомненная заслуга в определении сути и природы Вселенной, видимой человеческому глазу, принадлежит и древним грекам, с поразительной точностью сумевших определить дистанции до дневных и ночных светил.

Удивляет сила человеческого разума, позволяющая с помощью простых угломерных инструментов, логики и вычислений обозначить мерные понятия, практически не измененные за 2 тысячелетия. Шесть столетий назад итальянец Кассини определил довольно точное значение параметра, до сих пор участвующего во всех космических расчетах и вычислениях.

Примерно в то же время достославный Галлей, совершивший много прорывов в науке о космосе, предложил использовать в качестве расчетной точки прохождение земной соседки, Венеры, по солнечному диску.

Вид на звезды

Огромную роль сыграли научные открытия выдающихся астрономов:

  • Кассини;
  • Иоганна Кеплера;
  • Ньютона, открывшего закон всемирного тяготения.

Непостижимые космические расстояния не стали препоной для измерения, разработки новых единиц. И все это было фундаментом, на котором основана современная наука.

Вариант измерения

Проведение нынешних исследований было бы невозможным без титанического труда, который проделали средневековые астрономы. Они провели значительную часть своей жизни за наблюдением движения планет и звезд. Благодаря им сейчас можно производить различные вычисления, используя самые совершенные инструменты для исследований.

Откуда известно расстояние до звезд?Откуда известно расстояние до звезд?Измерение расстояний в астрономии — Алексей РасторгуевИзмерение расстояний в астрономии — Алексей Расторгуев

Список ближайщих к Солнцу звезд

Звёздная система Звезда или коричневый карлик Спек. класс Вид. зв. вел. Расстояние,св. год
Солнечная система Солнце G2V −26,72 ± 0,04 8,32 ± 0,16 св. мин
1 α Центавра Проксима Центавра 1 M5,5Ve 11,09 4,2421 ± 0,0016
α Центавра A 2 G2V 0,01 4,3650 ± 0,0068
α Центавра B 2 K1V 1,34
2 Звезда Барнарда 4 M4Ve 9,53 5,9630 ± 0,0109
3 Луман 16 A 5 L8 23,25 6,588 ± 0,062
B 5 L9/T1 24,07
4 WISE 0855–0714 7 Y 13,44 7,18+0,78−0,65
5 Вольф 359 8 M6V 13,44 7,7825 ± 0,0390
6 Лаланд 21185 9 M2V 7,47 8,2905 ± 0,0148
7 Сириус Сириус A 10 A1V −1,43 8,5828 ± 0,0289
Сириус B 10 DA2 8,44
8 Лейтен 726-8 Лейтен 726-8 A 12 M5,5Ve 12,54 8,7280 ± 0,0631
Лейтен 726-8 B 12 M6Ve 12,99
9 Росс 154 14 M3,5Ve 10,43 9,6813 ± 0,0512
10 Росс 248 15 M5,5Ve 12,29 10,322 ± 0,036
11 WISE 1506+7027 16 T6 14.32 10,521
12 ε Эридана 17 K2V 3,73 10,522 ± 0,027
13 Лакайль 9352 18 M1,5Ve 7,34 10,742 ± 0,031
14 Росс 128 19 M4Vn 11,13 10,919 ± 0,049
15 WISE 0350-5658 20 Y1 22.8 11,208
16 EZ Водолея EZ Водолея A 21 M5Ve 13,33 11,266 ± 0,171
EZ Водолея B 21 M? 13,27
EZ Водолея C 21 M? 14,03
17 Процион Процион A 24 F5V-IV 0,38 11,402 ± 0,032
Процион B 24 DA 10,70
18 26 K5V 5,21 11,403 ± 0,022
26 K7V 6,03
19 28 M3V 8,90 11,525 ± 0,069
28 M3,5V 9,69
20 30 M1,5V 8,08 11,624 ± 0,039
30 M3,5V 11,06
21 32 K5Ve 4,69 11,824 ± 0,030
32 T1V >23
32 T6V >23
22 35 M6,5Ve 14,78 11,826 ± 0,129
23 36 G8Vp 3,49 11,887 ± 0,033
24 GJ 1061 37 M5,5V 13,09 11,991 ± 0,057
25 YZ Кита 38 M4,5V 12,02 12,132 ± 0,133
26 Звезда Лейтена 39 M3,5Vn 9,86 12,366 ± 0,059
27 40 M6,5V 15,14 12,514 ± 0,129
28 41 M8,5V 17,39 12,571 ± 0,054
42 T6
29 Звезда Каптейна 43 M1,5V 8,84 12,777 ± 0,043
30 44 M0V 6,67 12,870 ± 0,057
31 45 Y1 21,1 13,046
32 Крюгер 60 Крюгер 60 A 46 M3V 9,79 13,149 ± 0,074
Крюгер 60 B 46 M4V 11,41
33 48 M8,5V 17,39 13,167 ± 0,082
34 49 T9 24.32 13,259
35 50 M4,5V 11,15 13,349 ± 0,110
50 M5,5V 14,23
37 53 M3V 10,07 13,820 ± 0,098
38 Звезда ван Маанена 54 DZ7 12,38 14,066 ± 0,109
  №   Обозначение Обозначение   №   Спек. класс Вид. зв. вел. Расстояние,св. год
Звёздная система Звезда или коричневый карлик

Открытие двойных звезд

Открытие двойных звезд стало одним из первых достижений, сделанных с помощью астрономического бинокля. Первой системой данного типа была пара Мицар в созвездии Большой Медведицы, которая была открыта Ричолли, астрономом из Италии. Правда, в то время не было сведений о том, есть ли физическая связь между звёздами в такой системе.

Мицар и Алькор двойная звезда

Некоторые учёные придерживались точки зрения о том, что двойные звёзды зависят от общей звёздной ассоциации. Их аргументом был неоднородный блеск составляющих пары. Поэтому складывалось впечатление, что их разделяет значительное расстояние, на котором невозможно установить связь. Для подтверждения или опровержения этой гипотезы потребовалось измерение годичного звёздного параллакса.

В 1804 году Вильям Гершель, который вёл свои наблюдения в течение 24 лет, издал каталог с подробным описанием 700 двойных звёзд. Гершель учёл противоречие гипотезы, попытавшись его разрешить, и к своему удивлению выяснил, что траектория каждой звезды имеет сложную эллиптическую форму, а не вид симметричных колебаний с периодом в полгода, как предполагалось.

Согласно физическим законам небесной механики два связанных гравитацией тела передвигаются по орбите эллиптической формы, именно поэтому результаты исследования Гершеля стали доказательством предположения о том, что в двойных звёздных системах есть гравитационная связь.

Рождение и жизнь звезды

Звезды, как и живые существа, рождаются, живут и умирают. Продолжительность их жизни настолько велика (до десятков миллиардов лет), что астрономы не могут проследить жизнь хотя бы одной из них от начала до конца. Зато ученых есть возможность наблюдать за звездами, находящимися на разных стадиях развития.

Образуются звезды из газопылевых облаков. Они сжимаются, потому что частицы притягиваются друг к другу. При этом температура и плотность вещества сильно возрастает. На данной стадии это уже не облако, но еще и не звезда. Поэтому его называют протозвездой (от греч. «протос» — «первый»). Постепенно ее температура достигает нескольких миллионов градусов, и тогда начинаются термоядерные реакции. Протозвезда становится звездой и многие миллиарды лет излучает энергию.

Газопылевое облако, которое впоследствии станет звездой

Звезда светит до тех пор, пока ее внешние слои не начинают остывать. Постепенно истощаются запасы водорода, что приводит к затуханию термоядерных реакций в недрах звезды. Остывающие внешние слои начинают светиться красным, и звезда превращается в красного гиганта. Красный гигант продолжает терять яркость до тех пор, пока не гаснет. В зависимости от размера красные гиганты могут, например, превратиться в красного карлика, или взорваться, превратившись в белого карлика, который впоследствии либо угаснет, либо превратится в нейтронную звезду, или сжаться в черную дыру.

Когда жизнь звезд подходит к концу, термоядерные реакции затухают. В результате под воздействием гравитационных сил, которые сжимают звезду, она эволюционирует в белого карлика

Звезда Барнарда

Звезда Барнарда в ИК

Звезда, открытая Э. Барнардом в 1916 году и названная в его честь, причисляется к спектральному классу M. Это – красный карлик. Место его расположения – экваториальное созвездие Змееносца, на расстоянии в 5,96 световых годах от Земли. Маленькое светило существенно уступает нашему Солнцу, достигая по массе и диаметру 0,17 от его значения. Звезду не обнаружить невооруженным глазом, однако, она четвертая от нас по удаленности. «Летящая Барнарда» знаменита проворством собственного движения, которое направлено в сторону нашего Солнца. Однажды она станет к нам ближе, чем Проксима Центавра. Ее скорость является рекордной, за год она проходит 10,36 угловых секунд.

Наличие планет

Калифорнийская группа ученых на протяжении десятилетий прилагает усилия к обнаружению планет в окружении звезды Барнарда, но пока об их существовании нет никаких данных.

Характерные примеры двойных звезд.

a Центавра

a Центавра состоит из двух звезд — a Центавра А и a Центавра В:

a Центавра А имеет параметры, почти аналогичные параметрам Солнца: Спектральный класс G, температура около 6000 K и такую же массу и плотность;

a Центавра В имеет массу на 15% меньше, спектральный класс K5, температуру 4000 K, диаметр 3/4 солнечного, эксцентриситет (степень вытянутости эллипса, равная отношению расстояния от фокуса до центра к длине большей полуоси, т.е. эксцентриситет окружности равен 0 – 0,51).

Период обращения – 78,8 года, большая полуось – 23,3 а. е., плоскость орбиты наклонена к лучу зрения под углом 11, центр тяжести системы приближается к нам со скоростью 22 км/c , поперечная скорость 23 км/c, т.е. общая скорость направлена к нам под углом 45o и составляет 31 км/c.

Сириус

Сириус, как и a Центавра, тоже состоит из двух звезд – А и В, однако в отличие от неё обе звезды имеют спектральный класс A (A-A0, B-A7) и, следовательно, значительно большую температуру (A-10000 K, B- 8000 K).

Масса Сириуса А – 2,5M солнца, Сириуса В – 0,96M солнца. Следовательно, поверхности одинаковой площади излучают у этих звезд одинаковое кол-во энергии, но по светимости спутник в 10 000 раз слабее, чем Сириус. Значит, его радиус меньше в 100 раз, т.е. он почти такой же, как Земля. Между тем масса у него почти такая же, как и у Солнца. Следовательно, белый карлик имеет огромную плотность.

При исследовании Сириуса, даже зная о существовании спутника, его долго не могли обнаружить из-за того, что его плотность в 75 тысяч раз больше, чем у Сириуса А, а следовательно, размер и светимость ≈ в 10 тысяч раз меньше.

Специальные мерные величины

Чтобы измерять расстояние между звездами в созвездиях, нужны специальные расчеты и применяются специфические методы. Данных методов немного. В сообщениях СМИ приводятся экзотические параметры. Они из числа тех, которыми принято измерять расстояние до звезд, а рядовому обывателю куда понятнее измерение в привычной системе СИ, которая в астрономии тоже используется.

Звездное небо

Для проведения подсчетов необходимы относительные величины, которые можно принять за данность в подобных вычислениях. Даже если они ежегодно изменяются, то ненамного, и для вычислений можно просто сделать поправку.

В 2018 году с телескопа, установленного на вулкане Мауна-Кеа, было сделано очередное сенсационное открытие. О нем с ликованием сообщили в Центре малых планет Международного астрономического союза. Новое открытие получило название «Фараут», от английского «далекий» или «отдаленный».

Розовая карликовая планета оказалась дальше ранее признанного фаворита по дальности Плутона. Лишение его статуса планеты было не единственным открытием, сделанным в 21 веке. Следом за Эридой, Кваваром и его спутником Вейвотом, Макемаке, Седной сообщили об открытии Фараута, расстояние до которого – 120 астрономических единиц.

Млечный путь

Чтобы сделать понятнее для простого человека всю грандиозность удаленности от Земли, говорится, что Фараут находится в 120 раз дальше, чем Земля. А про Солнце известно, что оно примерно в 150 миллионах километров.

Популяризация научных знаний необходима при подобных сенсационных сообщениях. Хотя для наглядности достаточно и того, что новоявленное космическое тело вращается вокруг звезды с такой медленной скоростью, что для одного оборота ему понадобится тысяча земных лет.

Туманности и звезды

Невероятная удаленность Земли и космических тел самого разного вида и размера может выражаться в следующих единицах измерения:

  • метрах;
  • километрах;
  • астрономических единицах.

Но чтобы измерять колоссальные удаленности, уже и миллионов километров маловато. Достоверно определяя, насколько далеко находятся звёзды или наглядно продемонстрировать, как далеко расположен небесный объект, необходимы другие масштабы. Бездонный космос может измеряться скоростью света.

Звезды на небе

Скорость перемещения звезд для наблюдателя с Земли

Конечно же, ничего действительно неподвижного в мире быть не может, и звезды также не стоят на одном месте. Но, чтобы заметить перемещение звезд на небе относительно друг друга, надо сравнивать точные определения их положения на небе, сделанные с промежутком времени в десятки земных лет. Невооруженным глазом они не заметны, и за историю человечества ни одно созвездие не изменило заметно своих очертаний.

Для большинства звезд никакого перемещения заметить не удастся, потому что они слишком далеки от нас. Всадник, скачущий галопом на горизонте, как нам кажется, почти стоит на месте, а вот черепаха, ползущая у наших ног, перемещается (с нашей точки зрения) довольно заметно. Так и в случае звезд — мы легче замечаем движения ближайших к нам космических объектов.

«Летящая звезда Барнарда» – одна из самых «быстрых» звезд наблюдаемых с Земли

Летящая звезда Барнарда — так назвали одну слабенькую звездочку в созвездии Змееносца, открытую в начале 20-го века американским астрономом Эдвардом Барнардом, за ее наиболее заметное среди звезд движение по небу. Так вот, даже эта “реактивная звезда”, я повторюсь – самая быстродвижущаяся на небесной сфере, “несется” по небосклону со скоростью черепашьего шага.

За год звезда Барнарда «пролетает» по небу дугу в 10″, то есть, чтобы переместиться хотя бы на видимую величину поперечника Луны (0,5°), ей потребуется более сотни лет! Однако по сравнению с другими звездами это действительно «летящая звезда».

А случись нам, к примеру,  наблюдать ту же Большую Медведицу 50000 лет тому назад, мы её её не узнали. Это созвездие в те времена было больше похоже на ту фигуру, какую ныне представляет созвездие Лебедя. Пройдет еще 50000 лет, и звезды Медведицы, продолжая свое движение, снова разойдутся, а наши отдаленные потомки, вместо знакомой нам фигуры ковша из семи звезд, увидят какой-то зигзаг, похожий на созвездие Дракона. Впрочем, где были люди 50000 лет тому назад, и что с ними будет через следующие 50000 лет?

Внешний вид созвездия Большая Медведица в прошлом, в настоящее время, и в будущем

Так что не спешите паниковать. На нашем веку, и ещё многие поколения вперед, Большая Медведица будет выглядеть точно также, какой видели её ещё древние греки. Для интереса, вы можете взять дробь 1/50000, и, тогда, получите приблизительное значение того, на сколько изменяется фигура Большой Медведицы за один земной год.

Как ни ничтожны угловые перемещения звезд на небе, называемые собственными движениями, они соответствуют огромной скорости в пространстве, если вспомнить огромность расстояния, с которого мы их видим.

У нас есть еще другая возможность изучать движения звезд — по принципу Допплера: измеряя смещение линий в спектрах звезд. Скорости звезд составляют обычно десятки километров в секунду. Наибольшую из них (583 км/сек) имеет одна сравнительно слабая звезда в созвездии Голубя.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий