Из чего состоят звезды? Объекты глубокого космоса

Удивительно, но звёзды состоят из материалов, которые входят в состав всей остальной Вселенной: водород (73 %), гелий (25 %), другие элементы (2 %). За исключением немногих различий – звёзды имеют в своём составе одинаковые вещества. Теория большого взрыва говорит о том, что 13,7 миллиардов лет назад Вселенная была плотной сферой высочайших температур (крайне горячей). Другими словами, вся Вселенная была огромной звездой.

Момент рождения

В плотной сфере было так горячо, как будто внутри неё находилось мощнейшее ядерное светило. По вселенским масштабам, за недолгий период времени водород трансформировался в гелий с помощью реакции ядерного синтеза. Вселенная постоянно расширялась и охлаждалась. Это привело к тому, что водород с гелием остыли и фактически стали вместе собираться из-за взаимного притяжения. Это и есть момент рождения звезды. В своём составе каждая звезда имеет водород и гелий в соотношении 73 % и 25 % соответственно.

Зная, из чего состоят звезды, учёные пошли дальше в изучении Вселенной. Небесные светила, которые образовались первыми, были огромными. Скорее всего, они взорвались. Но благодаря их жизни и смерти сформировались определённые тяжелые элементы, которые сегодня мы имеем на Земле: углерод, кислород, уран, золото.

Галактики

Известно, что во Вселенной существует не одна галактика. Когда наблюдаешь за ночным небом, невольно задаёшься вопросом: из чего состоят звезды и как они рождаются. Понятно, что звезды образовываются со времени зарождения самой Вселенной. Но происходит ли рождение новых звезд и правда ли, что звезды умирают?

Астрономы рассчитали, что ежегодно в нашей галактике, которая носит название Млечный Путь, зарождаются пять новых звезд. Среди них есть металлически богатые и металлически бедные. Богатые имеют в своём составе больше тяжелых элементов от предыдущих звезд, а металлически бедные – меньше. Интересно, а из чего состоят звезды, кроме как из гелия и водорода? Какие другие элементы входят в их состав? И чем они отличаются?

Составляющие элементы

Интересно, что соотношение элементов всегда остается более-менее равным. К примеру, Солнце богато металлами. Оно имеет внутри более высокое число тяжелых элементов, чем в среднем такие же звезды. Но и оно обладает соотношением: 71 % - водород, 27,1 % - гелий, остальные – азот, кислород, углерод. Водород в гелий преобразовывается внутри солнечного ядра уже 4,5 миллиарда лет.

А из чего состоят звезды, кроме водорода и гелия? Все ли небесные светила имеют одинаковый состав других элементов? Этот состав такой же, как у Солнца, или нет?

Ученый Вернадский В. И. говорил так о звездах, как о центре максимального сгущения энергии и материи в Галактике. Сегодня уже о звездах говорят не как о скоплении газа, а как о сверхплотных космических объектах с огромной массой. Предположительно, звезды по своему строению неоднородны. Они схожи в химических элементах, но имеют их в разном процентном соотношении.

Есть даже предположения, что аналог звезды – это шаровая молния. В её центре точечный источник – ядро, окруженное оболочкой из плазмы. Слой воздуха – это граница оболочки. Шаровая молния светится разными цветами и радиусами, вращается и имеет вес от восьми до десяти килограмм.

Размеры и объем звезд

Выше описано, из чего состоят звезды на небе, но почему они такие разные по объёму? Если Солнце изобразить в виде шара диаметром десять сантиметров, то всю Солнечную систему можно указать в виде круга с поперечником в восемьсот метров. Тогда самая близкая звезда к Солнцу, Проксима Центавра, будет на 2 700 км. Сириус будет на расстоянии 5 500 км, Альтаир - на 9 700 км, Вега - на 17 000 км. Арктур на расстоянии от главного нашего светила 23 000 км, Капелла - в 28 000 км, Регул - в 53 000 км, а Денеб - в 350 000 км.

По размеру звезды отличаются между собой. Солнце значительно уступает в своем объеме Сириусу, Альтаиру, Проциону, Бетельгейзе и Эпсилону Возничего. Но оно во много раз больше Проксимы Центавра и некоторых других звезд. В нашей галактике оной из самых больших звезд считается красный сверхгигант, находящийся в самом центре. Он больше, чем орбита Сатурна. Это гранатовая звезда Цефея.

Наблюдая за звёздами, люди ещё в древности заметили, что они скапливаются в причудливые формы, которые напоминают разные фигуры. Соответственно этим формам им стали давать названия.

Звездный охотник

Рассмотрим созвездие Орион – его пояс состоит из трех звезд, в трёх строчках. Имя дано в честь древнегреческого героя мифов – охотника. Сегодня Орион является очень известным созвездием, одним из крупнейших, очень заметных и узнаваемых. Большие звезды Ориона видны в обоих полушариях, так как находится его пояс на небесном экваторе. С октября по начало января вечером его видно в средних широтах Северного полушария, с конца июля по ноябрь можно увидеть утром. Орион полезно использовать в качестве помощника для осуществления поиска других звезд.

В древности люди еще не знали, из чего состоят звезды в космосе, но уже составляли карты звездного неба. Тогда художники, составляя звездную карту, иногда связывали окружающие созвездия с Орионом. Символически его изображали стоящим с двумя охотничьими собаками (Большим и Малым Псом) на берегу реки Эридан. При этом собаки боролись с Тельцом. Орион необычайно богат на яркие объекты.

Альфа Ориона – это Бетельгейзе. Она красная и превосходит размерами орбиту Марса. Но Бетельгейзе немного тусклее, чем бета Ригель. Это огромная сине-белая звезда, которая является одной из самых ярких на звездном небе. Особенно эффектным выглядят пояса Ориона из звезд: Минтака, Алнитак и Алнилам – дельта, зета и эпсилон соответственно. Это три яркие звезды, стоящие рядом друг с другом, благодаря которым и можно отличить Орион от других созвездий.

Большая Медведица: из каких звезд состоит созвездие и как оно образовалось?

Звездная Медведица тоже известна с древности. Греки считали её нимфой Каллисто, спутницей Артемиды, возлюбленной Зевса, навлекшей на себя гнев богини. Она нарушила правила спутниц Артемиды, и её превратили в медведицу, а бБогиня натравила на неё собак. Зевс, спасая возлюбленную, вознёс её на небо. Хотя говорят и о том, что это сам Зевс превратил Каллисто в медведицу, скрывая измены от своей ревнующей жены. Артемида устроила на медведицу охоту по ошибке или по наущению догадливой Геры. В общем, история запутанная, так как возможно, что Гера, мстя за измены, превратила Каллисто в созвездие. Охоту же на медведицу по ошибке устроил Аркад, сын Каллисто. Есть и другие истории про малую медведицу, про младенца Зевса и его нянь медведиц, скрывавшихся от Крона. Но так или иначе, мы наблюдаем за Большой Медведицей, её красотой и загадкой, связанной с её появлением.

Интересно, из каких звезд состоит Большая Медведица и где её наблюдают? Это созвездие хорошо видно в средних широтах. Здесь оно относится к незаходящим. На небе видно семь наиболее ярких звезд – ковш с ручкой. Их очень легко увидеть и отличить от других. Звезды относятся к категории второй величины. Среди них слабее только верхняя левая звезда так называемого ковша.

Две звезды

Кроме этих семи, насчитывается ещё 125, которые ярче, чем шестая величина. Это одно из самых больших созвездий. Его границы выходят намного дальше пределов так называемого ковша, звезды которого находятся на разных расстояниях от нас, начиная с 50 световых лет (это ближайшая звезда Алиот).

Среди известных созвездий есть и совсем маленькие по количеству насчитываемых в нём звезд. В вопросах по астрономии часто можно встретить вопрос: какое созвездие состоит всего из двух звезд, и где оно расположено на звездном небе. Это система эпсилон Возничего. Она состоит из двух звезд - видимой и невидимой. Видимая выглядит в созвездии Возничего как желтоватый огромный сверхгигант. Температура на его поверхности 6600 К. Она в 36 раз массивнее Солнца. Её диаметр в 190 раз больше солнечного. Однако даже её размеры меркнут на фоне второй звезды, диаметр которой в 2700 раз больше диаметра Солнца. Внутри неё можно свободно поместить орбиты всех планет солнечной системы, вплоть до Сатурна. Однако светимость этого сверхмощного гиганта мала (почти как у Солнца). Эта звезда очень холодная. Температура на поверхности составляет 1600 К.

Нейтронные звёзды

Существование звезд, обладающих ничтожно малыми размерами, по сравнению с Солнцем, было доказано относительно недавно. Реальность такого объекта стала очевидной в 1967 году, когда были открыты пульсары. Тогда Т. Голд предположил, что это и есть быстровращающиеся звезды, называемые нейтронными. Их существование предсказывалось еще физиками-теоретиками 30-х годах XX столетия. Первым из них был Лев Ландау. Какая особенность этих небесных объектов, из чего состоит нейтронная звезда и как образуется?

Изучая теорию небесных светил, было предположено, что нейтронные объекты должны быть около 10 км в размерах. Плотность вещества в центре таких звезд достигает плотности ядра атома: 2,8 х 1014 грамм/см³. В 1934 году было высказано предположение о том, что нейтронные звезды состоят из вырожденных нейтронов и образуются, когда вспыхивает сверхновая звезда.

Позже, с открытием пульсаров, это предположение подтвердилось. Рождение пульсаров – это грандиозное небесное явление, сопровождающееся вспышкой сверхновой взрывающейся звезды. Такие вспышки случаются примерно один раз в 25 лет. Получается, что за 15 млрд лет (время существования галактики) должна уже образоваться не одна сотня нейтронных звезд!

Пульсары

Основная функция пульсара – это появление мощных электрических полей, вырывающих заряженные частицы из звезды и ускоряющих их до высочайших показателей энергии. Это происходит за счет вращения и существования магнитного поля. Частицы, получившие ускорение, порождают кванты электромагнитного излучения (довольно жесткого состояния). Сложные электродинамические процессы небольшую часть энергии преобразуют в радиоволны, наблюдаемые от пульсаров. С вырванными с нейтронной звезды и ускоренными частицами энергия вращения затухает, период вращения пульсаров нарастает, и нейтронная звезда тормозит, благодаря собственному излучению!

При торможении электрический потенциал падает. В итоге наступает момент, когда заряженные частицы перестают образовываться и пульсар умирает. По времени это приблизительно 10 млн лет.

Черные дыры и другие объекты глубокого космоса

Если масса нейтронной звезды превышает 3 массы Солнца, никакое давление вещества не может противодействовать силам гравитации, и звезда исчезает под горизонт – образуется черная дыра. Нейтронные звезды (пульсары и черные дыры) относятся к объектам глубокого космоса, которые находятся за пределами солнечной системы. Там же существуют и другие объекты, тоже относящиеся к понятию глубокий космос: экзопланеты, туманности, звездные скопления, квазары, галактики, темная энергия и темная материя. Все эти объекты притягивают большой интерес со стороны ученых. Безусловно, изучение небесных светил, особенно объектов глубокого космоса, очень интересно и важно для развития астрономии как науки и реализации важнейших научных проектов.