Решение проблемы происхождения и развития отдельных тел и образуемых ими систем
жүктеу/скачать 1.33 Mb.
|
|
где величина n зависит от структуры звезды (так называемый «политропный индекс»). Можно принять, что n = 3, и тогда для того, чтобы обмен массами между компонентами двойной системы шел в более или менее приемлемом темпе, необходимо, чтобы  было меньше 0,03. Это означает, что на стадии эволюции, когда масса перетекает от одной компоненты ко второй, радиус эволюционирующей звезды должен все время оставаться очень близким к радиусу полости Роша.
В первом приближении можно принять, что в процессе эволюции газ, выброшенный эволюционирующей звездой, не покинет пределы двойной системы, т. е. ее полная масса M = M1 + M2 сохраняется. При таком вполне естественном предположении расстояние между компонентами будет в процессе эволюции меняться согласно формуле
Можно убедиться, что минимальное расстояние между компонентами двойной системы будет тогда, когда в процессе «перекачки» массы от эволюционирующей компоненты к неэволюционирующей массы обеих звезд сравняются. 35. Нейтро́нная звезда́ — астрономическое тело, один из конечных продуктов эволюции звёзд, состоит из нейтронной сердцевины и тонкой коры вырожденного вещества с преобладанием ядер железа и никеля.Нейтронные звёзды имеют очень малый размер — 20—30 км в диаметре, поэтому средняя плотность вещества такой звезды в несколько раз превышает плотность атомного ядра (которая для тяжёлых ядер составляет в среднем 2,8×1017 кг/м³). Массы большинства известных нейтронных звёзд близки к 1,44 массы Солнца, что равно значению предела Чандрасекара. Теоретически же допустимы нейтронные звёзды с массами от 1,4 до примерно 2,5 солнечных масс, однако эти значения в настоящее время известны весьма неточно. Самая массивная нейтронная звезда из открытых Vela X-1 имеет массу не менее 1,88±0,13 солнечных масс (на уровне 1σ, что соответствует уровню значимости α≈34 %).[1] Силы тяготения в нейтронных звёздах уравновешиваются давлением вырожденного нейтронного газа, максимальное значение массы нейтронной звезды задаётся пределом Оппенгеймера — Волкова, численное значение которого зависит от (пока ещё плохо известного) уравнения состояния вещества в ядре звезды.Магнитное поле на поверхности нейтронных звёзд достигает значения 1012—1013 Гс (для сравнения — у Земли около 1 Гс), именно процессы в магнитосферах нейтронных звёзд ответственны за радиоизлучение пульсаров. Начиная с 1990-х годов, некоторые нейтронные звёзды отождествлены как магнитары (реже пишут также магнетары) — звёзды, обладающие магнитными полями порядка 1014 Гс и выше. Такие поля (превышающие «критическое» значение 4,414×1013 Гс, при котором энергия взаимодействия электрона с магнитным полем превышает его энергию покоя mec²) привносят качественно новую физику, так как становятся существенны специфические релятивистские эффекты, поляризация физического вакуума . Пульсар — космический источник радио-, оптического, рентгеновского, гамма- излучений, приходящих на Землю в виде периодически повторяющихся всплесков (импульсов).Пульсары были открыты в июне 1967 г. Джоселин Белл, аспиранткой Э. Хьюиша на меридианном радиотелескопе Маллардской радиоастрономической обсерватории Кембриджского университета на длине волны 3,5 м (85,7 МГц). Пульсар, точнее радиопульсар, представляет собой нейтронную звезду. Она испускает узконаправленные потоки радиоизлучения. В результате вращения нейтронной звезды поток попадает в поле зрения внешнего наблюдателя через равные промежутки времени — так образуются импульсы пульсара.На 2008 год уже известно около 1790 радиопульсаров (по данным каталога ATNF). Ближайшие из них расположены на расстоянии около 0,12 кпк (около 390 световых лет) от Солнца.Несколько позже были открыты источники периодического рентгеновского излучения, названные рентгеновскими пульсарами. Как и радио, рентгеновские пульсары являются сильно замагниченными нейтронными звёздами. В отличие от радиопульсаров, расходующих собственную энергию вращения на излучение, рентгеновские пульсары излучают за счёт аккреции вещества звезды-соседа, заполнившего свою полость Роша. Как следствие, масса пульсара медленно растёт, увеличивается его момент инерции и частота вращения, в то время как радиопульсары со временем, наоборот, замедляются. 36. Чёрная дыра́ — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света. Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер — гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда:  ,
где c — скорость света, M — масса тела, G — гравитационная постоянная. Теоретически возможность существования таких областей пространства-времени следует из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна, первое[1] из которых было получено Карлом Шварцшильдом в 1915 году. Точный изобретатель термина неизвестен[2], но само обозначение было популяризовано Джоном Арчибальдом Уилером и впервые публично употреблено в популярной лекции «Наша Вселенная: известное и неизвестное (Our Universe: the Known and Unknown)» 29 декабря 1967 года[3]. Ранее подобные астрофизические объекты называли «сколлапсировавшие звёзды» или «коллапсары» (от англ. collapsed stars), а также «застывшие звёзды» (англ. frozen stars)[4]. чёрными дырами часто называют объекты, не строго соответствующие данному выше определению, а лишь приближающиеся по своим свойствам к такой чёрной дыре — например, это могут быть коллапсирующие звёзды на поздних стадиях коллапса. В современной астрофизике этому различию не придаётся большого значения[6], так как наблюдательные проявления «почти сколлапсировавшей» («замороженной») звезды и «настоящей» («извечной») чёрной дыры практически одинаковы. Это происходит потому, что отличия физических полей вокруг коллапсара от таковых для «извечной» чёрной дыры уменьшаются по степенным законам с характерным временем порядка гравитационного радиуса, делённого на скорость света[7]. 37 Пульсары –см 35 38. Переменные звезды Для наблюдателей на Земле изменения блеска в системах алголей вызваны периодическими затмениями звезд. Из точек пространства, откуда плоскость орбиты данного алголя видна под большим углом, никаких затмений и изменений блеска не видно. Но существует множество физических переменных звезд, у которых блеск меняется физически, реально — меняется сила света.Блеск одних меняется строго периодически, блеск других неправильно, или с периодичностью, часто нарушаемой. Для всех физических переменных звезд типично, что вместе с изменением блеска происходят те или иные изменения в спектре, т. е. в состоянии их атмосферы и фотосферы. Из периодических переменных звезд замечательны цефеиды. Цефеиды характеризуются амплитудами изменения блеска не более 1,5 звездных величин при периодах от десятков минут до нескольких десятков суток. Этот период у них долгие годы постоянен с точностью до долей секунды, так что по ним можно было бы проверять часы. . Цефеиды белые или желтоватые звезды. Блеск их плавно поднимается до максимума и затем более медленно спадает, тоже плавно или с одной волной на спуске. Свое название цефеиды получили по своей типичной представительнице звезде гамма Цефея. Период ее переменности 5,37 сут и амплитуда изменения блеска 4,6—3,7звездной величины. Окончательно загадка всех этих изменений была решена сравнительно недавно. Решение состоит в следующем: цефеиды — пульсирующие звезды. Они периодически расширяются и сжимаются. Расширения фотосферы, дающей свет, и хромосферы, вызывающей соответствующий сдвиг линий вспектре, происходят не одновременно. Сжатие наружных слоев вызывает их нагревание, а наивысшая температура соответствует наибольшей скорости приближения обращенной к нам части хромосферы. Цефеиды делятся на две группы: короткопериодические цефеиды, иначе звезды типа RR Лиры, с периодами меньше 1 сут, и классические, с периодами больше 2 сут. Первые из них белее, горячее и все имеют одинаковую абсолютную величину М=0,5. Классические цефеиды желтее, холоднее и обладают следующей замечательной особенностью: все классические цефеиды — сверхгиганты, и их светимость плавно возрастает с увеличением периода. Наиболее медленно меняющиеся цефеиды самые яркие. При периоде около полусотни суток они в 10000 раз ярче Солнца. Период изменения блеска легко определяется прямыми наблюдениями даже у предельно слабых цефеид. Поэтому указанные свойства цефеид необычайно важны для установления размеров нашей звездной системы и других систем и расстояний до них. Яркие цефеиды-гиганты видны нам, как маяки Вселенной, издалека. По ним мы намечаем контуры нашей Вселенной: как далеко она простирается по разным направлениям. Период пульсации цефеид оказывается обратно пропорциональным корню квадратному из их плотности. Эта закономерность и другие подробности сложных изменений в цефеидах нашли свое объяснение в разработанной физической теории пульсации цефеид. Периодической или неправильной пульсацией объясняют также некоторые виды и других переменных звезд, холодных, красных. 39. Цефеи́ды — класс пульсирующих переменных звёзд с довольно точной зависимостью период—светимость, названный в честь звезды δ Цефея. Одной из наиболее известных цефеид является Полярная звезда. Природа переменности цефеидЦефеиды представляют собой жёлтые яркие гиганты, гиганты или сверхгиганты спектральных классов F и G, блеск которых изменяется с амплитудой в 0,5 до 2,0m и периодом 1—200 суток. Они в 10³—105 раз ярче Солнца. Причиной переменности является пульсация внешних слоёв цефеид, что приводит к периодическим изменениям радиуса и температуры их фотосфер. В цикле пульсации звезда становится то больше и холоднее, то меньше и горячее. Наибольшая светимость достигается при наименьшем диаметре. Типы цефеидРазличают два типа цефеид: классические цефеиды, принадлежащие к молодой плоской составляющей звёздного населения I Галактики и цефеиды типа W Девы, относящиеся к старой сферической составляющей населения II. Классические цефеиды встречаются, как правило, в рассеянных звёздных скоплениях — а цефеиды типа W Девы — в шаровых скоплениях, их светимость примерно в 4 раза (примерно на 1,5m) ниже, чем у классических цефеид.Классические цефеиды являются проэволюционировавшими звёздами главной последовательности спектрального класса B с массами 3-12 солнечных (см. Рис. 2). Периоды классических цефеид зависят не только от их масс, но и от возраста — по мере эволюции цефеиды её период уменьшается: для возраста ~107 лет период составляет около 50 суток, а для возраста ~108 лет — порядка суток.Благодаря зависимости период—светимость, цефеиды используются как эталоны светимости при определении расстояний. Эдвин Хаббл обнаружил несколько цефеид в галактике Андромеды и вычислил расстояние до них, тем самым впервые доказал существование объектов вне нашей Галактики.Другой подобный тип пульсирующих переменных — переменные типа RR Лиры. Значимость.Для астрономов цефеиды являются своего рода маяками. Ориентируясь по их переменному блеску, астрономы выясняют расстояния до удаленных объектов и определяют постоянную Хаббла. 40. Двойные и кратные звезды Если вы посмотрите на третью с конца яркую звезду в ручке ковша Большой Медведицы, то увидите, что близко-близко к ней есть звездочка послабее — ее спутник. Яркую звезду арабы когда-то прозвали Мицаром, а ее спутника — Алькорбм.Звезда, обозначенная греческой буквой эпсилон в созвездии Лиры, если смотреть на нее в бинокль, оказывается, состоит из двух очень близких друг к другу звезд. В телескоп таких двойных звезд обнаружено множество. Иногда почти по одному и тому же направлению видны две звезды., В пространство они находятся очень далеко друг от друга и не имеют между собой ничего общего. Но часто бывает, что такие звезды и в пространстве близки друг к другу.Иногда это звезды-близнецы и не отличаются друг от друга ни цветом, ни блеском. Иногда же они разного цвета. Одна из них желтая или оранжевая, а другая голубоватая. Рассматривать их в телескоп очень интересно — они необычайно красивы. Физически двойные звезды связаны друг с другом узами всемирного тяготения, они возникли вместе. Мы уже упоминали, что ярчайшая звезда неба Сириус — двойная. Спутник этой звезды— белый карлик (о нем говорилось выше) обращается вокруг главной звезды за 50 лет и отстоит от нее в 20 раз дальше, чем Земля от Солнца.Ближайшая к нам звезда (видимая в южном полушарии Земли) — альфа Центавра в действительности состоит из двух главных звезд, очень сходных с нашим Солнцем. Период их обращения почти 80 лет, а среднее взаимное расстояние в 23 раза больше расстояния от Земли до Солнца.У этих двух звезд есть далекий спутник. Он обращается вокруг них с крайне долгим периодом. Спутник — красный карлик и находится сейчас на своей орбите немного ближе к Нам, чем обе главные звезды. Поэтому спутника альфы Центавра называют Ближайшей (по-латыни — proxima) Центавра. Это ближайшая к нам звезда, свет от нее идет к нам около четырех лет. Она от нас в 270 тыс. раз дальше, чем Солнце.Альфа Центавра — пример тройной звезды. Такие звезды гораздо реже, чем двойные, но бывают и более сложные системы. Звезды, входящие в состав двойных, тройных и больших систем, называют компонентами этих систем. Посмотрим, например, в телескоп на Мицара и Алькора в Большой Медведице. Оказывается, Мицар сам состоит из двух звезд. А каждый из видимых в бинокль компонентов эпсилона Лиры в свою очередь оказывается двойным.Спектральный анализ позволяет обнаруживать двойственность таких звезд, у которых компоненты очень близки друг к другу и обращаются по орбитам очень быстро. В самые сильные телескопы свет таких звезд сливается, и мы видим лишь одну звезду, но спектральный анализ свидетельствует о двойственности. Дело в том, что при взаимном обращении скорости двух звезд направлены в противоположные стороны, и потому темные линии их спектра смещены в противоположные стороны. Линии спектра двойной системы оказываются раздвоенными, и, когда скорость движения звезд этой системы по своим орбитам относительно нас меняется, меняется и расстояние между двойными линиями в спектре.Один из компонентов Мицар а, который мы видим в телескоп, оказывается двойной звездой с периодом обращения около десяти суток, так как, звезды очень близки. Такими же тесными спектрально-двойными звездами, как их называют, являются некоторые компоненты эпсилона Лиры — из тех, которые видны раздельно в телескоп. Итак, Мицар с Алькором — пример четырехкратной звезды, а эпсилон Лиры — пример шестикратной звезды.В общем, двойные или даже кратные звезды не исключение, их много. По-видимому, в среднем из каждых 3—4 звезд одна двойная. Наше Солнце — одинокая звезда Около некоторых ближайших звезд обнаружены невидимые спутники малой массы. Их обнаружили по еле заметным движениям звезд под действием притяжения их невидимым спутником. Пока еще с достоверностью не установлено, являются ли эти спутники холодными планетами, еще более массивными, чем Юпитер, или же это крайне слабо светящиеся маленькие звезды. Представьте себе, что мы, жители планеты, обращающейся вокруг одной из звезд в системе двух солнц. Какие изумительные картины увидели бы мы на небе! Из-за горизонта встает, например, громадный красный круг солнца, которое в сотни раз больше нашего. Немного позднее на небо выплывает маленькое голубое солнце. Постепенно оно исчезает за более массивным первым солнцем, чтобы потом снова выйти из-за него. Или же дни, залитые красным светом, чередуются с голубыми днями, а ночей нет. Какие причудливые комбинации солнц разного цвета и какая игра красок должны быть на планетах, находящихся в системе кратных звезд! Однако у двойных звезд вряд ли могут быть обитаемые планеты. У планет, обращающихся вокруг таких звезд, орбиты должны быть очень вытянуты, и на поверхности планет не может быть постоянных температурных условий, которые необходимы для жизни. 41.Физическое строение Солнца .Одновременно с ростом температуры с глубиной в подфотосферных слоев. Плотность также увеличивается. В каждой внутренней точке Солнца должно выполняться так называемое условие гидростатического равновесия, означающее, что разность давлений, испытываемых каким-либо элементарным слоем, должна уравновешиваться гравитационным притяжением всех более глубоких слоев. 42.Химический состав. Преобладающим элементом на Солнце является водород. По числу атомов его примерно в десять раз больше, чем всех остальных элементов вместе взятых, и на его долю приходиться около 70% всей массы Солнца(водород -самый легкий элемент).Следующим по распространенности элементом является гелий – около 28% массы Солнца .На остальные элементы, вместе взятые, приходиться не более 2%.Число атомов металлов в атмосфере Солнца почти 10000 раз меньше, чем водорода. Излучения Солнца. Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие - постоянную и переменную. Во время сильных солнечных вспышек радиоизлучение
44.Солнечно-земные связи - система прямых или опосредованных физ. связей между гелио- и геофизическими процессами. Земля получает от Солнца не только свет и тепло, обеспечивающие необходимыйуровень освещенности и ср. темп-ру ее поверхности, но и подвергается комбинированному воздействию УФ- и рентгеновского излучения, солнечного ветра, солнечных космических лучей (рис. 1). Вариации мощности этих факторов при изменении уровня солнечной активности вызывают цепочку взаимосвязанных явлений в межпланетном пространстве, в магнитосфере, ионосфере, нейтральной атмосфере, биосфере, гидросфере и, возможно, литосфере Земли. Изучение этих явлений и составляет суть проблемы С.-з.с. Строго говоря, Земля оказывает некоторое обратное (по крайней мере, гравитационное) воздействие на Солнце, однако оно ничтожно мало, так что обычно рассматривают только воздействие солнечной активности на Землю. Это воздействие сводится либо к переносу от Солнца к Земле энергии, выделяющейся в нестационарных процессах на Солнце (энергетич. аспект С.-з.с.), либо к перераспределению уже накопленной энергии в магнитосфере, ионосфере и нейтральной атмосфере Земли (информац. аспект). Перераспределение энергии может происходить либо плавно (ритмич. колебания геофизич. параметров), либо скачкообразно (триггерный механизм). Последовательность событий в системе Солнце-Земля можно проследить, наблюдая цепочку явлений, сопровождающих мощную вспышку на Солнце - высшее проявление солнечной активности. Последствия вспышки (рис. 2) начинают сказываться в околоземном пространстве почти одновременно с событиями на Солнце (время распространения эл.-магн. волн от Солнца до Земли чуть больше 8 мин). В частности, УФ- и рентг. излучение вызывают дополнительную ионизацию верхней атмосферы, что приводит к ухудшению (или даже полному прекращению) радиосвязи (эффект Деллинджера) на освещенной стороне Земли. Обычно мощная вспышка сопровождается испусканием большого количества ускоренных частиц - солнечных космических лучей (СКЛ). Самые энергичные из них (с энергией EK > 108-109 эВ) начинают приходить к Земле спустя > 10 мин после максимума вспышки в линии Ha. Повышенный поток СКЛ с EK < 108 эВ у Земли может наблюдаться неск. десятков часов. Вторжение СКЛ в ионосферу полярных широт вызывают дополнит. ионизацию и соответственно ухудшение радиосвязи на коротких волнах. Имеются данные о том, что СКЛ в значит. мере способствуют опустошению озонового слоя Земли (озоносферы). Усиленные потоки СКЛ представляют собой также один из главных источников радиац. опасности для экипажей и оборудования космич. кораблей. Вспышка генерирует мощную ударную волну и выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Двигаясь со скоростью свыше 100 км/с, ударная волна и облако плазмы за 1,5-2 сут достигают Земли и вызывают магн. бурю, понижение интенсивности галактич. космич. лучей (см. Вариации космических лучей), усиление полярных сияний, возмущения ионосферы и т.д. (см. Верхняя атмосфера, Магнитосферы планет). Имеются статистич. данные о том, что через 2-4 сут после магн. бури происходит заметная перестройка барич. поля тропосферы. Это приводит к увеличению нестабильности атмосферы, нарушению характера циркуляции воздуха (развитию циклонов и др. метеоявлений). Мировые магн. бури представляют собой крайнюю степень возмущенности магнитосферы в целом. Более слабые (но более частые) возмущения, называемые суббурями, развиваются в магнитосфере полярных областей. Еще более слабые возмущения возникают вблизи границы магнитосферы с солнечным ветром. Причиной возмущений последних двух типов явл. флуклуации мощности солнечного ветра. При этом в магнитосфере генерируется широкий спектр эл.-магн. волн с частотами 0,001-10,0 Гц, к-рые свободно доходят до поверхности Земли. Во время магн. бурь интенсивность этого низкочастотного излучения возрастает в 10-100 раз. Большую роль в геомагнитных возмущениях играет межпланетное магн. поле (ММП), особенно его южный компонент, перпендикулярный плоскости эклиптики. Со сменой знака радиального компонента ММП связаны асимметрии потоков СКЛ, вторгающихся в полярные области, изменения направления конвекции магнитосферной плазмы и ряд др. явлений. жүктеу/скачать 1.33 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
