Тема уроку. Фізичні характеристики зір.
Мета уроку: розглянути фізичні характеристики зір: видимі та абсолютні зоряні величини, температура, світність, розміри; познайомитися зі зв'язками між різними характеристиками зір; дізнатися, як визначаються маси зір.
Тип уроку: комбінований.
Наочні посібники: комп'ютерні програми, карти зоряного неба,
фотографії, слайди.
План розкриття теми уроку
-
Визначення відстані до зір.
-
Видима та абсолютна зоряні величини.
-
Температура та спектральні класи зір.
-
Визначення радіуса зорі.
-
Світність зорі.
-
Діаграма «спектр — світність».
-
Подвійні зорі та визначення мас зір.
Загальний коментар
Відомий радянський астрофізик Й. С. Шкловський у своїй книзі [39] писав: «Якщо поставити наївне дитяче запитання, які з космічних об'єктів є «найголовнішими», я не вагаючись відповім: зорі. Чому? Ну хоча б тому, що 97 % речовини в нашій Галактиці зосереджено в зорях».
Світ зір надзвичайно різноманітний, проте в ньому панують певні закономірності. Спробуємо впорядкувати основну необхідну інформацію про зорі в кількох таблицях (табл. б — табл. 9).
Наведемо таблицю, яка підсумовує основні дані про зорі різних спектральних класів головної послідовності (ГП — табл. 6).
ЇЇ2
g-BANOHL
Розробки окремих уроків
Таблиця 6 Спектральна класифікація зір
|
Спектральний клас
|
Абсолютна зоряна величина, Мабс
|
Ефективна температура, тис. К
|
Основні лінії
|
Колір
|
0
|
-5,7^-3,3
|
40—28
|
Н, Не, Н
|
Світло-блакитний
|
В
|
-4,7ч-+0,5
|
28—10
|
Не, Н
|
Біло-блакитний
|
А
|
+0,1-5-4-3,7
|
10—7
|
Н
|
Білий
|
F
|
+2,6^+4,6
|
7—6
|
Н, Са+
|
Жовтувато-білий
|
G
|
+4,4^+6,0
|
6—5
|
Са+,
Fe, Ті
|
Жовтуватий
|
К
|
+5,9-^+9,0
|
5—3,5
|
Fe, Ті
|
Оранжевий
|
М
|
+9,0^+16
|
3,5—2,5
|
ТіО
|
Червонуватий
|
Зробимо два зауваження. По-перше, треба чітко усвідомлювати, що наявність у спектрі ліній поглинання того чи іншого елемента лише свідчить про його наявність в атмосфері зорі, але відносна інтенсивність свідчить не про кількість даного елемента, а про те, що температура атмосфери відповідає енергії збудження спостережуваних ліній цього елемента. По-друге, крім вищевказаних основних спектральних класів, є ще додаткові класи — С (зі смугами молекулярного вуглецю та його сполук), R і N (зі смугами CN і С2), S (зі смугами ZrO).
Нещодавно були введені наступні за М спектральні класи L і Т, до яких належать найменші та найхолодніші зорі та суб-зорі — об'єкти, проміжні між зорями та планетами.
Основні дані про зорі деяких спектральних класів головної послідовності по відношенню до Сонця наведено у табл. 7.
Таблиця 7 Характеристики зір головної послідовності
Спектральний
клас
|
Маса,
|
Радіус,
|
Світність,
к
|
Час життя на ГП, років
|
В
|
17—3,2
|
9—2,8
|
30 000— 100
|
8-Ю6 4-Ю8
|
113
g-BANOHL
Розділ II
Закінчення таблиці 7
|
Спектральний
клас
|
Маса,
|
Радіус,
|
Світність,
|
Час життя на ГП,
років
|
А
|
3,2—1,5
|
2,8—1,25
|
100—4,8
|
4-Ю8 4-Ю9
|
F
|
1,5-1,02
|
1,25— 1,02
|
4,8-1,2
|
4-Ю9—1,1-Ю10
|
G
|
1,02— 0,74
|
1,02— 0,74
|
1,2—0,35
|
1,110і0 —1,7-1010
|
К
|
0,74— 0,31
|
0,74— 0,33
|
0,35— 0,03
|
1,7-1010—2,8-Ю11
|
Найважливіпіою з цих характеристик є маса. Вона визначає положення зір ГП на діаграмі Герцшпрунга—Рессела й решту їхніх характеристик.
Принаймні половина зір нашої Галактики входить до складу подвійних зоряних систем. Основою їхньої класифікації є спосіб виявлення подвійності (табл. 8).
Таблиця 8
Подвійні зорі
Тип
|
Спосіб виявлення
|
Оптичні подвійні
|
Зорі, близькі лише на небесній сфері, але віддалені в просторі
|
Фізичні подвійні
|
Зорі, близькі в просторі та пов'язані
гравітаційно
|
Візуально-подвійні
|
Компоненти системи розділяються під час візуальних спостережень в телескоп
|
Затемнювано-подвійні
|
Подвійна зоря періодично змінює свій блиск унаслідок затемнень одного компонента іншим
|
Спектрально-подвійні
|
Періодично подвоюються або зміщуються лінії в спектрі зорі
|
Звичайно, певна подвійна система може належати одночасно не до одного типу. Виняткове значення подвійні зорі мають тому, що вивчення орбітального руху їхніх компонент — це єдиний прямий спосіб визначення мас зір (за допомогою третього
114
g-BANOHL
Розробки окремих уроків
закону Кеплера). Надзвичайно цікаві процеси можуть відбуватися в тісних подвійних системах (ТПС). ТПС — це подвійна зоря, у якій один із компонентів заповнює свою порожнину Ро-ша, що уможливлює перетікання речовини цього компонента на інший. Порожнина Ропіа — це простір навколо компонента подвійної системи, обмежений відстанню від центра цього компонента до внутрішньої точки лібрації.
Основні відомості про нестаціонарні зорі наведено у табл. 9.
Таблиця 9
|
|
|
|
Нестаціонарн]
|
L3OP1
|
|
|
Тип
|
Спектральний клас
|
Період
|
Амплітуда
|
Фізичний механізм
|
|
|
|
1. Змінні зорі
|
|
|
|
|
|
1.1. Фізичні змінні
|
|
|
уючі змінні:
|
Цефеїди
|
Fg
|
,Gg
|
|
Ґ—70d
|
o,r
|
— 2"
|
Зміна температури й радіуса при зміні прозорості внаслідок йонізації та рекомбінації Не+
|
Пульс
|
Типу RR Ліри
|
А,
|
F
|
|
0,2d— l,2d
|
0,5"
|
— 2m
|
Зміна температури й радіуса
|
|
Типу Міри Кита
|
м,
|
S
|
|
80d 1000d
|
2,5"-
|
10"
|
Те саме
|
Спалахуючі зорі
|
м
|
|
|
—
|
1"
|
-5m
|
Конвективні рухи в магнітних полях
|
Нові зорі
|
М, білий карлик (б.к.)
|
|
—
|
10"
|
13m
|
Термоядерний вибух унаслідок акреції газу з червоного карлика на б. к.
|
|
|
1
|
.2. Затемнювані змінні
|
|
|
Зміна блиску викликана затемненням у подвійній системі одного компонента іншим
|
115
g-BANOHL
g-BANOHL
Розділ II
Закінчення таблиці 9
Тип
|
Спектральний клас
|
Амплітуда
|
Фізичний механізм
|
2. Наднові зорі
|
Наднові типу Іа
|
F, G;6.k.
|
19"
|
Спалах білого карлика при акреції на нього речовини в ТПС
|
Наднові типу 16
|
0
|
19"
|
Кінцева стадія еволюції sipWR
|
Наднові типу II
|
0, В
|
17"
|
Вибух С—0 ядра в зір із масою, більшою від 8 мас Сонця
|
Позначка g означає, що ці зорі — гіганти. Зорі WR (зорі Вольфа—Райє) — це гарячі зорі з протяжними оболонками, що розширюються, та емісійними лініями в спектрі.
І, нарешті, одне філологічне зауваження. Для позначення об'єкта, про який ідеться, в українській мові можливі два терміни — «зоря» і «зірка». Перший є нібито кращим, бо він підкреслює те, що ці об'єкти великого розміру. Але поняття «великий» та «малий» відносні. Зоря дуже мала порівняно з Галактикою, тому припустиме вживання обох цих термінів.
т
Абсолютна зоряна величина; видима зоряна величина; головна послідовність зір; білі карлики; червоні гіганти; блакитні гіганти; спектральні класи; діаграма «спектр—світність»; парсек; північний полярний ряд; світність зорі.
Відповіді на тести та вправи з підручника «Астрономія-11» 13.1. Г; Д. 13.2. Г. 13.3. Е. 13.4. Є. 13.5. Г.
-
Найвищу температуру мають зорі спектрального класу О.
-
Видима зоряна величина визначає кількість енергії, яка
потрапляє від зорі в наше око, якщо ми проводимо спо-
Ї Ї6
Розробки окремих уроків
стереження на поверхні Землі. Абсолютна зоряна величина визначає кількість енергії, яка потрапляла б до нашого ока, якби ми перебували на стандартній відстані 10 пк.
-
Астрономи визначають температуру зір за допомогою за
конів випромінювання абсолютно чорного тіла — законів
Стефана—Больцмана та Віна.
-
Найвищу температуру фотосфери мають зорі синього ко
льору, а найменшу — червоні.
-
Зорі, що мають меншу від Землі масу, не можуть існувати.
Зорі, радіус яких менший за радіус Землі, існують — це
нейтронні зорі.
-
Наприклад, якщо це Вега, вона буде в 54 рази яскравішою
за Сонце.
13.128,3 пк = 27 св. р.
Додаткові тести та вправи й відповіді на них
13.1. Що вимірюється парсеками?
А. Паралакси. Б. Відстань до планет. В. Відстань до галактик. Г. Світність зір. Д. Відстань до зір. Відповідь. В; Д.
13.2. Неозброєним оком на небі можна побачити найслабкіші
зорі такої видимої зоряної величини:
А. +Г . Б. +6т . В. +10т . Г. -Г . Д. 0т . Відповідь. Б.
13.3. Яка зоря є найяскравішою на нашому нічному небі?
А. Вега. Б. Сиріус. В. Капелла. Г. Полярна зоря. Д. Альтаїр. Відповідь. Б.
13.4. Річний паралакс зорі дорівнює Ґ. На якій відстані знахо
диться зоря?
А. 1 пк. Б. 1 а. о. В. 3,26 св. р. Г. 206 265 а. о. Д. 1 св. р. Відповідь. А; В; Г.
13.5. Зорі якого кольору мають найнижчу температуру?
А. Білі. Б. Жовті. В. Червоні. Г. Зелені. Д. Сині.
Відповідь. В.
ЇЇ7
g-BANOHL
Розділ II
13.6. 1 парсек дорівнює:
А. -1013 км. Б. -3-Ю13 км. В. 1010 км. Г. =3,26 св. р. Д. 206 265 а. о. Відповідь. Б; Г; Д.
13.7. Зорі білі карлики бувають:
А. За розмірами менші від Землі. Б. За розмірами більші від Сонця. В. За масою менші від Землі. Г. За масою більші від Сонця. Д. За густиною менші від густини води. Відповідь. А; Г.
13.8. Світність зорі визначає:
А. Потужність випромінювання зорі. Б. Видиму зоряну величину. В. Абсолютну зоряну величину. Г. Абсолютну температуру зорі. Д. Радіус зорі. Відповідь. А; В.
13.9. Яка зоря є найяскравішою на земному небі?
А. Вега. Б. Сиріус. В. Капелла. Г. Сонце. Д. Альтаїр. Відповідь. Г.
13.10. Зорі червоні гіганти бувають:
А. За розмірами менші від Землі. Б. За розмірами більші за Сонце. В. За масою менші від Землі. Г. За масою більші за Сонце. Д. За густиною більші за густину води. Відповідь. Б; Г.
13.11. Визначити, у скільки разів зоря Капелла (0т) яскравіша
за Полярну (+2т).
Розв'язання. За допомогою формули Погсона визначаємо:
2
13.12. Скільки зір п'ятої зоряної величини мають таку ж яскра
вість, як зоря Вега (0
Відповідь. 100.
13.13. Обчисліть радіус зорі Антарес, якщо вона має світність
у 6300 разів більшу від Сонця й температуру поверхні
3000 К.
Розв'язання. За формулою (13.11) у підручнику «Астроно-мія-11» знаходимо: RA = 295і?о .
13.14. Визначити відстань до зорі Денеб, якщо видимазорянаве-
личина цієї зорі +1,Зт , а абсолютна дорівнює -7,4т .
Розв'язання. Із формули 2.2, с. 15 у підручнику «Астроно-
мія-11» знаходимо відстань: г = 10 =550 пк.
ЇІ8
g-BANOHL
Розробки окремих уроків
13.15. Визначити видиму зоряну величину Сонця для аборигенів, які живуть на планеті, що обертається навколо зорі Арктур. У якому сузір'ї буде видно Сонце? Розв'язання. За таблицею на с. 138 у підручнику «Астрономія- 11» визначаємо, що Арктур знаходиться на відстані 11 пк. На такій відстані видима зоряна величина приблизно дорівнює абсолютній, тобто з Арктура видима зоряна величина дорівнюватиме +5т . Сонце буде видно в напрямку сузір'я Кита.
УРОК 14
Достарыңызбен бөлісу: |