Category Archives: Всесвіт

Екзопланети

 

Порівняно недавно ми лише могли здогадуватись про існування планет навколо інших зірок. Але нині це вже реальність. Астрономи навчились виявляти планетні системи біля далеких зірок та розраховувати їх розміри. Називають такі планети – екзопланети (напевно від “екзотична планета”). Про одну з таких системи розповідає відео, яке я знайшла на сайті NASA.

 

Advertisements

Діаграма спектр – світність

Зорі відрізняються одна від одної блиском. кольором, температурою. Яскравість зірок багато в чому залежить від  відстані до них. Тож порівняти яскравість зірок можна лише для тих, що знаходяться на однаковій відстані. Та астрономи знайшли вихід. Існує поняття абсолютної зоряної величини. Абсолютна зоряна величина показує яку яскравість мала б зоря , якби вона знаходилась на відстані 10 пк від спостерігача. Температура поверхні та яскравість зорі досить примітні характеристики зір. На них звернули увагу вчені.

Незалежно один від одного Ейнар Герцшпрунг  та Генрі Ресел вирішили побудувати графічну залежність поділу зір на групи за яскравістю та температурою. Нині така діаграма носить назву діаграми Герцшпрунга – Ресела.  По горизонталі йде вісь на якій відображена температура, а по вертикалі абсолютна зоряна величина. В більш сучасному варіанті по горизонталі зазначають спектральний клас зорі тому інша назва діаграми: діаграма спектр – світність. Дана діаграма дає можливість прослідкувати як зорі поділяються на класи: гіганти, надгіганти, зорі головної послідовності, білі карлики. Подібні діаграми побудовані для зоряних скупчень дають можливість встановити етапи розвитку зір. За цією діаграмою ми бачимо що світ зірок динамічний та мінливий, хоча для того щоб простежити за цією мінливістю не вистачить людського життя.

Чорні діри – монстри Всесвіту

Чорна діра — астрофізичний об’єкт, який створює настільки потужну силу тяжіння, що жодні, як завгодно швидкі частинки, не можуть покинути його поверхню, навіть світло..

Назву «Чорна діра» придумав у 1968 році американський фізик Джон Арчибальд Вілер (John Archibald Wheeler). Раніше говорили, що зоря знаходиться в стані гравітаційного колапсу (інша назва колапсар).

В 1783 році англійський геолог і астроном Джон Мічелл (1724 – 1793) першим припустив, що в природі можуть існувати такі масивні зорі, що навіть промінь світла не здатен залишити їх поверхню. Цю ж ідею висловив у своїй книзі «Система світу» (1796) французький математик і астроном П’єр Симон Лаплас. Він провів нескладні розрахунки після яких написав: «Яскрава зоря із густиною рівною густині Землі та діаметром в 250 разів більшим за діаметр Сонця не дасть жодному світловому променю долетіти до нас із – за свого тяжіння; тому, можливо, що найбільш яскраві небесні тіла у Всесвіті будуть через це невидимі для нас». Можливо це заставило Лапласа назвати такі об’єкти «монстрами Всесвіту».

Нині є доведеним фактом те що в центрі кожної галактики знаходиться чорна діра. До народження чорних дір призводить вибух масивної зорі в кінці її життєвого шляху. Якщо в наслідок такого вибуху зоря зменшить свої розміри до величини гравітаційного радіусу то вона стане чорною дірою (ЧД). Гравітаційний радіус (або радіус сфери Шварцшильда) можна розрахувати для кожного об’єкта за формулою:

Тут М – маса тіла, с – швидкість світла, G – гравітаційна стала.

Густина речовини у чорній дірі становить ≈2∙1016 г/см3. Для порівняння густина атомного ядра ≈1014 г/см3. Здається неможливо навіть уявити, які процеси відбуваються в середині тіла з такою надзвичайною густиною. Однак якщо ми візьмемо тіло із масою в міліони разів більшою за масу Сонця, то виявиться, що радіус сфери Шварцшильда для такого тіла буде досить великим, і тоді густина речовини не виходитиме за межі звичних нам значень. Тобто наш Всесвіт може для стороннього спостерігача виглядати як Чорна діра. Можливо саме тому побудує думка, що ЧД це точки переходу в інші Всесвіти.

Довгий час вважали, що виявити ЧД практично не можливо. Однак нині ми вже навчились їх знаходити.

ЧД може світитись! Так саме світитись. Якщо поблизу неї виявиться звичайна зоря. То ЧД захопить її речовину і буде втягувати цей плазменний коктейль в свої надра. Тоді в просторі ми будемо бачити як із зорі тягнеться довгий шлейф зоряної речовини та закручується навколо «чогось», що ми побачити не можемо. Отож монстри Всесвіту живляться поглинаючи зорі, які трапляються на їх шляху.

Є ще один шлях виявлення ЧД, більш тривалий та менш ефектний, однак він дає можливість виявити ті об’єкти, котрі не зустріли на своєму шляху зоряні жертви. Мова йде про вивчення фотографій окремих ділянок неба і виявлення ефекту гравітаційного лінзування. Коли світлові промені від зірок потрапляють у величезне поле тяжіння ЧД то вони будуть відхилятись від прямолінійного шляху, загальна картина буде сильно спотворена, а яскравість зорі збільшена. Крім того ЧД на своєму шляху створюватиме ефект перекривання променів, частина зір ставатиме невидимою, їх закриватиме чорна порожнеча.

Моделювання гравітаційного лінзування чорною дірою, яка викривляє зображення галактики перед якою вона проходить.

Джерело зображення тут:

Ось такі вони загадкові Чорні діри. Іншим разом мова піде про надзвичайні властивості простору – часу біля цих об’єктів.

Зоряне небо – погляд у минуле

Коли ми дивимось на небо то рідко коли замислюємось над тим які відстані розділяють  зорі і прсторі. А між тим милуючись зоряним небом ми насправді бачимо минуле Всесвіту, а не сучасність.

zori

Світло рухається із швидкістю 300 000 км/с. Від Сонця до Землі світловий промінь дійде за 8 хвилин і 20 секунд. Однією із одиниць вимірювання космічних відстаней є світловий рік.

Світловіий рік це відстань, котру подолає світловий промінь за один рік.

1св.рік ≈  1013 км

Найближча до нашого світила зоря Проксима в сузір’ї Центавра знаходиться на відстані 4,2 св.роки, отож якщо сьогодні на цій зорі станеться вибух, то ми дізнаємось про це лише через чотири з половиною роки.

Нещодавно наші телескопи сфотографували  у сузір’ї Орла величний  хмари зоретворення. Їх так і назвали Стовпи творення. Однак якщо ми згадаємо що сузір’я Орла знаходиться на відстані 7000 світлових років від нас то зрозуміємо, що на фотографії зафіксовано те що відбувалось за довго до будівництва піраміди Хеопса.

orel

Область зоретворення в сузір’ї Орла

Коли ми розглядаємо фотографії ядра Галактики, то забуваємо про те що ми бачимо картинку, котру несли до нас світлові промені на протязі 25 000 років.

Якщо завтра в Туманності  Андромеди станеться катастрофа, то ми ніколи не дізнаємось про неї, інформація про це долетить до Сонячної системи через 2,5 мільйони років.

Отож коли ми дивимось на небо то варто пам’ятати, що якби нам випала нагода спостерігати всі небесні світила в реальному часі, то небо мало б дещо інший вигляд.

Виникає думка: «То чи варто спостерігати події, котрі відбулись давно?». Так варто. Ми отримуємо інформацію про зорі завдяки тому випромінюванню яке долітає до нас від зірок. І навіть якщо ми знаємо, що подія відбулась багато сотень років тому для нас це немає великого значення до тих пір поки ми не надумаємо летіти до цієї зорі. От тоді варто знати, що нас чекатиме там. Однак подорожі до далеких зоряних систем це події далекого майбутнього, а якби і полетіли ми нині, то за час польоту може відбутись чимало змін в точці куди прямуватиме наш космічний корабель.

І хоч погляд на зорі це погляд у минуле, одночасно це і погляд у майбутнє. Спостерігаючи за різними зорями тепер ми бачимо які зміни відбуваються з ними в різні періоди їх еволюції, а значить і можемо передбачити які зміни чекають ту чи іншу зорю і через скільки часу. А чи справді це так перевірять наші нащадки.

Монстри Всесвіту

Пригадуєте початок роману “Туманність Андромеди”. Герої зустрілись із невидимою зорею і мало не загинули в полі її гравітації.

Про існування майже невидимих зірок із величезною гравітацією здогадувались давно. Наприкінці ХVIII століття (1798р) французький математик, фізик і астроном П’єр Сімон Лаплас спробував застосувати закон всесвітнього тяжіння до світлових корпускул (фотонів, в сучасній термінології). Коли він провів не складні обчислення то не повірив своїм очам та формули свідчили: у Всесвіті можуть існувати об’єкти, сила тяжіння яких буде така велика, що навіть світлові кванти не зможуть подолати її та полинути в простір. Такі тіла він у своїх записках назвав монстрами Всесвіту.

Довгий час висновки Лапласа здавались лише грою уяви та математичних формул. Однак, майже через сто років, подібні дослідження та обчислення почав проводити німецький вчений, математик та астроном Карл Шварцшильд. Він використав для своїх обчислень рівняння щойно створеної Ейнштейном ЗТВ (загальної теорії відносності). Він почав визначати величину гравітаційного поля довкола сферичного симетрияного тіла і був здивований не менше ніж Лаплас.

Шварцшильд побачив, що прискорення сили тяжіння і вага всіх тіл на поверхні центрального небесного тіла прагнуть до … безконечності, якщо радіус цього тіла зменшується і наближається до певного критичного значення, названого радіусом сфери Шварцшильда. І найдивовижніше було те, що цей критичний радіус такий самий як і гравітаційний радіус обчислений Лапласом на основі Ньютонівської теорії. Гравітаційний радіус можна обчислити за формулою:

Безымянныйде G – гравітаційна стала; M – маса тіла; c – швидкість світла.

Відомо, що на певному етапі свого розвитку зорі вибухають і спалахують як нові. однак коли такий вибух відбувається із зорею маса якої лежить в межах більших від 2,5 – 3 маси Сонця, то піля вибуху починається катастрофічне стискання зорі яке неможливо зупинити. Цей процес називають гравітаційним колапсом. В результаті ми отримуємо чорну діру.

Чому “чорна” зрозуміло. Якщо назовні названої сфери не може вирватись жодне випромінювання, то такий об’єкт для нас буде виглядати як абсолютно чорне тіло. Але чому “діра”?

Із обчислень отриманих Шварцшильдом випливає, що при гравітаційному колапсі сила ваги поблизу такого об’єкта буде нескінченна.

У ЗТВ силу тяжіння ототожнюють з викривленням простору. Тобто  простір можна уявити як туго натягнуту плівку. В тому місці де знаходиться тіло, що має масу плівка буде прогинатись і кривизна цьго прогинання визначативме силу гравітації поблизу тіла. З розрахунків Шварцшильда випливає що кривизна простору біля колапсара сягає нескінченності. Простір не витримує і розривається.  В нашій просторовій плівці утворюється дірка, так як вона утворилась би, якби на натягнуту гумову плівку поклали дуже тяжку кульку. Таким чином в просторі матимемо дірку в яку буде провалюватись все: речовина, світло, наше тіло.

Довгий час вважалось, що виявити такі дірки в космосі із Землі неможливо. Однак нині вчені навчились це робити. Один із способів полягає в тому , що чорні дірки перетягують в себе речовину звичайних зірок, що знаходяться поблизу них. Речовина видимої зорі закручується навколо сфери чорної діри утворюючи характерний диск, в центрі якого чорна безодня. а хвіст тягнеться до зорі. Така картина може існувати в просторі дость тривалий час. На сайті НАСА було опубліковане відео, котре показує цей процес у дещо прискореному вигляді.

Розетта : посадка на комету

Це фільм про дослідження комети Чурюмова – Герасименко. Знайшла його на You Tube.  Фільм National Geographic.

Літнє небо

Починати спостерігати за зорями влітку потрібно досить пізно. Це і зрозуміло, дні довші. Однак для тих хто діждеться появи зір на небі, відривається чудовий світ літніх сузір’їв.

Для пошуку сузір’їв влітку зручно використовувати літній трикутник утворений найяскравішими зорями літнього неба: Вега (сузір’я Ліри), Арктур (сузір’я Волопаса) та Денеб (сузір’я Лебедя). Ці зорі утворюють літній трикутник, який легко побачити на зоряному небу влітку.

Отже ми таким чином знаходимо на небі три красивих сузір’я за трьома яскравими зорями

litniy trikutnik

На схемі також видно два невеликі сузір’я Дельфіна та Стріли.

Взагалі для тих хто лише вчиться знаходити сузір’я на небі існує проста схема, якою можна скористатись замість карти зоряного неба.

зоряне небо 1

З часом можна навчитись знаходити і інші зорі та групи зір уже за допомогою карти.

 

Життя і смерть зорі

Сьогодні я хочу розповісти про те як народжуються, живуть та помирають зорі. В глибинах всесвіту величезні території займають газо – пилові комплекси. Величезні хмари утворюють туманності котрі дуже часто мають надзвичайно цікаві форми. Саме туманності і є тим середовищем де народжуються зорі. В силу внутрішніх гравітаційних процесів така туманність починає з часом стискатись, внутрішні шари такої газової куль починають розігріватись. І ось у космічному просторі через мільйони років утворюється протозоря: велика газова куля з високою температурою. Коли температура в центрі такої кулі досягне мільйона градусів створюється умови для термоядерних реакцій. На небі з’явиться  нова зоря. Скільки часу вона посилатиме в навколишній простір залежить від її початкової маси. Масивні білі чи блакитні зорі мають вік набагато менший ніж маленькі червоні карлики. Чи яскравіша зоря на момент свого народження тим швидше вона згоряє. Для визначення часу протягом якого зоря перебуватиме в стані гравітаційної рівноваги можна скористатись формулою:

Τ = 10103

де М маса зорі, Т час життя. Для Сонця цей час становить приблизно 10 млрд років.

Подальша доля зорі також пов’язана із її масою. Для більшості зірок після вигоряння водню настає етап розширення. В центрі залишається гаряче гелієве ядро, азовнішня оболонка насичена продуктами згоряння (вуглецем та іншими) поступововіддаляється від ядра. Розміри зоря значно збільшуються, температура поверхні зменшується і вона переходить у стадію червоного гіганта. Для зірок масою близькою до маси Сонця цей етап закінчується грандіозним вибухом та переходом у стадію білого карлика. Власне білі карлики це ядро червоного гіганта, котре залишається після вибуху. астрономи кажуть, що в середині червоних гігантів заховані білі карлики. Спалахи які супроводжують вибух червоного гіганта часто називають “новими зорями”, хоч насправді це смерть зорі, точніше перехід старої зорі в нову стадію.

Ось така доля чекає на наше Сонце. Схематично це виглядає таким чином:

Слайд7

 

Що стосується зірок більшої маси то їх чекає інша доля. дуже гарно про це сказав академік В.Л.Гінзбург:

“Зоря може закінчити свій шлях одним із чотирьох способів: вибухнути до останку перетворитись в білий карлик або нейтронну зорю і, нарешті, стати чорною дірою.”

Але про нейтронні зорі та чорні дірки іншим разом.

Зорі та їх класифікація

zori Це невеличка презентація про класифікацію зір.

Зорі та їх будова

Зірки не залишаються вічно такими, якими ми їх бачимо. Постійно у Всесвіті народжуються та помирають зорі. Ми не можемо проникнути в надра зір, однак використовуючи наші знання про фізичні закони та властивості речовини можемо зрозуміти, що відбувається в глибинних зоряних шарах.
Зірка – розпечена газова куля, котра випромінює енергію в навколишній простір. Вага верхніх шарів газу стискує зірку, а внутрішні шари створюють силу тиску, котра намагається розширити зірку. Ці дві сили врівноважують одна одну. Чим ближче до центру зорі тим більший тиск, отже зростає температура. При температурі в десятки мільйонів градусів починається термоядерна реакція. В ядрі зорі виробляється енергія, котра випромінюється назовні. Коли температура зростає, то внутрішній тиск стає більшим і зоря розширюється, після чого реакція сповільнюється і починається охолодження після якого зоря починає стискуватись. Така пульсація робить зірку природним самокерованим термоядерним реактором.
Енергія із ядра не відразу потрапляє на поверхню. Спочатку випромінювання проходить через внутрішні шари, цей шлях може тривати дуже довго, бо промінь рухається не по прямій, а ламаній лінії. Ці шари називають зоною переносу променистої енергії.
І ось здійснивши складний та тривалий шлях промені підходять до поверхні. Верхні шари зірки вже не такі щільні і тому нагріта речовина зорі піднімається на поверхню за рахунок конвекції. Промені виходять на поверхню і випромінюються в навколишній простір. Зовнішня температура набагато менша ніж внутрішня.

зоря
Існує зв’язок між хімічним складом зірки, температурою її внутрішніх шарів та світністю. Температура внутрішніх шарів залежить також від маси зорі та її розмірів. Для вивчення зірок вчені використовують метод послідовних наближень. Вони задають різни значення параметрів зірки, співвідношення водню, гелію та важких елементів в її хімічному складі і обчислюють світність зорі. потім порівнюють отримані теоретичні розрахунки із параметрами реальних зірок. Коли ці дані співпадуть, то роблять висновок проте що задані дані близькі до реальних.
Для нашого світила встановлені такі дані: температура ядра 1,5·10К, температура поверхні 6·10К, маса Сонця 1,99·1030 кг .