Характеристика звёзд

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Мая 2015 в 16:00, реферат

Описание работы

В начале ХХ в., особенно после 1920 года, произошёл переворот в научных представлениях о звёздах. Их начали рассматривать как физические тела; стали изучаться структура звезды, условия равновесия их вещества, источники энергии. Этот переворот был связан с успехами атомной физики, которые привели к количественной теории звёздных спектров, и с достижениями ядерной физики, давшими возможность провести аналогичные расчёты источников энергии и внутреннего строения звезды.

Содержание работы

Введение ………………………………………………………………………… 3
1. Общие сведения о звездах …………………………………………………... 5
2. Структура звезд и источники звездной энергии …………………………… 7
3. Двойные звезды ……………………………………………………………… 11
4. Массы звезд ………………………………………………………………….. 14
5. Светимости звезд и расстояние до них …………………………………….. 15
6. Цвет, температура и спектральные классы звезд …………………………. 18
7. Радиусы звезд ………………………………………………………………... 30
8. Вращение звезд ……………………………………………………………… 31
Заключение …………………………………………………………………….. 34
Список литературы ……………………………………………………………. 35
Приложение 1 ………………………………………………………………….. 36

Файлы: 1 файл

РЕФЕРАТ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗВЕЗД.docx

— 318.93 Кб (Скачать файл)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

(ВлГУ)

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Естественнонаучная картина мира»

на тему:

 

«Характеристика звёзд»

 

Выполнил:

студентка группы 1ЗХГ113

заочной формы обучения

Т.А.Веселова

 

Проверил:

Л.И.Губернаторова

 

Владимир 2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ………………………………………………………………………… 3

1. Общие сведения о  звездах …………………………………………………... 5

2. Структура звезд и  источники звездной энергии …………………………… 7

3. Двойные звезды ……………………………………………………………… 11

4. Массы звезд ………………………………………………………………….. 14

5. Светимости звезд и расстояние до них …………………………………….. 15

6. Цвет, температура и спектральные классы звезд …………………………. 18

7. Радиусы звезд ………………………………………………………………... 30

8. Вращение звезд ……………………………………………………………… 31

Заключение …………………………………………………………………….. 34

Список литературы ……………………………………………………………. 35

Приложение 1 ………………………………………………………………….. 36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Еще в древние времена люди видели на небе множество звезд, и хотели понять, что же они из себя представляют. Объяснить природу звезд пытались еще в древности, однако, понять, что такое звезда смогли лишь в XX веке.

Что такое звезды? Поверхностный взгляд найдет сходство между звездами и планетами. Ведь и планеты при наблюдении простым глазом видны как светящиеся точки различной яркости. Однако уже за несколько тысячелетий до нас внимательные наблюдатели неба – пастухи и земледельцы, мореплаватели и участники караванных переходов – приходили к убеждению, что звезды и планеты – различные по своей природе явления. Планеты, так же как Луна и Солнце, изменяют свое положение на небе, перемещаются из одного созвездия в другое и за год успевают пройти значительный путь, а звезды неподвижны одна относительно другой. Даже глубокие старики видят очертания созвездий совершенно такими же, какими они их видели в детстве.

В результате огромной работы, проделанной астрономами ряда стран в течение последних десятилетий, мы многое узнали о различных характеристиках звезд, природе их излучения и даже эволюции. Как это ни покажется парадоксальным, сейчас мы гораздо лучше представляем образование и эволюцию многих типов звезд, чем собственной планетной системы. В какой-то степени это понятно: астрономы наблюдают огромное множество звезд, находящихся на различных стадиях эволюции, в то время как непосредственно наблюдать другие планетные системы мы пока не можем.

Изучение звёзд было вызвано потребностями материальной  жизни  общества (необходимость ориентировки при путешествиях, создание календаря, определение точного времени). Уже в глубокой древности звёздное небо было разделено на созвездия. Долгое время звёзды считались неподвижными  точками, по отношению к которым  наблюдались  движения  планет  и  комет.

В начале ХХ в., особенно после 1920 года,  произошёл переворот в  научных представлениях о звёздах.  Их  начали  рассматривать  как  физические  тела; стали изучаться структура звезды, условия равновесия их вещества,  источники энергии. Этот переворот был связан с успехами атомной физики,  которые привели к количественной теории звёздных спектров, и с достижениями  ядерной физики, давшими возможность провести аналогичные расчёты источников энергии и внутреннего строения звезды.

В середине ХХ в. исследования звёзд приобрели ещё большую глубину в связи с расширением наблюдательных возможностей и применением электронных вычислительных машин. Большие успехи были достигнуты также в изучении процессов переноса энергии  в  фотосферах  звёзд  и в исследованиях структуры и динамики звёздных систем.

В своем реферате я хотела бы рассмотреть важнейшие характеристики звезд, а также их строение и источники энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗВЁЗДАХ

Звезда – это излучающий свет,  массивный газовый шар, удерживаемый силами собственной гравитации и внутренним давлением, в недрах которого происходят (или происходили ранее) реакции термоядерного синтеза. 

Это небесные тела, по своей природе сходные с Солнцем. Число звёзд, видимых невооружённым глазом на обоих полушариях небесной сферы в безлунную ночь, составляет около шесть тысяч. В мощные телескопы видны миллиарды звёзд.

Наиболее многочисленный тип звезд в наблюдаемой Вселенной составляют звезды главной последовательности. К этому типу принадлежит и Солнце. К главной последовательности относятся те звезды, которые находятся в основной фазе своей эволюции. Это, если сравнивать с человеком, период зрелости, период относительной устойчивости. Все звезды проходят эту фазу. Одни быстрее (тяжелые звезды), другие медленнее (легкие звезды). В жизни каждой звезды этот период является самым продолжительным.

Звёздный мир чрезвычайно многообразен. Некоторые звёзды в миллионы  раз больше (по объёму) и ярче Солнца (звёзды-гиганты); в то же время  имеется множество звёзд, которые по размерам и  количеству  излучаемой ими энергии значительно уступают  Солнцу  (звёзды-карлики). Звёзды бывают разреженные и чрезвычайно плотные. 

Основными характеристиками звезды являются: масса,  радиус (не  считая  внешних прозрачных слоев), светимость (полное количество излучаемой  энергии).  Кроме основных параметров, употребляются их производные: эффективная  температура; спектральный класс, характеризующий степень ионизации и возбуждения  атомов в атмосфере звезды; абсолютная звёздная величина;  показатель цвета.

     Изучение спектров  звёзд  позволяет  определить  химический  состав  их атмосфер. Звёзды, как и Солнце, состоят из тех же химических  элементов,  что и все тела на Земле. В звёзде преобладают водород – около 70% по весу – и гелий – около  25%, остальные элементы, среди которых наиболее обильны  кислород, азот, железо, углерод, неон, встречаются почти точно в том же соотношении, что и на Земле. Для наблюдений пока доступны лишь внешние слои звезды. Однако сопоставление данных непосредственных наблюдений с выводами, вытекающими из общих законов физики, позволило построить теорию внутреннего строения звезды и источников звёздной энергии.

Звёзды часто расположены парами, обращающимися вокруг общего центра масс; такие звёзды называются двойными звёздами. Встречаются  также тройные и кратные системы звёзд.

     Взаимное расположение звёзд с течением времени медленно изменяется вследствие их движений в Галактике. Звёзды образуют в пространстве огромные звёздные системы – галактики. В состав нашей Галактики (к которой принадлежит Солнце) входит более ста миллиардов звёзд. Изучение строения Галактики показывает, что многие звёзды группируются в звёздные  скопления, звёздные ассоциации и другие образования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. СТРУКТУРА ЗВЕЗД  И ИСТОЧНИКИ ЗВЁЗДНОЙ ЭНЕРГИИ

В общем случае у звезды, находящейся на главной последовательности, можно выделить три внутренние зоны: ядро, конвективную зону и зону лучистого переноса.

Ядро – это центральная область звезды, в которой идут ядерные реакции.

Конвективная зона – зона, в которой перенос энергии происходит за счёт конвекции. Для звёзд с массой меньше половины массы солнечной это занимает все пространство от поверхности ядра, до поверхности фотосферы. Для звёзд с массой, сравнимой с солнечной, конвективная часть находится на самом верху, над лучистой зоной. А для массивных звезд она находится внутри, под лучистой зоной.

Лучистая зона – зона, в которой перенос энергии происходит за счёт излучения фотонов. Для массивных звёзд эта зона расположена между ядром и конвективной зоной, у маломассивных она отсутствует, а у звёзд больше массы Солнца находится у поверхности.

На более поздних стадиях добавляются дополнительные слои, в которых идут ядерные реакции с элементами, отличными от водорода. И чем больше масса, тем больше таких слоев. У звёзд с массой, на 1-2 порядка превышающей массу Солнца, таких слоев может быть шесть, где в верхнем, первом слое всё ещё горит водород, а в нижнем идут реакции превращения углерода в более тяжёлые элементы, вплоть до железа. В таком случае в недрах звезды расположено инертное, в плане ядерных реакций, железное ядро.

Над поверхностью звезды находится атмосфера, как правило, состоящая из трех частей: фотосферы, хромосферы и короны. Фотосфера – самая глубокая часть атмосферы, в её нижних слоях формируется непрерывный спектр.

Наиболее очевидным свойством звезд является то, что они светятся, точнее, являются самосветящимися телами. За счет чего покрываются их энергетические потери? Этот вопрос возник, как только был сформулирован закон сохранения энергии, однако найти исчерпывающий ответ на него сумели лишь век спустя.

Первоначально считалось, что главная причина состоит в огромной мощности выделения энергии на Солнце и звездах. В действительности дело вовсе не в этом. Удельный темп энерговыделения на Солнце и в звездах более чем скромный. Так, в расчете на один грамм своего вещества Солнце ежесекундно выделяет всего по 2 эрга1. По обыденным земным меркам это совершенно ничтожный темп энерговыделения – как в куче гниющих осенних листьев. В человеческом теле темп выделения энергии на четыре порядка выше, чем в Солнце. Однако чтобы поддерживать такой уровень производства энергии, нам нужно трижды в день есть. А Солнце (и звезды) светят миллиарды лет, не питаясь. За это время они успевают «высветить» действительно огромные количества энергии. Откуда же она черпается?

Вопрос об источниках энергии звезд был поставлен в 40-е годы XIX века, с открытием закона сохранения энергии. Сразу же стало ясно, что источником энергии в принципе может быть гравитация. Так, Роберт Мейер, один из отцов закона сохранения энергии, полагал, что Солнце светится за счет кинетической энергии выпадающего на него метеорного вещества. Любопытно, что в течение многих десятилетий гипотеза Мейера считалась чуть ли не смехотворной и упоминалась лишь как исторический курьез. Однако теперь мы знаем, что модернизированный вариант механизма Мейера – аккреция – играет в мире звезд важную роль.

Другой ученый, в чьих первых трудах приведена формулировка принципа сохранения энергии, Герман Гельмгольц2 предположил, что свечение Солнца может поддерживаться его медленным вековым сжатием, что приводит, разумеется, к выделению гравитационной энергии. Вскоре вслед за Гельмгольцем Уильям Томсон3 уточнил его оценку времени такого сжатия, учтя неоднородность в распределении солнечного вещества вдоль радиуса. За счет такого, как мы теперь говорим, кельвиновского сжатия Солнце могло бы, заметно не меняясь, светить лишь десятки миллионов лет. Любопытно, что сам Кельвин, а вслед за ним и многие другие, рассматривали это как серьезный аргумент против правильности дарвиновских представлений о биологической эволюции, требовавшей по крайней мере на порядок больших времен. В конце XIX века вера в закон сохранения энергии была незыблема – а никакого другого источника энергии звезд, кроме самогравитации, видно не было. Правда, оценки возраста Земли, получавшиеся средствами геологии, давали, по крайней мере, сотни миллионов лет, что указывало на необходимость поиска какого-то дополнительного источника солнечной энергии.

Ситуация резко обострилась вскоре после открытия радиоактивности. Первые же надежные определения возраста Земли показали, что он не менее 1.5 миллиарда лет (современная оценка – 4.6 миллиарда). Отыскание источника энергии Солнца и звезд стало одной из важнейших проблем естествознания.

Итак, основным источником энергии звезды являются термоядерные  реакции,  при которых  из  лёгких  ядер  образуются  более  тяжёлые;  чаще  всего  это – превращение водорода в гелий. В звезде с  массой,  меньшей  двух  солнечных, оно происходит  главным  образом  путём  соединения  двух  протонов  в  ядро дейтерия, затем превращением дейтерия в изотоп He3 путём захвата протона  и, наконец, превращением двух ядер He3 в He4 и два протона. В  более  массивных звездах   преобладает   углеродно-азотная   циклическая   реакция:   углерод захватывает  последовательно  4  протона,  выделяя  попутно  два  позитрона, превращается  сначала  в  азот,  затем  распадается  на  гелий  и   углерод. Окончательным результатом  обеих  реакций  является  синтез  ядра  гелия  из четырёх ядер  водорода  с  выделением  энергии:  ядра  азота  и  углерода  в углеродно-азотной реакции играют лишь роль катализатора. Для сближения  ядер на  такое  расстояние,  когда  может  произойти  захват,  нужно   преодолеть электростатическое отталкивание,  поэтому  реакции  могут  идти  только  при температурах, превышающих 107  градусов.  Такие  температуры  встречаются  в самых центральных частях звезд. В звездах  малых  масс,  где  температура  в центре недостаточна для  термоядерных  реакций,  источником  энергии  служит гравитационное сжатие звезды.

Поскольку водород – основная составляющая звездного вещества (около 70% по массе) и поскольку при синтезе гелия выделяется большая часть ядерной энергии, запасенной в веществе, основную часть своей жизни звезды светят, сжигая водород.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ДВОЙНЫЕ ЗВЁЗДЫ

Звезды в небесном пространстве существуют в виде скоплений, ассоциаций, а не как единичные тела. Звездные скопления могут быть усеяны звездами очень густо или нет. Между звездами могут существовать и более тесные связи, речь идет о двойных звездах, или о двойных системах, как их называют астрономы. В паре звезд эволюция одной непосредственно влияет и на вторую.

Открытие двойных звезд, в настоящее время их именно так называют, стало одним из первых открытий, осуществленных при помощи астрономического бинокля. Первой парой этого типа звезд стала Мицар из созвездий Большой Медведицы. Открытие сделал итальянский астроном Риччоли. Учитывая огромное количество звезд во Вселенной, ученые пришли к выводу, что Мицар среди них не единственная двойная система, и оказались правы, вскоре наблюдения подтвердили эту гипотезу. В 1804 г. известный астроном Уильям Гершель4, посвятивший 24 года научным наблюдениям, опубликовал каталог, содержащий описание примерно 700 двойных звезд. Вначале ученые не знали точно, связаны ли физически друг с другом компоненты двойной системы.

Информация о работе Характеристика звёзд