Спектр звезды и ее температура тесно связаны с показателем цвета, т.е. с отношением яркостей звезды в желтом и голубом диапазонах спектра. Закон Планка, описывающий распределение энергии в спектре, дает выражение для показателя цвета: C.I. = 7200/T - 0,64. У холодных звезд показатель цвета выше, чем у горячих, т.е. холодные звезды относительно ярче в желтых лучах, чем в голубых. Горячие (голубые) звезды выглядят более яркими на обычных фотопластинках, а холодные звезды выглядят ярче для глаза и особых фотоэмульсий, чувствительных к желтым лучам.

СПЕКТРАЛЬНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ

Все разнообразие звездных спектров можно уложить в логичную систему. Гарвардская спектральная классификация впервые была представлена в Каталоге звездных спектров Генри Дрэпера, подготовленного под руководством Э.Пикеринга (1846-1919). Сначала спектры были расставлены по интенсивности линий и обозначены буквами в алфавитном порядке. Но развитая позже физическая теория спектров позволила расположить их в температурную последовательность. Буквенное обозначение спектров не изменили, и теперь порядок основных спектральных классов от горячих к холодным звездам выглядит так: O B A F G K M. Дополнительными классами R, N и S обозначены спектры, похожие на K и M, но с иным химическим составом. Между каждыми двумя классами введены подклассы, обозначенные цифрами от 0 до 9. Например, спектр типа A5 находится посередине между A0 и F0. Дополнительными буквами иногда отмечают особенности звезд: «d» - карлик, «D» - белый карлик, «p» - пекулярный (необычный) спектр.

Наиболее точную спектральную классификацию представляет система МК, созданная У.Морганом и Ф.Кинаном в Йеркской обсерватории. Это двумерная система, в которой спектры расставлены как по температуре, так и по светимости звезд. Ее преемственность с одномерной Гарвардской классификацией в том, что температурная последовательность выражена теми же буквами и цифрами (A3, K5, G2 и т.д.). Но дополнительно введены классы светимости, отмеченные римскими цифрами: Ia, Ib, II, III, IV, V и VI, соответственно указывающие на яркие сверхгиганты, сверхгиганты, яркие гиганты, нормальные гиганты, субгиганты, карлики (звезды главной последовательности) и субкарлики. Например, обозначение G2 V относится к звезде типа Солнца, а обозначение G2 III показывает, что это нормальный гигант с температурой примерно как у Солнца.

Звезды имеют самые разные цвета. У Арктура желто-оранжевый оттенок, Ригель бело-голубой, Антарес ярко-красный. Доминирующий цвет в спектре звезды зависит от температуры ее поверхности. Газовая оболочка звезды ведет себя почти как идеальный излучатель (абсолютно черное тело) и вполне подчиняется классическим законам излучения М.Планка (1858-1947), Й.Стефана (1835-1893) и В.Вина (1864-1928), связывающим температуру тела и характер его излучения.

БЛЕСК И ЯРКОСТЬ

СВЕТИМОСТЬ

Полную мощность излучения звезды во всем диапазоне электромагнитного спектра называют истинной или болометрической «светимостью». Например, светимость Солнца 3,86ґ1026 Вт. Чем больше масса нормальной звезды, тем выше ее светимость; она возрастает примерно как куб массы. Это соотношение масса - светимость сначала было найдено из наблюдений, а позже получило теоретическое обоснование.

Поток энергии, приходящий от звезды на Землю, называют «видимым блеском»; он зависит не только от истинной светимости звезды, но и от ее расстояния до Земли. Звезда низкой светимости, расположенная близко к Земле, может иметь больший блеск, чем звезда высокой светимости на большом расстоянии.

звезда атмосфера спектр температура

ТЕМПЕРАТУРА ЗВЁЗД

Одной из важнейших характеристик, определяющих физическое состояние небесных светил, является их температура. Как и остальные параметры, температура светил определяется по их излучению с помощью тех или иных теоретических предположений. В частности, полагается, что источник света находится в состоянии термодинамического равновесия.

Так как последнее не всегда имеет место в атмосферах звезд, то определения температуры светил различными методами могут значительно отличаться друг от друга. Эффективная температура звезды представляет собой температуру абсолютно черного тела, размеры которого равны размерам звезды и полное излучение которого равно полному излучению звезды.

Эффективная температура звезды определяется из закона Стефана - Больцмана Е = оТ4. Чтобы определить температуру звезды по этому уравнению, надо подсчитать полное количество энергии, излучаемое звездой в единицу времени, узнать расстояние до звезды и ее радиус, на основании этих данных определить величину Е и потом температуру.

По суммарному излучению наружных слоев звезд в предположении, что звезды излучают как абсолютно черные тела, определена поверхностная температура звезд. Эта температура меняется от 30 000 до 3000° для отдельных звезд галактик. Температура недр звезд составляет миллионы градусов. Для звезд с поверхностной температурой 30 000° температура недр, по-видимому, будет порядка 100 000 000°. Для звезд с поверхностной температурой 3000° температура недр звезд оценивается в 10 000 000°.

Солнце имеет поверхностную температуру в 6000° и температуру недр 13 000 000°. Цветовая и яркостная температура. Спектрофотометрической, или цветовой, температурой звезды называется температура абсолютно черного тела, имеющего наиболее близкое к наблюдаемому относительное распределение интенсивности излучения в рассматриваемом участке спектра. Температура звезды, определенная для разных участков ее спектра, может быть при этом различной.

Если известно относительное распределение интенсивности излучения звезды во всем видимом диапазоне, то цветовую температуру звезды можно определить по закону Вина: Температура звезды по закону Вина определяется следующим образом. Строится кривая распределения энергий звезды, и к этой кривой подбирается теоретическая кривая с наиболее близким максимумом, полученная из теории излучения абсолютно черного тела. По положению максимума и определяют цветовую температуру звезды.

Если температура звезды определяется по сравнению с формулой Планка во всем спектральном интервале, то такая температура называется яркостной. Указанные выше способы определения температуры звезд приближенны. Причины этого заключаются поглощения в спектре деления энергий во-первых, в том, что темные звезды искажают картину непрерывном спектре, а, во-вторых, характер излучения звезд отличается от излучения абсолютно черного тела.

Как известно, нагреваемый металл сначала начинает светиться красным светом, потом желтым и, наконец, белым при увеличении температуры. Также и со звездами. Красные - самые холодные, а белые (или даже голубые!) - самые горячие. Вновь вспыхнувшая звезда будет иметь цвет, соответствующий выделяемой в ее сердцевине энергии, а интенсивность этого выделения, в свою очередь, зависит от массы звезды. Значит, все нормальные звезды тем холоднее, чем они более красны, если так можно выразится. Тяжелые звезды - горячие и белые, легкие, немассивные - красные и относительно холодные. Теперь мы знаем, что самые высокие температуры соответствуют голубым звездам, самые низкие - красным. Уточним, что в этом абзаце шла речь о температурах видимых поверхностей звезд, ведь как мы уже знаем, в центре звезд (в их ядрах) температура гораздо выше, но и она наиболее велика в массивных голубых звездах.

Энергия, излучаемая звездами, настолько огромна, что мы можем их видеть на тех далеких расстояниях, на которые они от нас удалены: десятки, сотни, тысячи световых лет!. Энергия Солнца управляет всеми основными передвижениями воды и воздуха на Земле. Все топливо, которое мы сжигаем - остатки растений, когда-то поглощавших излучение Солнца.

По современным представлениям, излучение энергии звезд вызывает уменьшение их массы. В этом смысле, следует понимать, что энергия и масса - одно и то же. Излучаемая энергия связана с теряемой массой простым соотношением Е=m. c2, где с - скорость света. Солнце теряет ежесекундно миллионы тонн. Однако, за 5 миллиардов лет своего существования оно израсходовало лишь половину имеющегося в его недрах ядерного горючего.

Возникает вопрос: а какие звезды дольше живут: те, что обладают большой массой и характеризуются большой скоростью протекания ядерных реакций, или те, что маломассивны, но излучают мало энергии? Оказывается, что скорость протекания ядерного синтеза пропорциональна массе звезды в четвертой степени. Следовательно, массивные звезды сгорают быстрее, чем немассивные. Самые тяжелые сжигают весь водород за несколько сот тысяч лет, а легкие красные звезды могут светить, "не торопясь", несколько десятков миллиардов лет. Нашему Солнцу таких миллиардов осталось еще 5, значит, оно - звезда в среднем возрасте и свой водород сжигает без особого усердия.