Астрономия

Урок 5: Спектральная классификация

Спектральная классификация и главная последовательность звёзд

Спектры звезд – это своеобразные паспорта небесных светил, которые способны рассказать обо всех звездных особенностях. Благодаря спектрам ученые могут определить показатель светимости, расстояние до нее, состав атмосферы, скорость вращения вокруг собственной оси, и даже принципы движения вокруг общего центра тяжести.

План урока:

Что такое спектральный класс

Классы Анджело Секки

Основная (гарвардская) спектральная классификация звезд

Йеркская классификация с учетом светимости

Главная последовательность звезд

Звезды до главной последовательности

 

Что такое спектральный класс

Спектральный класс – это классификация звезд, во время которой светила делят на группы с учетом температуры их фотосферы. Различие в звездных спектрах можно объяснить тем, что их атмосфера обладает разными физическими свойствами. Кроме температурных показателей в расчет берется давление. Так же на вид спектрального класса звезды влияет ее магнитное поле, электрические поля между атомами, химический состав, вращение.

В домашних условиях получить спектр не так уж и сложно. Для этого свет, который исходит от объекта, направляют в узкое отверстие, в конце которого установлена призма. В призме свет преломляется и направляется на экран или пленку. Картинка, которую видит наблюдатель, представлена в виде цветовых оттенков. Они плавно меняются от фиолетового до красного. Если в спектре нет линий черного цвета, его принято называть непрерывным. Такая картина будет наблюдаться, если свет исходит от твердого или жидкого тела. Например, лампы накаливания.

1 spektralnaya klassifikaciya

Прибор, который используется для получения и визуального исследования спектра, называется спектроскопом. Если цвет спектра регистрируется на фотопластинке, то прибор именуют спектрографом. Во время наблюдения за солнечным диском на небосводе, немецкий ученый Йозеф Фраунгофер установил, что в его непрерывном спектре присутствуют тоненькие линии черного цвета. Немного позже Густав Кирхгоф выяснил, что абсолютно любой газ в разреженном состоянии способен поглощать свет с такой длиной волн, которые излучает сам. Благодаря этому открытию и физическим законам специалисты определили химический состав солнечной атмосферы, а линии черного цвета были названы линиями поглощения.

2 spektralnaya klassifikaciya
Источник

На сегодняшний день существуют приборы, которые способны измерить спектр звезд практически во всех диапазонах, кроме оптического. Для этого достаточно менять фильтры и окуляры.

 

Классы Анджело Секки

В 60-70 годах XIX века Анджело Секки изучал небесные светила, в ходе чего создал самую первую спектральную классификация звезд. В 1866 г в первых трех классах он расположил объекты по мере убывания температурных показателей поверхности, что проявлялось в изменении цвета спектра. Спустя два года ученый выделили еще одну группу, куда вошли углеродные звезды.

3 spektralnaya klassifikaciya

Спектральные классы, выделенные Анджело Секки, применялись практически до конца 1900 года, после чего им на смену пришла новая классификация – Гарвардская, которая используется и сегодня.

 

Основная (гарвардская) спектральная классификация звезд

В Гарвардской обсерватории (США) на протяжении нескольких десятков лет были сделаны многочисленные фотографии небесных светил. Анализируя полученные изображения, ученые смогли создать классификацию звездных спектров. Над ней трудились Пикеринг и Кэннон с 1890 по 1924 года. Гарвардская спектральная классификация звезд на сегодняшний день считается основной. Для обозначения спектральных типов используют буквы - О, В, A, F, G, К и М. На момент разработки классификации специалисты еще не знали, как связаны спектр и температурные показатели, поэтому первоначально порядок спектральных классов совпадал с расположением букв в алфавите.

Каждый класс из основной спектральной классификации звезд делится на подклассы. Их принято обозначать от 0 до 9, где 0 – это самые горячие светила, а 9 – самые холодные. В последовательности спектральных классов наблюдается непрерывное падение температуры. Большая часть небесных светил относится к последовательности от О до М. Ее особенность в непрерывности, а звездные характеристики здесь постепенно меняются при переходе от одного класса к другому.

Цвет поверхности звезды говорит об ее температуре, благодаря чему светило относят к тому или иному спектральному классу. Например, звезды с самыми высокими температурами светятся голубым цветом и относятся к классам О и В. Спектральные класс нашего Солнца G2, его цвет – желтый. А вот самые холодные звезды светятся красным, их относят к классам К и М.

4 spektralnaya klassifikaciya
Источник

Есть еще дополнительные классы L и T. Их применяют для обозначения коричневых карликов с разными температурными показателями. Но эти объекты настолько малы (примерно 0,1 солнечных масс), что наблюдать их в большинстве случаев невозможно. Они практически ничего не излучают в видимом диапазоне.

 

Йеркская классификация с учетом светимости

В основе гарвардской спектральной классификации звезд лежат температурные показатели фотосферы светила. Исходя из этого, к одному классу могут относиться тела с одинаковой температурой, но с разной светимостью. Чтобы упорядочить небесные светила более точно, ученые разработали еще одну классификация, но в ее основу уже легли показатели светимости. Она получила название Йеркская спектральная классификация. Классы светимости обозначаются цифрами от 0 до VII, которые ставят после спектрального класса звезды. Светимость Солнца обозначается V, поэтому в таблице классификации (спектр-светимость) его записывают G2V. У некоторых звезд основной класс может добавляться подклассом:

5 spektralnaya klassifikaciya

Например, спектральный класс и класс светимости Полярной звезды – F7 Ib.

6 spektralnaya klassifikaciya

7 spektralnaya klassifikaciya

8 spektralnaya klassifikaciya

9 spektralnaya klassifikaciya
Источник

 

Главная последовательность звезд

К 20 веку астрономы, изучая космическое пространство, все больше получали информации о звездах. К этому времени было известно достаточно много о типах этих объектов, их светимости, расстоянии, температуре. Созревала необходимость упорядочить классификацию звезд, которые наблюдаются во Вселенной. Это успешно сделали двое ученых, проживающих на разных континентах. Датский астроном Эйнар Герцшпрунг и американский ученый Генри Рассел в разное время создали одно и тоже, даже не зная об этом. Это была диаграмма, которую сегодня в честь обеих ученых называют диаграммой Герцшпрунга—Рассела (ГР). Диаграмма ГР представляет собой график. Его вертикальная ось указывает на светимость, а горизонтальная – на температуру поверхности звезды.

10 spektralnaya klassifikaciya
Источник

Чем выше была температура, тем звезда находилась левее. Расположение на диаграмме объекта не было случайным. Учитывая соотношение спектра и светимости, звезды были поделены на три последовательности. С левого верхнего угла до нижнего правого расположились звезды главной последовательности. Практически все светила оказываются на этой линии после того, как полностью сформируются. Исключение – субкарлики. С одной стороны, они похожи на звезды главной последовательности, так как выделяют энергию в результате горения водорода, но с другой – их светимость гораздо меньше. В их составе незначительное количество тяжелых элементов, соответственно они имеют небольшой размер. 

Главная последовательность имеет достаточно большое количество густо расположенных объектов. Здесь звезда находится примерно 90% времени всей своей жизни. В середине этой линии расположилось и Солнце.

Абсолютно все представители главной последовательности обладают горячим ядром с высокой плотностью. В нем в ходе термоядерных реакций происходит сгорание водорода и его превращение в гелий. После того как процесс горения водорода прекращается, пребывание звезды на этой линии тоже заканчивается.

На втором месте после главной последовательности идут красные гиганты и сверхгиганты. Это яркие светила с достаточно большой массой и светимостью. Расположены они в верхней правой части диаграммы. Их температура варьируется от 3000 до 5000 0С. Красные гиганты и сверхгиганты – это то, во что превращаются светила после главной последовательности, то есть ближе к концу своей жизни.

Слева внизу на диаграмме находятся белые карлики.Их диаметр небольшой, но температура высокая. Белые карлики лишены всех источников энергии, они постепенно остывают и становятся темными и невидимыми.

В 2018 году открыли самую далекую звезду главной последовательности – Икар. От Земного шара она отдалена на 9 млрд. световых лет.

 

Звезды до главной последовательности

Сюда относят тип самых молодых светил, которые уже можно разглядеть в оптический телескоп. В звездах до главной последовательности могут происходить термоядерные реакции, но их сила настолько мала, что выделяемой энергии не хватает, чтобы компенсировать затраты энергии на свечение. Сжатие и нагрев светил происходит благодаря собственным силам гравитации, что и является их главной отличительной чертой от звезд главной последовательности.

Высокая светимость звезд объясняется их большими размерами и низкими температурами. На диаграмме Герцшпрунга — Рассела они находятся в верхней правой части. Постепенно температура светил повышается, а размеры уменьшаются и тогда звезда перемещается вниз и влево по диаграмме, чтобы перейти в стадию звезд главной последовательности. Одним из примера таких объектов являются светила типа Т Тельца. У самых холодных звезд до главной последовательности температура составляет всего 650 Кельвинов (К).

В некоторой терминологии к звездам до главной последовательности относят протозвезды на завершающей стадии формирования.

Жизненный путь звезды очень интересен и таинственен. Несмотря на многочисленные знания, у ученых все еще остается множество вопросов. В современном мире разрабатываются новые методики, усовершенствуются аппараты и приборы, которые в дальнейшем позволят не только подтвердить или обновить, имеющуюся информацию, но и, возможно, открыть еще не изведанные тела в космическом пространстве.  

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Назовите автора самой первой спектральной классификации звезд:
1Рассел
2Кэннон
3Анджело Секки
4Герцшпрунг
Ответить
3
Вопрос: 2
Как называется спектральная классификация звезд, авторами которой являются Пикеринг и Кэннон:
1Берлинская
2Гарвардская
3Йеркская
4Оксфордская
Ответить
2
Вопрос: 3
К какому спектральному классу и классу светимости относится Солнце:
1G2V
2G2IV
3G2I
4G3V
Ответить
1
Вопрос: 4
Как называется диаграмма, на которой изображены звезды главной последовательности:
1Герцшпрунг-Кэнонна
2Герцшпрунг-Секки
3Герцшпрунг-Пикеринга
4Герцшпрунг-Рассела
Ответить
4
Вопрос: 5
В каком году была открыта звезда главной последовательности Икар, которая отдалена от Земли на 9 млрд. световых лет:
12008
22018
32019
42009
Ответить
2
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Назовите автора самой первой спектральной классификации звезд:
1) Рассел 2) Кэннон 3) Анджело Секки 4) Герцшпрунг
2 вопрос:

Как называется спектральная классификация звезд, авторами которой являются Пикеринг и Кэннон:
1) Берлинская 2) Гарвардская 3) Йеркская 4) Оксфордская
3 вопрос:

К какому спектральному классу и классу светимости относится Солнце:
1) G2V 2) G2IV 3) G2I 4) G3V
4 вопрос:

Как называется диаграмма, на которой изображены звезды главной последовательности:
1) Герцшпрунг-Кэнонна 2) Герцшпрунг-Секки 3) Герцшпрунг-Пикеринга 4) Герцшпрунг-Рассела
5 вопрос:

В каком году была открыта звезда главной последовательности Икар, которая отдалена от Земли на 9 млрд. световых лет:
1) 2008 2) 2018 3) 2019 4) 2009
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: Анджело Секки
2 вопрос: Гарвардская
3 вопрос: G2V
4 вопрос: Герцшпрунг-Рассела
5 вопрос: 2018