Зорі та їх класифікація

Астрономія, 11 клас, урок 23

Зорі та їх класифікація

Word Cloud

Як ви себе почуваєте? Який настрій?

зрозуміти зв’язок між температурою зірки та спектром, який вона створює.

​Завдання:

 навчитися досліджувати спектр зорі та як вимірювання інтенсивності цих частот може розповісти щось про зорю. Дізнатися про взаємозв’язок між кольором і температурою та побачити, як можна визначити хімічний склад джерела за його лінійчатим спектром випромінювання або поглинання.

​Навчальні цілі:

Спектральні класи зір

Розріджені гази, які піддаються напрузі (наприклад, нагріванням або електричним струмом), вивільняють цю енергію на дискретних частотах. Цей малюнок спектральних ліній унікальний для кожної сполуки. Це відбувається тому, що електрони в атомі обмежені певними орбітами, кожна з яких має певну енергію. Енергія фотона залежить від його частоти, і атоми можуть лише поглинати або вивільняти фотони з енергією з потрібною кількістю енергії, щоб перемістити один із своїх електронів на інший доступний енергетичний рівень. Довжини хвиль деяких із цих фотонів для водню показані праворуч.

Нагрівання щільного газу або матеріалу призведе до його світіння. Довжина хвилі цього випромінювання випадково розподіляється зіткненнями в матеріалі та в кінцевому підсумку поширюється в широкому діапазоні довжин хвиль, але пік випромінювання досягає довжини хвилі, яка систематично пов’язана з температурою. Відношення визначається законом Віна:
b=0,0029 К*м

Більшість об’єктів, які ми бачимо в повсякденному світі, видимі, тому що вони відбивають навколишнє світло, яке потрапляє в наші очі. З іншого боку, зірки генерують власне світло, яке ми можемо спостерігати очима. Характеристики цього світла можуть розповісти нам про фізичні характеристики зорі.

​Вільгельм Він

Draw

Для змінної зорі  в максимумі блиску максимум випромінювання приходиться на довжину хвилі λ₁=414 нм, а в мінімумі блиску – на довжину λ₂=527 нм. Як змінилась температура зорі? Збільшилась чи зменшилась і на скільки?

Атоми різних елементів, наприклад гелію та азоту, мають різні допустимі рівні енергії для своїх електронів. Це створює різні спектральні лінії для кожного атома. Ці спектральні лінії можуть виглядати як кольорові лінії на темному тлі, що називається  спектром випромінювання . Якщо джерело  безперервного випромінювання  просвічує крізь газ, наприклад  чорне тіло  , подібне до поверхні зірки, частина випромінювання  буде поглинатися газом і розсіюватися за межами поля зору. Це створює спектр з темними спектральними лініями, або  спектр поглинання .

​

сукупність методів визначення складу (наприклад, хімічного) об’єкта, заснована на вивченні властивостей випромінювання (зокрема, світла), що йде від нього

​​​Спектральний аналіз —

а) розкласти досліджуване випромінювання у спектр і зафіксувати положення окремих його ділянок або окремих спектральних ліній;

б) виміряти інтенсивність тієї чи іншої ділянки спектра, тієї чи іншої спектральної лінії.

​​​Спектральні прилади дозволяють:

​•       їх температуру, довжину хвилі, на яку припадає максимум спектральної густини енергетичної світності, обернено пропорційну температурі тіла:
•       за шириною спектральних ліній можна судити про світність космічних тіл;

•       хімічний склад;

•       ступінь іонізації і стан його речовини, концентрацію речовини, тиск і масу газу в туманності та зорях;

•       наявність і потужність їхніх магнітних полів, які впливають на електромагнітні хвилі;

•       наявність і швидкість обертання, напрям і швидкість переміщення в просторі відносно спостерігача, а в ряді випадків і відстань до них.

​​За спектром космічних тіл можна визначити:

Астрономічна спектроскопія

Особливо важливим видом дистанційного спектрального зондування є астрономічна спектроскопія . У цьому випадку цікаві об’єкти та зразки знаходяться на такій відстані від землі, що електромагнітне випромінювання є єдиним доступним засобом їх вимірювання. Астрономічні спектри містять спектральну інформацію як про поглинання, так і про випромінювання. Абсорбційна спектроскопія була особливо важливою для розуміння міжзоряних хмар і визначення того, що деякі з них містять молекули . Абсорбційна спектроскопія використовується також для вивчення позасонячних планет . Виявлення позасонячних планет за допомогою транзитної фотометрії також вимірює їхній спектр поглинання та дозволяє визначити склад атмосфери планети, ^[7] температуру, тиск і масштабну висоту , а отже, також дозволяє визначити масу планети. ^[8]

​Спектральна лінія натрію у фотосфері зорі

​Максимум випромінювання припадає на жовту частину спектра.

​

Сонячний спектр

Multiple Choice

Що таке спектральний аналіз в астрономії та яку інформацію можна отримати з аналізу спектрів зір?

• Спектральний аналіз у астрономії використовується тільки для визначення розмірів зір
• Спектральний аналіз у астрономії дозволяє отримати інформацію про склад та властивості зір.
• Аналіз спектрів зір не надає жодної корисної інформації
• Спектральний аналіз у астрономії використовується тільки для передбачення погоди на планетах

Draw

На рис. А зображено спектри поглинання атомів натрію, гідрогену та гелію. Визначте, з яких компонентів складається газова суміш, спектр якої подано на рис. Б.

​Відмінності в спектрах зір визначаються передусім відмінностями температур. За температурою зорі розділили на 7 спектральних класів , які позначили літерами латинської абетки: О, В, A, F, G, К, М.

​Найвищу температуру на поверхні мають сині зорі спектрального класу О, які випромінюють найбільше енергії у синій частині спектра . Кожний спектральний клас поділяється на 10 підкласів: АО, А1... А9.

​​Гарвардська класифікація
розроблена в 1890-х роках Едвардом Пікерінгом та його командою у Гарвардській астрономічній обсерваторії.

​Всі зорі мають майже однаковий хімічний склад, тому що основні хімічні елементи у Всесвіті — гідроген та гелій, а основна відмінність різних спектральних класів обумовлена температурою зоряних фотосфер.

Multiple Choice

Які основні типи спектрів зір і як вони відрізняються один від одного?

• Основні типи спектрів зір - це спектри типу X, Y, Z, які відрізняються за розміром та відстанню до Землі.
• Основні типи спектрів зір - це спектри типу 1, 2, 3, які відрізняються за кольором та формою.
• Основні типи спектрів зір - це спектри типу О, A, B, F, G, K, M, які відрізняються за температурою та хімічним складом зірки.

• Основні типи спектрів зір - це спектри типу А, В, С, які відрізняються за кількістю планет у системі.

Спектральна послідовність є і послідовністю кольору, адже різний колір зір залежить від температури. За різних температур максимум інтенсивності неперервного спектра припадає на різні його ділянки.
Якщо максимум випромінювання зорі знаходиться у червоній частині спектра, то її колір буде червоним, якщо у блакитній - блакитним. А якщо зоря випромінює з однаковою інтенсивністю весь неперевний спектр, то її колір буде білим.

За зовнішнім виглядом спектрограми зорі можна оцінити її температуру https://javalab.org/en/stellar_classification_en/

​Інтенсивність випромінювання

космічних тіл із різною температурою. Гарячі зорі випромінюють більше енергії

у синій частині спектра, холодні — у червоній. Планети випромінюють енергію переважно в інфрачервоній частині спектра

​Для вимірювання відстаней до зір астрономи змушені визначати річні

 паралакси, які пов’язані з орбітальним рухом Землі навколо Сонця (рис. 1.3). У точці С розташоване Сонце; А, В — положення Землі на орбіті з інтервалом 6 місяців; ВС = 1 а. о.— відстань від Землі до Сон- ця (велика піввісь земної орбіти); S — зоря, до якої треба визначити відстань; ÐВSС = р — річний паралакс зорі.

​Вимірювання відстаней до зір за визначенням річних  паралаксів

​1 пк=3, 26 св. року

​Найближча до нас зоря Проксима Центавра має річний паралакс 0,762'' і знаходиться від нас на відстані 1, 3 пк.

Draw

Знайдіть відстань (в парсеках і світлових роках) до зорі Альтаїр (α Орла), якщо її річний паралакс 0,198''.

Абсолютна зоряна величина
https://javalab.org/en/magnitude_en/

Draw

Знайдіть абсолютну зоряну величину зорі Альтаїр (α Орла), якщо її видима зоряна величина 0^m, 76. В умову задачі додайте знайдену в попередній задачі відстань ( в парсеках) до цієї зорі.

Звязок світності зорі із радіусом і температурою

Draw

Знайдіть розміри зорі Альтаїр (α Орла), якщо її світність дорівнює 10 світностям Сонця, а температура фотосфери Т=8400 К. Температура Сонця 5780 К, радіус Сонця $$6,953\cdot10^8м$$

​Діаграма Герцшпрунга - Рассела https://www.youtube.com/watch?v=n4_DlI-oPhs
https://www.youtube.com/watch?v=emShyzxqL7I
https://www.youtube.com/watch?v=rX7Zp64QZaM

​Якщо Сонце — середня зоря, то на діаграмі має бути скупчення точок поблизу того місця, яке займає Сонце. Тобто більшість зір мають бути жовтого кольору з такою самою світністю, як і Сонце. Яке ж було здивування астрономів, коли виявилося, що в космосі не знайшли жодної зорі, яку можна вважати копією Сонця. Більшість зір на діаграмі розташовані у вузькій смузі, яку називають головною послідовністю.

Діаметри зір головної послідовності відрізняються у кілька разів, а їхня світність згідно із законом Стефана–Больцмана визначається температурою поверхні. До цієї смуги належать Сонце і Сіріус. Суттєва різниця в температурі на поверхні зір різних спектральних класів пояснюється різною масою цих світил: чим більша маса зорі, тим більша її світність.

​Найбільш поширені зорі у Всесвіті. Вони є найменшими та найхолоднішими зорями у головній послідовності. Основним складником червоних карликів є водень, і їх еволюція пов'язана з зменшенням запасів водню у ядрі.

​​Червоні карлики

​Після вичерпання палива в ядрі зорі  водень перестає брати участь у ядерних реакціях, а саме ядро стискається під впливом внутрішнього тиску. При цьому зовнішні шари зорі розширюються, утворюючи червоного гіганта. Цей етап характеризується підвищенням яскравості зорі та розширенням її об'єму.

​​Червоні гіганти

​Білі карлики - це етап еволюції зір, який відбувається після того, як зоря витратила своє ядро, перейшовши в стадію червоного гіганта, і викинула свою зовнішню оболонку у вигляді планетарного туману.

​​Білі карлики

​Дізнайтеся більше про зорі - надгіганти

Word Cloud

Що ви запам'ятали з уроку?

Домашнє завдання: опрацювати матеріал підручника стор. 74-79 (77-82 в .pdf)

​Дякую за увагу!

Дуже сподіваюся, що ви та ваші близькі зараз у безпеці. 

Бажаю всім доброго, спокійного дня та мирного неба! 
Ми зможемо все. Ми впораємося.
Ми витримаємо та ми вже стали сильнішими.