Гиганты и карлики звездного мира
Как снять мерку со звезды, если даже в самый мощный телескоп ее диска не видно — так мал его угловой диаметр! Даже в 254-метровый телескоп все звезды видны, как точки. Тут нам опять помогает физика. Физика умеет вычислить полную энергию, испускаемую одним квадратным сантиметром поверхности. Она пропорциональна четвертой степени температуры тела. Если мы разделим определенную таким образом полную энергию, испускаемую звездой, на энергию, испускаемую 1 квадратным сантиметром ее поверхности, то мы получим, очевидно, величину поверхности звезды. Звезда — шар, и, зная ее поверхность, каждый школьник сможет уже вычислить ее диаметр.
Как Земля среди планет, так и Солнце среди звезд ничем особенным не выделяется. Мы бы не узнали его среди миллионов подобных ему солнц, рассеянных в нашей звездной системе, если бы были от него на расстоянии ближайших к нам звезд.
Из известных звезд наибольшей является звезда VV в созвездии Цефея. Она больше Солнца по диаметру в 1100 раз. Есть звезды, которые много меньше Солнца, и их еще больше, чем звезд, подобных нашему Солнцу. Это звезды-карлики, к которым принадлежит и Солнце. И самые крупные звезды и самые мелкие красного цвета принадлежат к наиболее холодным. Но еще меньше, чем эти красные карлики, как их называют, белые звезды-карлики.
Размеры гигантских звезд в сравнении с Солнцем.
По своим размерам белые звезды-карлики являются наименьшими из звезд. Их размеры сравнимы с размерами планет, а иногда бывают даже меньше, чем Земля. Примером белого карлика является спутник Сириуса. Эта слабая звезда обращается около Сириуса подобно планете, однако ее масса почти равна массе Солнца, и она излучает собственный свет.
Средняя плотность белых звезд-карликов необычайно высока: она в тысячи раз превосходит плотность воды. Плотность одной белой звезды-карлика так велика, что если бы ее веществом наполнить наперсток, он смог бы уравновесить паровоз (плотность 50 тонн на кубический сантиметр).
На Земле мы не знаем веществ, которые имели бы такую чудовищно большую плотность. Между тем белые карлики состоят из атомов тех же самых химических элементов, из которых состоит Земля. Решение этой загадки дает знание строения атомов вещества и физических условий внутри звезд.
Атомы химических элементов являются сложными системами, состоящими из ядер с обращающимися вокруг них электронами. Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре, а размер атома определяется размерами орбиты электрона, наиболее далекого от ядра. Эти размеры атомов определяют предел, до которого могут быть сближены атомы действием давления. В недрах белых звезд-карликов господствуют чудовищно высокие температуры и давления. Под действием высокой температуры электроны отрываются от своих атомов, и от последних остаются только их ядра, размеры которых очень малы в сравнении с размерами орбит электронов. Поэтому под действием огромных давлений уменьшенные в размерах атомы могут быть сближены гораздо сильнее, в результате чего получается чрезвычайно плотное вещество. На Земле нет ни столь высоких температур, ни столь высоких давлений, которые могли бы привести вещество в такое состояние.
На примере изучения белых звезд-карликов мы видим, как астрономия обогащает наши физические знания в области строения вещества.
Звездные пары и тройки
Уединение звезд, их обособленность друг от друга нельзя назвать правилом. Многие из них образуют пары, называемые двойными звездами. Они обращаются около их общего центра тяжести под действием взаимного тяготения. Бывает, правда, что иногда две звезды в телескоп случайно видны близко друг к другу, тогда как в действительности в пространстве они совершенно не связаны между собой. Это так называемые оптические двойные звезды. В большинстве же случаев мы имеем дело с физически двойными звездами, то есть тяготеющими друг к другу. Множество таких звезд открыли и изучили в прошлом столетии русские ученые В. Я. и О. В. Струве.
Среди них мы встречаем такие пары, которые напоминают двух близнецов, настолько составляющие их звезды похожи во всем друг на друга. Встречаются пары звезд, похожие и на карикатуру, где неразлучны между собой слон и моська. Обычно в таких случаях слон — огромная яркая, но холодная красная звезда, а моська, его спутник, — маленькая, горячая и голубоватая.
Представьте себе, что мы — жители планеты, которая, может быть, обращается вокруг одной из таких звезд. Какие изумительные картины разворачиваются там, на небе! Из-за горизонта встает, например, красный громадный круг Солнца, в сотни раз больший видимого поперечника нашего Солнца. За ним поднимается маленькое голубоватое Солнце и постепенно исчезает за массивной спиной своего соседа, чтобы потом снова из-за нее вынырнуть. Или же там настает день, залитый красным светом, как у нас на закате Солнца, а вместо ночи затем наступает голубой день. Может быть, иногда голубое Солнце проходит перед красным и сияет, как голубой бенгальский огонь на красном фоне.
А что можно увидеть в системе существующих тройных и даже четверных звезд, где одна из звезд или две являются сами системами двойных солнц разного размена и цвета! Какие причудливые комбинации солнц и какая игра красок там должны быть, как сложно там меняются ночи и дни с разным числом солнц на небе, дни, длящиеся иногда годами и, может быть, даже никогда не переходящие в ночь!..
«дьявольские» звезды
Первую «дьявольскую» звезду открыли арабы. Это была Бэта Персея, которую они, собственно говоря, назвали просто Дьяволом (Эль-Гуль). Искаженное европейцами, это слово превратилось в Алголь. Звезда поразила их тем, что, будучи обычно около второй звездной величины, она вдруг ослабевала почти до четвертой — она менялась на небесах (считавшихся неизменными), на небесах, где живет Аллах! Чем может быть такая звезда, как не звездой дьявола, если не им самим!
В системе двух звезд Алголя менее яркая эвезда, обращаясь вокруг более яркой, по временам частично затмевает ее (в положении А). В середине это показано в плане. Внизу — кривая, представляющая соответствующее изменение видимого блеска системы Алголя с течением времени.
Два дня 11 часов звезда остается постоянной яркости, а затем в течение пяти часов теряет ⅔ своего блеска, с тем чтобы через пять часов снова к ней вернуться.
Кривая изменения блеска Алголя в зависимости от времени изображена на графике.
Странное и упорное поведение дьявольской звезды было объяснено тем, что тут, собственно, не одна звезда, а две, но одна гораздо ярче другой. Они обращаются друг около друга по орбите так, что по временам менее яркая частично закрывает от нас более яркую, производя периодические затмения.
Было открыто много других двойных звезд этого же типа, названных затменно-двойными или алголями.
Изучение кривых изменения их блеска в совокупности со спектральными данными позволяет изучить эти звезды так подробно и точно, как это нельзя сделать ни в каком другом случае. Поэтому дьявольские звезды среди всех звезд для нас наименее загадочны, и дьявольского в них не остается для нас ничего, кроме разве «дьявольски» подробной их изученности.
В итоге мы находим их форму и размеры по сравнению с Солнцем, размеры и форму орбиты и ее положение в пространстве, светимость звезд и их температуру, массы и характер затмений, а сверх того, иногда можем изучить строение их атмосфер почти так же подробно, как у Солнца, хотя в телескоп эти звезды по виду ничем не отличаются от любых других звезд и кажутся такими же светлыми точками.
Такие звездные пары подробно изучены в Казани профессором Д. Я. Мартыновым, в Пулкове — В. А. Кратом и в Одессе — В. П. Цесевичем.
