"Астрономия (базовый уровень)", Левитан Е.П.
Яркие звёзды, видимые в России, различаются не только цветом и положением на небе, но и температурой, светимостью и расстоянием. Сравнивать их помогает видимая звёздная величина: чем её значение меньше, тем ярче объект кажется наблюдателю. Абсолютная величина и светимость показывают истинную мощность звезды, а спектральный класс связан с температурой. Набор доступных наблюдению звёзд зависит от времени года, суток и широты.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Видимая звёздная величина — числовая оценка яркости звезды для земного наблюдателя. Шкала обратная: чем меньше значение, тем ярче объект. Она нужна, чтобы сравнивать видимый блеск звёзд количественно.
Абсолютная звёздная величина — видимая звёздная величина, которую имела бы звезда на стандартном расстоянии 10 парсек. Такое условное расстояние устраняет влияние разной удалённости. Поэтому абсолютные величины позволяют сравнивать собственную мощность излучения звёзд.
Светимость — полная мощность излучения звезды, то есть количество энергии, излучаемой за единицу времени. Её часто сравнивают со светимостью Солнца, принимая её за 1. Светимость показывает истинную силу источника, а не то, насколько ярким он кажется с Земли.
Спектральный класс — обозначение температуры и цвета звезды по особенностям её спектра. Основная последовательность классов O, B, A, F, G, K, M идёт от горячих голубых звёзд к более холодным красным. Класс помогает оценить температуру и связанные с ней физические свойства.
Видимая яркость зависит от светимости и расстояния. Даже очень мощная звезда при удалении испускает энергию во всё большее пространство, поэтому на единицу площади у Земли приходит меньше света. Поток уменьшается пропорционально 1/r²: если расстояние увеличить в два раза, звезда будет получать от наблюдателя в четыре раза меньше видимого потока.
Цвет звезды связан с температурой её поверхности потому, что нагретое вещество излучает энергию не одинаково во всех диапазонах. У горячих звёзд максимум излучения смещён к коротким волнам, поэтому они кажутся голубоватыми или белыми. У более холодных звёзд сильнее длинноволновое, красное излучение.
Спектр содержит линии и распределение яркости по длинам волн, зависящие от температуры и состава атмосферы звезды. По этим признакам звезду относят к спектральному классу, например A, G или M. Поэтому цвет даёт общее представление о температуре, а спектральный анализ позволяет определить её точнее и узнать дополнительные свойства.
Звёзды одного созвездия могут находиться на совершенно разных расстояниях, потому что созвездие — это видимая с Земли фигура на небесной сфере. Линии взгляда случайно объединяют на одном направлении близкие и далёкие объекты. Физической группой звёзды созвездия обычно не являются.
Сопоставление видимой и абсолютной величин помогает отделить близкую звезду от действительно мощной. Если объект выглядит ярким, но его абсолютная величина невелика, причиной может быть малое расстояние. И наоборот, далёкая звезда с большой светимостью способна иметь заметный блеск, хотя без учёта расстояния её мощность оценить нельзя.
Набор видимых ярких звёзд меняется в течение года из-за обращения Земли вокруг Солнца: ночью мы смотрим в разные стороны пространства. Суточное вращение Земли также перемещает звёзды по небу в течение ночи. Кроме того, широта определяет, какие участки небесной сферы поднимаются над горизонтом, поэтому Канопус доступен лишь южным районам России.
В таблице приведены приблизительные значения, поскольку блеск некоторых переменных звёзд меняется, а данные о расстояниях уточняются. Обозначение L☉ означает светимость Солнца, а pc — парсек. При чтении сравнивайте не только видимую величину, но и расстояние, цвет и абсолютную величину.
| Звезда | Созвездие | Видимая звёздная величина | Цвет и спектральный класс | Расстояние | Светимость или абсолютная звёздная величина | Особенности и условия видимости |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Сириус | Большой Пёс | −1,46 | Белая, A1V | 8,6 св. года, 2,6 pc | ≈25 L☉ | Самая яркая звезда ночного неба; хорошо видна зимой. |
| Канопус | Киль | −0,74 | Жёлто-белая, A9II | ≈310 св. лет, 95 pc | ≈10,7ᵐ | В России виден низко над горизонтом только на юге. |
| Арктур | Волопас | −0,05 | Оранжевая, K1.5III | 36,7 св. года, 11,3 pc | ≈170 L☉ | Яркая звезда весеннего и летнего неба. |
| Вега | Лира | 0,03 | Белая, A0V | 25 св. лет, 7,7 pc | ≈40 L☉ | Летом высоко в небе; входит в Летний треугольник. |
| Капелла | Возничий | 0,08 | Жёлтая, G8III + G0III | 42,9 св. года, 13,1 pc | ≈78 L☉ | Хорошо видна осенью и зимой; в северных широтах почти не заходит. |
| Ригель | Орион | 0,13 | Голубая, B8Ia | ≈860 св. лет | ≈120 000 L☉ | Сверхгигант; заметен зимой в созвездии Ориона. |
| Процион | Малый Пёс | 0,34 | Жёлто-белая, F5IV | 11,5 св. года, 3,5 pc | ≈7 L☉ | Зимняя звезда, расположенная рядом с Сириусом. |
| Бетельгейзе | Орион | ≈0,42, переменная | Красная, M1–2Ia | ≈640 св. лет | ≈100 000 L☉ | Красный сверхгигант; блеск заметно меняется, виден зимой. |
| Альтаир | Орёл | 0,77 | Белая, A7V | 16,7 св. года, 5,1 pc | ≈11 L☉ | Летом входит в Летний треугольник. |
| Альдебаран | Телец | 0,85 | Оранжевая, K5III | ≈65 св. лет, 20 pc | ≈440 L☉ | Виден осенью и зимой; не входит физически в скопление Гиады. |
| Антарес | Скорпион | ≈0,96, переменная | Красная, M1.5Iab | ≈550 св. лет | ≈60 000 L☉ | Южная звезда; лучше видна летом в южных районах России. |
| Денеб | Лебедь | 1,25 | Белая, A2Ia | ≈2600 св. лет | ≈200 000 L☉ | Очень далёкий сверхгигант; летом высоко над северным горизонтом. |
Нужно расположить Сириус, Вегу и Арктур по видимой яркости, если их величины равны −1,46, 0,03 и −0,05. Здесь требуется сравнить именно видимый блеск, а не светимость или расстояние. Обратный порядок шкалы определяет весь ход решения.
Ответ: по видимой яркости звёзды расположены так: Сириус, Арктур, Вега.
Предположим, далёкая звезда излучает в сотни раз больше энергии, чем близкая, но находится во много раз дальше. Нужно объяснить, почему наблюдатель может увидеть её менее яркой. Причину ищем в зависимости потока от расстояния, а не сравниваем только светимости.
Ответ: более мощная звезда может выглядеть слабее близкой, потому что её свет сильнее рассеивается по площади сферы распространения.
Нужно определить, какие перечисленные звёзды видны в конкретном городе России в заданный месяц и час. Одного списка яркости недостаточно: звезда может находиться под горизонтом или быть над ним днём. Используем карту неба и сведения о суточном и годовом движении небесной сферы.
Ответ: видимыми будут только звёзды, расположенные над горизонтом в выбранный момент; точный список зависит от города, даты и времени наблюдения.
Меньшая величина означает меньшую яркость. Так ошибаются из-за привычного прямого порядка чисел. Проверьте себя: −1,46 меньше 0,03, но Сириус ярче Веги.
Светимость принимают за видимую яркость. При этом забывают о расстоянии и законе 1/r². Спросите себя, сравниваете ли вы мощность источника или поток света, пришедший к Земле.
Звёзды одного созвездия считают физической группой. На карте они кажутся близкими, потому что находятся на одном направлении. Проверка проста: сравните расстояния до Бетельгейзе и Ригеля в Орионе.
Все звёзды считают доступными всегда и везде. Ошибка возникает при игнорировании широты, времени суток и сезона. Проверьте объект по карте неба: он должен быть выше горизонта именно в нужный момент.
До этой темы нужны представления о небесной сфере, созвездиях, суточном вращении неба, видимом движении Солнца и характеристиках звёзд. Эти знания помогают определить положение объекта и условия его наблюдения.
Дальше сведения о ярких звёздах пригодятся при изучении их строения, эволюции и классификации, а также при работе со звёздными картами и проведении наблюдений.
Связь с физикой проявляется в шкалах расстояний, излучении нагретых тел, температуре, спектре и законе обратных квадратов. Эти понятия объясняют, почему звёзды имеют разный цвет и блеск.
Почему звезда с меньшей звёздной величиной выглядит ярче?
Шкала звёздных величин устроена обратно: меньшему числу соответствует больший поток света, приходящий к наблюдателю. Поэтому звезда с величиной −1 ярче звезды с величиной +2.
Какая звезда является самой яркой на ночном небе?
Самая яркая звезда ночного неба — Сириус, её видимая звёздная величина примерно −1,46. Он находится в созвездии Большого Пса и хорошо виден зимой.
Почему цвет звезды связан с её температурой?
Нагретое тело излучает свет с разным распределением энергии по цветам, и положение максимума этого излучения зависит от температуры. Голубые звёзды горячее белых и жёлтых, а красные имеют более низкую температуру поверхности.
Можно ли увидеть Канопус из любого места России?
Нет. Канопус расположен далеко к югу, поэтому в России его можно наблюдать только в южных районах, низко над горизонтом и в подходящий сезон. В большинстве северных регионов он не восходит.
Чем видимая звёздная величина отличается от абсолютной?
Видимая величина показывает, насколько яркой звезда кажется с Земли при её настоящем расстоянии. Абсолютная величина показывает, какой была бы её яркость на стандартном расстоянии 10 парсеков, поэтому удобна для сравнения звёзд между собой.
XII. Основные сведения о наиболее ярких звёздах, видимых в России
