Большая Советская Энциклопедия (ЗВ)

рассчитать, какая доля излучения З. приходится на невидимые области спектра — ультрафиолетовую и инфракрасную. Абсолютная звёздная величина и поправка, учитывающая излучение в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра (болометрическая поправка), дают возможность найти полную светимость звезды.

  Радиусы звёзд. Зная эффективную температуру T_ef и светимость L, можно вычислить радиус R звезды по формуле:

  L=4pR²sT⁴_ef

  основанной на Стефана — Больцмана законе излучения (s — постоянная Стефана). Радиусы З. с большими угловыми размерами могут быть измерены непосредственно с помощью звёздных интерферометров. У затменно-двойных З. могут быть вычислены значения наибольших диаметров компонентов, выраженные в долях большой полуоси их относительной орбиты.

  Вращение звёзд. Вращение З. изучается по их спектрам. При вращении один край диска З. удаляется от нас, а другой приближается с той же скоростью. В результате в спектре З., получающемся одновременно от всего диска, линии расширяются и, в соответствии с принципом Доплера, приобретают характерный контур, по которому возможно определять скорость вращения. З. ранних спектральных классов О, В, А вращаются со скоростями (на экваторе) 100—200 км/сек и больше. Скорости вращения более холодных З. — значительно меньше (несколько км/сек) . Уменьшение скорости вращения З. связано, по-видимому, с переходом части момента количества движения к окружающему её газо-пылевому диску вследствие действия магнитных сил. Из-за быстрого вращения З. принимает форму сплюснутого сфероида. Излучение из звёздных недр просачивается к полюсам скорее, чем к экватору, вследствие чего температура на полюсах оказывается более высокой. Поэтому на поверхности З. возникают меридиональные течения от полюсов к экватору, которые замыкаются в глубоких слоях З. Такие движения играют существенную роль в перемешивании вещества в слоях, где нет конвекции.

  Зависимости между звёздными параметрами. Массы З. заключены в пределах от 0,04 до 100 масс Солнца, светимости от 5·10^-4 до 10⁵ светимостей Солнца, радиусы от 2·10^-1 до 10³ радиусов Солнца. Эти параметры связаны определёнными зависимостями. Наиболее важные из них выявляются на диаграммах «спектр — светимость» (Герцшпрунга — Ресселла диаграммах) или «эффективная температура — светимость», и др. Почти все З. располагаются на таких диаграммах вдоль нескольких полос, схематически изображенных на рис. 2 и соответствующих различным последовательностям, пли классам светимости. Большинство З. расположено на главной последовательности (V класс светимости). Левый её конец образуют З. класса О с температурами 30 000—50 000°, правый — красные звёзды-карлики класса М с температурами 3000—4000°. На диаграмме видна последовательность гигантов (III класс), в которую входят З. высокой светимости (т. е. имеющие большие радиусы). Выше расположены последовательности ещё более ярких сверхгигантов Ia, Iв и II. (Принадлежность З. к числу карликов, гигантов и сверхгигантов обозначалась ранее буквами d, g и с перед спектральным классом.) Внизу диаграммы расположены белые карлики (VII), размеры которых сравнимы с размерами Земли при плотности порядка 10⁶ г/см³. Кроме этих основных последовательностей, отмечаются субгиганты (IV) и субкарлики (VI).

  Диаграмма Герцшпрунга — Ресселла нашла своё объяснение в теории внутреннего строения З.

  Внутреннее строение звёзд. Поскольку недра З. недоступны непосредственным наблюдениям, внутреннее строение З. изучается путём построения теоретических звёздных моделей, которым соответствуют значения масс, радиусов и светимостей, наблюдаемые у реальных З. В основе теории внутреннего строения обычных З. лежит представление о З. как о газовом шаре, находящемся в механическом и тепловом равновесии, в течение длительного времени не расширяющемся и не сжимающемся. Механическое равновесие поддерживается силами гравитации, направленными к центру З., и газовым давлением в недрах З., действующим наружу и уравновешивающим силы гравитации. Давление растет с глубиной, а вместе с ним увеличиваются и плотность и температура. Тепловое равновесие заключается в том, что температура З. — во всех её элементарных объёмах — практически не меняется со временем, т. е. что количество энергии, уходящей из каждого такого объёма, компенсируется приходящей в него энергией, а также энергией, вырабатываемой там ядерными или др. источниками.

  Температуры обычных З. меняются от нескольких тыс. градусов на поверхности до десяти млн. градусов и более в центре. При таких температурах вещество состоит из почти полностью ионизованных атомов, благодаря чему оказывается возможным в расчётах звёздных моделей применять уравнения состояния идеального газа. При исследованиях внутреннего строения З. существенное значение имеют предпосылки об источниках энергии, химическом составе З. и о механизме переноса энергии.

  Основным механизмом переноса энергии в З. является лучистая теплопроводность. При этом диффузия тепла из более горячих внутренних областей З. наружу происходит посредством квантов ультрафиолетового излучения, испускаемого горячим газом. Эти кванты поглощаются в др. частях З. и снова излучаются; по мере перехода во внешние, более холодные слои частота излучения уменьшается. Скорость диффузии определяется средней величиной пробега кванта, которая зависит от прозрачности звёздного вещества, характеризуемой коэффициент поглощения. Основными механизмами поглощения в З. являются фотоэлектрическое поглощение и рассеяние свободными электронами.

  Лучистая теплопроводность является основным видом переноса энергии для большинства З. Однако в некоторых частях З., а в З. с малой массой — почти во всём объёме, существенную роль играет конвективный перенос энергии, т. е. перенос тепла массами газа, поднимающимися и спускающимися под влиянием различия температуры. Конвективный перенос, если он действует, гораздо эффективнее лучистого, но конвекция возникает только там, где водород или гелий ионизованы частично: в этом случае энергия их рекомбинации поддерживает движение газовых масс. У Солнца зона конвекции занимает слой от поверхности до глубины, равной около 0,1 его радиуса: ниже этого слоя водород и гелий ионизованы уже полностью. У холодных З. полная ионизация наступает на большей глубине, так что конвективная зона у них толще и охватывает большую часть объёма. Наоборот, у горячих З. водород и гелий полностью ионизованы, начиная почти от самой поверхности, поэтому у них нет внешней конвективной зоны. Однако они имеют конвективное ядро, где движения поддерживаются теплом, выделяющимся при ядерных реакциях.

  Звёзды-гиганты и сверхгиганты устроены иначе, чем З. главной последовательности. Маленькое плотное ядро их (1% радиуса) содержит 20—30% массы, а остальная часть представляет собой протяжённую разреженную оболочку, простирающуюся на расстояния, составляющие десятки и сотни солнечных радиусов. температуры ядер достигают 100 млн. градусов и более. Белые карлики по существу представляют собой те же ядра гигантов, но лишённые оболочки и остывшие до 8—10 тыс. градусов. Плотный газ ядер и белых карликов обладает особыми свойствами, отличными от свойств идеального газа. В нём энергия передаётся не излучением, а электронной теплопроводностью, как в металлах. Давление такого газа зависит не от температуры, а только от плотности, поэтому равновесие сохраняется даже при остывании З., не имеющей источников энергии.

  Химический состав вещества недр З. на ранних стадиях их развития сходен с химическим составом звёздных атмосфер (см. Атмосферы звёзд), который определяется из спектроскопических наблюдений (диффузионное разделение может произойти лишь за время, значительно превосходящее время жизни З.). С течением времени ядерные реакции изменяют химический состав звёздных недр и внутреннее строение З. меняется.

  Источники звёздной энергии и эволюция звёзд. Основным источником энергии З. являются термоядерные реакции, при которых из лёгких ядер образуются более тяжёлые; чаще всего это — превращение водорода в гелий. В З. с массой, меньшей двух солнечных, оно происходит главным образом путём соединения двух протонов в ядро дейтерия (лишний заряд уносится рождающимся позитроном), затем превращением дейтерия в изотоп He³ путём захвата протона и, наконец, превращением двух ядер He³ в He⁴ и два протона. В более массивных З. преобладает углеродно- азотная циклическая реакция: углерод захватывает последовательно 4 протона, выделяя попутно два позитрона, превращается сначала в азот, затем распадается на гелий и углерод. Окончательным результатом обеих реакций является синтез ядра гелия из четырёх ядер водорода с выделением энергии: