Зарождение
Рождение звезды, так же как и ее угасание, можно визуально увидеть на ночном небе. Астрономы давно наблюдают за этими явлениями и уже сделали множество открытий. Все они описаны в специальной научной литературе. Звезды — это светящиеся огненные шары невероятно больших размеров. Но почему они светятся, мерцают и переливаются разными цветами?
Эти небесные тела рождаются из диффузной газопылевой среды, возникшей в результате гравитационного сжатия в более плотных слоях, плюс воздействие собственного тяготения. Состав межзвездной среды – это в основном газ (водород и гелий) с пылью твердых минеральных частиц. Наше главное светило – звезда по имени Солнце. Без него жизнь для всего сущего на нашей планете невозможна. Интересно, что многие звезды намного больше Солнца. Почему мы не ощущаем их воздействия и спокойно можем без них существовать?
Наш источник тепла и света расположен близко к Земле. Поэтому для нас существенно ощутим его свет и тепло. Звезды горячее Солнца, больше его по размерам, но они находятся на столь далеких расстояниях, что мы можем только наблюдать их свет, и то только ночью.
Они кажутся всего лишь мерцающими точками на ночном небосводе. А почему мы не видим их днем? Звездный свет похож на лучики от фонарика, который днем едва увидишь, а ночью без него не обойтись – он хорошо освещает дорогу.
Отличие планет от звезд
Причина скрывается в их излучении: звезды сияют, а планеты нет. Но при существенных волнениях земной атмосферы, к примеру, бури, могут замерцать и планеты.
Солнце также является звездой, находящейся ближе к земной поверхности, нежели звезды, которые можно увидеть в ночное время. Солнце – не точка на небосводе. Оно воспринимается людьми как огромный равномерно мерцающий диск. Если бы это светило было удалено от Земли на колоссально большое расстояние, оно бы стало затеряно среди других звезд и мерцало ничуть не хуже их.
Когда ярче всего и почему светятся звезды на небе ночном?
Август – это самый лучший месяц для наблюдений за звездами. В такое время года вечера темные, а воздух прозрачный. Создается ощущение, что до неба можно дотянуться рукой. Дети, поднимая взор к небу, всегда задаются вопросом: «Почему звезды светятся и куда они падают?» Дело в том, что в августе часто люди наблюдают звездопад. Это необыкновенное зрелище, манящее наши взоры и души. Существует поверье, что, видя падающую звезду, нужно загадать желание, которое непременно исполнится.
Однако интересно то, что на самом деле это не звезда падает, а сгорает метеор. Как бы там ни было, а явление это очень красивое! Времена идут, поколения людей сменяют друг друга, но небо все то же – прекрасное и загадочное. Так же как и мы, на него смотрели наши предки, угадывали в звездных скоплениях фигуры различных мифологических персонажей и предметов, загадывали желания и мечтали.
Почему зелёных звёзд не бывает?
Выйдите на улицу тёмной безлунной ночью. Посмотрите наверх. Если это декабрь или январь, обратите внимание на Бетельгейзе, горящую красным светом на плече Ориона, и Ригель, ярко-голубую звезду у его колена. Через месяц в созвездии Возничий появится жёлтая Капелла.
Если это июль, отыщите Вегу, голубой сапфир Лиры, или Антарес, оранжево-красное сердце Скорпиона.
Зелёных звёзд нет! В любое время года в небе можно обнаружить разные звёзды. Большинство выглядят белыми, но у самых ярких проявляется цвет. Красный, оранжевый, жёлтый, голубой – почти все цвета радуги… Но, погодите-ка, а где же зелёные? Разве не должны мы видеть и такие?
Нет. Это очень частый вопрос, и никаких зелёных звёзд мы не видим. И вот, почему. Возьмите паяльную лампу (можно мысленно) и разогрейте брусок железа. Сначала он будет светиться красным, потом оранжевым, потом бело-голубым. Потом он расплавится. Лучше использовать прихватку.
Почему он светится? Любое вещество температуры выше абсолютного нуля (около -273 °C) испускает свет. Количество света и длина его волны зависит от температуры. Чем теплее объект, тем короче длина волны.
Холодные объекты излучают радиоволны. Очень горячие излучают ультрафиолет или рентгеновские лучи. В очень узком диапазоне температур горячие объекты будут испускать видимый свет, длины волн грубо от 300 нм до 700 нм.
Необходимо учесть, что объекты не испускают свет на одной длине волны. Они испускают фотоны в диапазоне длин волн. Если бы вы использовали некий детектор, чувствительный к длинам волн света, излучаемого объектом, а затем построили бы количество этих волн на графике, то получили бы кривобокий график под названием «характеристика излучения чёрного тела» (почему он так называется, неважно, но если вам интересно, можете поискать. Только включите фильтр поисковой выдачи. Серьёзно). Она немного похожа на колокол кривой нормального распределения, но на малых длинах волн она падает быстрее, а на больших – медленнее.
Вот примеры нескольких кривых для различных температур:
По оси х откладывается длина волны (или цвет, если хотите), и для справки на график наложен спектр видимых цветов. Можно отметить характерную колоколообразную форму. У горячих объектов пик смещается влево, к более коротким волнам.
У объекта температурой 4500 Кельвинов (порядка 4200 °C) пик находится в оранжевой части спектра. Разогрейте его до 6000 К (примерно температура Солнца, 5700 °C), и пик переместится в зелёно-голубую область. Разогрейте ещё, и пик переместиться в голубую область, или ещё дальше, к более коротким длинам волн. Самые горячие звёзды излучают большую часть света в ультрафиолете, на более коротких волнах, чем те, что мы видим невооружённым глазом.
Хм, секундочку. Если у Солнца пик находится в зелёно-голубой области, почему оно не выглядит зелёно-голубым? Это ключевой вопрос. Всё дело в том, что хотя пик приходится на зелёно-голубую область, оно испускает свет и других цветов.
Посмотрите на график объекта с температурой, близкой к солнечной. Пик приходится на зелёно-голубую область, поэтому большая часть фотонов испускается там. Но испускаются и синие, и красные фотоны. Глядя на Солнце, мы видим все эти цвета разом. Наши глаза смешивают их и выдают один цвет – белый. Да, белый. Некоторые говорят, что Солнце жёлтое, но если бы оно реально было жёлтым, тогда облака и снег тоже были бы жёлтыми (весь снег целиком, а не только та часть у вас во дворе, где гуляет собака).
Поэтому Солнце не выглядит зелёным. Но можем ли мы поиграться с температурой, чтобы получить зелёную звезду? Может быть, такую, которая чуть теплее или холоднее Солнца?
Оказывается, что не можем. Более тёплая звезда будет выдавать больше голубого цвета, а холодная – больше красного, и в любом случае наши глаза не увидят там зелёного. Вину за это нужно возлагать не на звёзды (не полностью, по крайней мере), а на нас самих.
В наших глазах есть светочувствительные клетки, колбочки и палочки. Палочки – это датчики яркости, они не различают цветов. Колбочки видят цвета, и их бывает три вида: чувствительные к красному, синему и зелёному. Когда на них падает цвет, каждая возбуждается по-разному: красный цвет возбуждает красные колбочки, а синие и зелёные остаются к нему равнодушными.
Большинство объектов не излучают и не отражают единственный цвет, поэтому колбочки возбуждаются все сразу, но в разной степени. К примеру, апельсин возбуждает красные колбочки в два раза сильнее зелёных, и оставляет синие в покое. Когда мозг получает сигнал от трёх колбочек, он говорит: «Наверно, это оранжевый объект». Если зелёные колбочки видят столько же света, сколько красные, а синие ничего не видят, мы интерпретируем цвет, как жёлтый. И так далее.
Поэтому, единственный способ для звезды выглядеть зелёной – это излучать только зелёный свет. Но из графика выше видно, что это невозможно. Любая звезда, испускающая зелёный, будет испускать также довольно много красного и голубого, что сделает её белой. Изменение температуры звезды превратит её в оранжевую, жёлтую, красную или голубую, но зелёную сделать не получится. Наши глаза просто не увидят её такой.
Поэтому зелёных звёзд не бывает. Излучаемые звёздами цвета и то, как наши глаза интерпретируют их, гарантирует это.
Но меня это не беспокоит. Если вы посмотрите в телескоп и увидите сияющую Вегу или румяный Антарес, или тёмно-оранжевый Арктур, вас это тоже не будет сильно волновать. Звёзды бывают не всех цветов, но их достаточно, и благодаря этому они удивительно прекрасны.
Как появляется свет?
Космические объекты, называемые звездами, выделяют неимоверно большое количество тепловой энергии. Энергетические выбросы сопровождаются сильным излучением света, определенная часть которого доходит до нашей планеты, и мы имеем возможность его наблюдать. Это и есть краткий ответ на вопрос: «Почему звезды светятся на небе, и все ли небесные светила к ним относятся?» Например, Луна – это спутник Земли, а Венера — планета солнечной системы. Мы видим не их собственный свет, а лишь его отражение. Звезды сами являются источником светового излучения, появляющегося в результате выброса энергии.
Некоторые небесные объекты имеют белый свет, а другие – голубой или оранжевый. Есть и такие, что переливаются разными оттенками. С чем это связано и почему звезды светятся разными цветами? Дело в том, что они являются огромными шарами, состоящими из раскаленных до очень высоких температур газов. Поскольку эта температура колеблется, звезды имеют разное свечение: самые горячие – это голубые, далее следуют белые, еще холоднее – желтые, затем оранжевые и красные.
Мерцание
Многим интересно: почему звезды светятся ночью и свет их мерцает? Прежде всего – они не мерцают. Это нам лишь кажется. Дело в том, что звездный свет проходит сквозь толщу земной атмосферы. Луч света, преодолевая такие длительные расстояния, подвергается большому числу преломлений и изменений. Для нас эти преломления выглядят в виде мерцаний.
Звезда имеет свой жизненный цикл. На разных этапах этого цикла она светится по-разному. Когда время ее существования подходит к завершению, она начинает постепенно превращаться в красного карлика и охлаждается. Излучение умирающего светила пульсирует. Так создается впечатление мерцания (мигания). Днем свет от звезды никуда не исчезает, но его затмевает слишком яркое и близкое солнечное сияние. Поэтому ночью мы их видим благодаря тому, что нет лучей Солнца.
Звездный свет и земная атмосфера
Видимое человеческому глазу звездное мерцание – это не свойство звезд, а особенность зрительного восприятия с Земли. Вы, наверное, замечали, что особенно красочно происходит мерцание звезд в морозные ночи или сразу после дождя?
Дело в том, что причиной мерцания звезд является атмосфера нашей планеты. Звезды излучают свет, который по пути к Земле проходит через слои атмосферы, а она, как известно, неоднородна.
Лучам звездного света нужно проникнуть через участки атмосферы с разной плотностью и температурой, а это напрямую влияет на преломление световых лучей. Участки слоев газа разной плотности делают это преломление разнонаправленным.
Не стоит забывать и о том, что массы воздуха подвижны: теплые потоки поднимаются вверх, холодные опускаются к поверхности Земли. В зависимости от своей температуры, воздух по-разному преломляет свет. Когда свет звезды переходит из слоя атмосферы с высокой плотностью в участок с меньшей плотностью и наоборот, он становится мерцающим. Меняется и сама яркость звезд: они то тускнеют, то снова сияют.
Ученые называют этот процесс сцинтилляцией. Кроме того, на процесс излучения света от звезд влияют турбулентные вихри, которые движутся в разных направлениях на различных высотах.
Разные участки атмосферы действуют на луч света, как линзы с постоянно меняющейся кривизной. Лучи, проходя через эти своеобразные «линзы», то рассеиваются, то вновь сосредотачиваются. Это сопровождается и рассеиванием цвета, поэтому низко расположенные над горизонтом звезды могут менять свой оттенок.
Чем выше от Земли, тем менее заметно звездное мерцание – слой атмосферы становится тоньше, оптическое воздействие на лучи света уменьшается. Именно по этой причине научные обсерватории обычно обустраивают как можно выше в горах – оттуда проще наблюдать за звездами, не отвлекаясь на сильное мерцание.
В космосе нет атмосферы, и, по словам космонавтов и по имеющимся снимкам с космических телескопов, звезды там светят ровным и спокойным светом.
