Солнце одна из звезд космоса солнце не самая горячая звезда но это самая: Представление не найдено [name, type, prefix]: article, htmlstart, contentView

Звезды волнуются раз

Фред Кавли, распорядившись раз в два года награждать премией в миллион долларов успехи в областях астрофизики, нанотехнологий и нейронаук, мотивировал это решение так: одна занимается самым большим, другая самым маленьким, третья — самым сложным. В этом году «самая большая» наука в этом триумвирате представлена хрестоматийными объектами, звездами. Причем самыми обычными. Так астрономы называют звезды, похожие по природе, строению и эволюции на Солнце. О том, что они узнали лауреаты и, что самое важное, как, рассказывает астрофизик Антон Бирюков из ГАИШ МГУ.

Премию по астрофизике получили Конни Артс (Лёвенский католический университет, Бельгия), Йорген Кристенсен-Далсгор (Орхусский университет, Дания) и Роджер Ульрих (Университет Калифорнии в Лос-Анджелесе, США) — за «пионерские работы и исследования в областях гелио- и астросейсмологии». Эти ученые начиная с 70-х годов прошлого века внесли определяющий вклад в тогда еще молодой раздел астрофизики, который по-новому взглянул на звезды, их свойства и внутреннее строение. Хотя лучше даже сказать — услышал.

В 1926 году английский астрофизик Артур Эддингтон публикует ныне классическую монографию о внутреннем строении звезд. Начинается она так: «Похоже, что недра Солнца и других звезд наименее доступны для научного исследования, чем любая другая область вселенной. Наши телескопы могут заглянуть все дальше и дальше в пространство, но как мы можем получить надежное знание о том, что скрыто под толщей вещества? Какой прибор может проникнуть под поверхность звезды и измерить условия в ее недрах?»

Астрофизика — буквально «наука о природе звезд» — не может быть полна без понимания внутреннего устройства этих объектов. И не теоретического, о котором писал Эддингтон, но и его экспериментального подтверждения.

В 2022 году мы все еще далеки от того, чтобы запустить измерительный зонд в недра Солнца. Впрочем, мы не менее далеки и от того, чтобы пробиться в глубокие недра Земли. Однако геофизики уже не первое столетие изучают строение Земли по тому, как внутри нее распространяется волны упругих колебаний. Так возникла наука сейсмология. Астрофизики позаимствовали эту идею у коллег и, начиная и с 60-х годов прошлого века, начали измерять то, как распространяются колебания в недрах звезды. Таким образом родилась сначала гелиосейсмология (изучающая Солнце), а потом и астросейсмология (исследующая и другие звезды).

Так у нас появился инструмент, который был нужен Эддингтону.

Звуки звезд

Если с земной сейсмологией все более-менее знакомы, то как и почему этот метод вообще может работать для звезд? Ведь мы не устанавливаем на поверхности Солнца и других звезд сейсмические датчики!

Это действительно так. Но звук, который пронизывает звезды, в общем можно увидеть при помощи обычных телескопов. А именно, увидеть изменения, которые звуковые волны порождают на «поверхности» звезды.

Вообще, строго говоря, неверно утверждение, что в космосе царит оглушительная тишина. В действительности, конечно, упругие волны бывают в любой материальной среде. В том числе и межзвездной и межпланетной: они, конечно, разрежены, но совсем не пусты. И уж тем более звуковые волны распространяются в недрах весьма плотных звезд. Так, например, средняя плотность Солнца в 1,4 раза больше плотности воды, в которой звук распространяется очень хорошо — дельфины и киты не дадут соврать.

Но откуда он там берется?

Чтобы это понять, давайте представим звезду в виде чайника, который стоит на горячей плите. Плита, в данном случае — это ядро звезды, в котором идут термоядерные реакции и генерируется энергия. Эта энергия передается более высоким слоям звезды, точно так же, как и тепло плиты нагревает дно чайника. В чайник налита вода — холодное и разреженное вещество. Она тоже нагревается и затем вскипает. Кипящий чайник от еще не закипевшего очень просто отличить в том числе и на слух — он порождает низкочастотный шум. С Солнцем происходит примерно то же самое. Его внешние слои, доступные земному наблюдателю, конечно, не совсем кипят, но тоже отдают вовне тепловую энергию. Перенос тепла в них происходит за счет конвекции, вместе со струями поднимающегося вещества. И эта конвекция внешних слоев Солнца тоже порождает звуковые волны.

Бурление воды в чайнике прекрасно слышно благодаря сравнительно высокой плотности воздуха, который хорошо проводит звук. В космосе же среда куда более разрежена, поэтому в буквальном смысле услышать Солнце нельзя, не говоря уже о других звездах. Но всмотревшись в его поверхность, мы можем этот звук увидеть.

Рассмотреть гул Солнца

Исследования в области астросейсмологии начались с гелиосейсмологии, то есть с изучения ближайшей к нам звезды. В начале 60-х годов прошлого века группа астрофизиков из Калифорнийского технологического института под началом Роберта Лейтона разглядела на Солнце конвекцию внешних слоев. Они увидели, как пузыри плазмы диаметром около 10 тысяч километров поднимаются и опускаются на его поверхности со скоростью около 500 метров в секунду и периодом в 296 секунд. Это были уже ставшие знаменитыми пятиминутные колебания Солнца. Как раз они порождают волны, которые распространяются внутрь Солнца. И, что важно, распространяются не прямолинейно, а так же, как сейсмические волны в толще Земли — преломляясь, поворачивая и выходя на поверхность уже в другой точке. Это так называемы p-волны или волны давления (pressure waves). Они — звучат.

По солнечным недрам распространяются упругие колебания нескольких типов — и ведут они себя по-разному. Так, у поверхности устанавливается рисунок из стоячих звуковых волн — p-волны, колебания которых можно увидеть. В звезде возникает несколько мод p-волн, которые позволяют проверить условия на разных глубинах. Характерные частоты волн давления в Солнце равны нескольким миллигерцам.

В центральной области звезды распространяются так называемые g-волны. Это волны гравитации, которые не следует путать с гравитационными волнами. Это не звук, но волны, похожие на колебание поверхности воды, в которую брошен камень. Они обладают меньшей частотой (десятки микрогерц) и оказываются «заперты» во внутренней части звезды — зоне лучистого переноса. Это слои, достаточно горячие, чтобы передавать энергию с помощью излучения, а не конвекцией. В недрах звезд g-волны оказывают дополнительное влияние и на распространение звуковых p-волн.

То, как именно p-волны проникают в недра звезды, где именно они поворачивают, где выходят на поверхность, какой рисунок стоячих волн они образуют — все это зависит от конкретных физических свойств толщи звезды. В первую очередь от температуры, плотности и агрегатного состояния вещества. Роджер Ульрих разработал строгую теорию, которая связывает свойства наблюдаемых колебаний Солнца с его внутренним строением. Он связал наблюдения и физику. Собственно, схожая физика используется и в сейсмологии. С той разницей, что источники сейсмических волны в Земле — естественные землетрясения или искусственные толчки. Таким же методом уже исследовались недра Луны и Марса.

Сравнивая колебания земной поверхности в разных точках, задержки прихода звуковой волны от одного землетрясения до разных измерительных пунктов, геологи могут делать выводы о внутреннем строении Земли. Как минимум о том, какова плотность ее вещества на разных глубинах.

Гелиосейсмология следует тому же методу. На Солнце устанавливается картинка стоячих звуковых волн разной длины. Эта длина кратна длине пути, проходимому звуковой волной. Что, в свою очередь, определяется размерами Солнца и той глубиной, на которую эти волны доходят.

В действительности картина стоячих волн немного сложнее, чем на рисунке, на котором показана лишь одна гармоника колебаний. Солнце выглядит еще более пятнистым. Но все колебания можно разобрать на составляющие и построить их спектр — зависимость интенсивности каждой гармоники от ее частоты.

Именно вид этого спектра — положения отдельных пиков и расстояние между ними — в конечном итоге говорит исследователям о том, как устроены недра звезды, в которых распространяются звуковые волны.

Звуковые волны, выходящие на поверхность Солнца, вызывают ее медленные покачивания вверх-вниз — примерно так дрожит мембрана большого звучащего динамика. Эти движения поверхности фиксируются с помощью эффекта Доплера. По спектру разных участков Солнца наблюдатели могут измерять положение линий известных химических элементов, и их смещение относительно лабораторной длины волны будет говорить о скорости движения вещества.

Ad astri

Но как быть с другими звездами? Разглядеть в деталях их поверхность, в отличие от солнечной, мы не можем. Из-за гигантских расстояний остальные звезды предстают в просто в виде светящихся точек. Зато мы можем измерять блеск этих точек с высокой точностью — и делать это регулярно.

Можно сказать, что все звезды переменны (и Солнце не исключение) — их блеск меняется с течением времени. У одних в большей степени, у других — в меньшей. И в некоторых случаях эта переменность определяется как раз колебаниями поверхности звезды.

Нам давно известны звезды, поверхность которых колеблется очень сильно — это так называемые пульсирующие переменные звезды. Одни из самых ярких таких звезд — цефеиды. Это звезды-сверхгиганты, своим именем обязанные Дельте в созвездии Цефея. Они расширяются и сжимаются с периодом в несколько суток. Расширяясь, они охлаждаются — примерно так же, как охлаждается воздух, выходящий из баллончика под давлением. А охлаждаясь, сильно тускнеют, поскольку светимость нагретого тела в хорошем приближении пропорциональна четвертой степени его температуры. Чем холоднее звезда, тем меньше и ее светимость. Но верно и обратное: сжимаясь, звезда разогревается и становится ярче. Это мы и наблюдаем в цефеидах. Болеет того, доплеровские измерения движения поверхности подтверждают, что изменение их блеска связано именно с физическими пульсациями.

Однако представьте себе, что разные части звезды пульсируют по-разному. Какие-то опускаются, какие-то поднимаются. Какие-то становятся ярче, а какие-то — наоборот, тускнеют. Причем размеры таких ячеек неоднородности могут быть очень разными. Тогда зависимость блеска звезды от времени изменится.

Блеск будет меняться сложным, непредсказуемым образом. Однако если выловить в этих изменениях отдельные периоды (разложив весь этот шум на составляющие), то можно выяснить, колебаний каких размеров на поверхности звезды больше, а каких меньше. Какие из них сильнее, а какие слабее. Это та же самая наблюдательная задача, которую решают в гелиосейсмологии.

Колебания блеска, вызванные именно акустическими волнами, весьма малы. Чтобы заметить их, нужны телескопы, которые могут измерить блеск звезды с очень высокой точностью — до сотых и даже тысячных долей процента. Такие телескопы появились не так давно. Это, в первую очередь, космические телескопы: европейский CoRoT, американские TESS и Kepler. Особенно последний. Все эти телескопы были созданы в первую очередь для поиска и исследования экзопланет транзитным методом. Эта задача тоже требовала высокой точности измерения яркостей. В отличие от апериодических упругих колебаний поверхности звезды, транзит — строго периодическое явление. Он приводит к слабому падению блеска звезды в тот момент, когда планета затмевает часть диска звезды, один раз за свой орбитальный период. На фоне «шума» упругих колебаний строго периодические изменения блеска хорошо заметны.

Зачем все это нужно?

Гелиосейсмология позволила восстановить картину вращения недр Солнца.

Теперь мы знаем, что внутри Солнце вращается как твердое тело вплоть до начала конвективной зоны. Она занимает только наружние 30 процентов, и в ней наблюдается так называемое дифференциальное вращение: внешние слои Солнца вращаются быстрее на экваторе, чем на полюсах. Граница между внутренней и внешней зонами играет важную роль в формировании крупномасштабного магнитного поля нашего светила. Большой вклад в этот результат внес второй лауреат этого года, Йорген Кристенсен-Далсгор.

Гелиосейсмология сыграла ключевую роль в подтверждении той модели внутреннего строения Солнца, которая предсказывала, что поток солнечных нейтрино должен быть в три раза больше, чем наблюдаемый. Это проблема десятилетия мучала астрофизиков. У нее были два решения: либо признать, что существующая модель Солнца неверна, либо сказать, что с нейтрино происходит что-то необъяснимое. И благодаря гелиосейсмологии удалось выяснить, что дело в нейтрино. Поток нейтрино зависит от распределения плотности, температуры и химического состава солнечного ядра. Которые можно проверить методами гелиосейсмологии. Поэтому коррективы в теорию пришлось вносить исследователям элементарные частицы, а не их коллегам-астрофизикам (подробнее о проблеме солнечных нейтрино читайте в материалах «Н значит нейтрино» и «Чистая аномалия»).

Конни Артс известна астросейсмическими исследованиями звезд-гигантов — которые уже прошли солнечную стадию и израсходовали водородное топливо. Эти звезды обладают немного другим внутреннем строением. Астросейсмология позволила различить звезды, находящиеся на разных стадиях своей эволюции и ответить на вопрос о том, в каких из них гелий горит термоядерным образом. Ведь если в ядре звезды прямо сейчас горит гелий, то его температура и плотность будут отличаться от температуры и плотности спокойного ядра. Поэтому и упругие волны распространяются в нем иначе. Горение гелия — довольно быстрый процесс по сравнению с временем жизни звезды, поэтому по нему можно довольно точно определить возраст звезды. Кроме этого, измерение спектра колебаний дало возможность лучше понять вращение внутренних слоев проэволюционировавших звезд и сравнить с тем, что предсказывает теория звездной эволюции.

Астросейсмология оказалась одним из самых точных методов измерения масс, размеров и, как следствие, возрастов одиночных звезд. Массы звезд связаны с их плотностью — а от нее зависит скорость звука в недрах звезды. Вместе с размерами звезды, эта скорость определяет характерное время, за которое звуковая волна проходит всю звезду. А время — это величина, связанная с частотой колебаний поверхности. Начиная с работ Ульриха 80-х годов и других теоретиков, в арсенале астросейсмологов есть так называемые отношения подобия, которые по величине максимальной частоты, с которой меняется блеск звезды, а также по разности частот между основными гармониками, позволяют восстанавливать массу, радиус и плотность звезды в солнечных единицах. С другой стороны, модели звездной эволюции предсказывают вполне конкретные значения массы, радиуса, светимости и температуры для звезды заданного возраста, начальной массы и химического состава.

Все эти соотношения и модели позволяют с помощью астросейсмологических методов проверять теории звездной эволюции — одни из основополагающих теорий в астрофизике. А значит, и правильно понимать то, какое будущее ждет наше Солнце.

Но на этом возможности астросейсмологии не заканчиваются. Например, определение параметров экзопланеты, в общем, зависит от того, насколько хорошо мы знаем параметры звезды, вокруг которой экзопланета обращается. Именно благодаря астросейсмологии стало возможным обнаружить планеты земной массы, расположенные в так называемой зоне обитаемости своих звезд.

Гелио- и астросейсмология позволяют отвечать на многие вопросы о жизни звезд не с умозрительной, а с практической точки зрения. Они оказались именно тем инструментом, о котором думал Эддингтон, и который позволил проткнуть поверхность звезды и заглянуть в ее очаг. И если бы сегодня он решил написать ту же книгу о звездах, почти наверняка она начиналась бы со слова «астросейсмология».

Совершенно обычная звезда – Солнце

Лекция, прочитнная Дмитрием Вибе на VI Фестивале науки 2011 г. в городе Москве

Разговор сегодня пойдёт о нашем дневном светиле, о Солнце, вокруг которого вращаются планеты Солнечной системы. Если вам когда-нибудь попадались в руки учебники астрономии, то вы могли прочитать в них, что Солнце – это звезда совершенно обычная, ничем не примечательная, звезда, которых во Вселенной большинство. Сегодня я попробую рассказать о том, насколько это верно.

Сначала небольшое лирическое отступление, связанное с тем, что и Солнце, и другие космические объекты довольно часто проникают в массовые научные новости. О них любят писать в газетах, часто говорят по радио, снимают что-нибудь заковыристое по телевидению. И эта информация, которую вы получаете откуда-нибудь из СМИ или со страниц из Интернета, в лучшем случае переврана, в худшем — полностью выдумана. Подвох заключается в том, что когда вы читаете научные новости, вы думаете, что это писал какой-то специалист,  что там все проверено и перепроверено. На самом деле это не так. В большинстве средств массовой информации содержание научных новостей абсолютно никто не проверяет, за их правдивость или ложность никто никогда не несет никакой ответственности, и по той причине, что журналисту не нужно будет отвечать за свои слова, к ученым, экспертам он относит любого человека, который согласился с ним разговаривать, который согласился озвучить ту чушь, которую журналист хочет написать в своей заметке.

Вот, пожалуйста, пример. Кого использует в качестве экспертов по астрономическим проблемам канал ТВЦ (не какой-нибудь мистический, а федеральный канал)? Президент Русского общества по изучению проблем Атлантиды. Конечно, астролог, Александр Зараев, писатель-фантаст Ситчин, в правом ряду два товарища — журналисты даже затруднились идентифицировать, кто они такие, назвали просто: эксперт и исследователь. В какой области исследователь? Какой эксперт? Есть и другие эксперты, которые неизвестно откуда пришли, неизвестно какое имеют образование. Наше телевидение именно их часто привлекает для объяснения каких-то астрономических проблем, загадок, и они, конечно, не задерживаются, чтобы сказать что-нибудь такое, что привлечет зрителей, но при этом не имеет никакого отношения к реальности. Обычному зрителю, который не искушен во всех этих проблемах, трудно бывает понять, почему он должен слушать, например, меня и не должен слушать всех остальных.

На этом фоне всяческие уфологии, астрологии кажутся нормальными науками, в магазинах на одних и тех же полках стоят книги с астрологией, физикой, геологией, и, конечно, человеку, который не искушен в этих вопросах, кажется, что во всех этих случаях он имеет дело с нормальными книгами и экспертами.

К сожалению, многие новости не только перевраны, они еще очень часто имеют панический настрой. Вот, пожалуйста, примеры за последний год: гигантский астероид Клеопатра (пишут, между прочим, Аргументы и факты) слетел со своей орбиты, повернул к Земле и летит к ней, чтобы ее полностью разрушить. Вы, наверное, слышали, что 19 марта было несколько особенное полнолуние: Луна чуть ближе подошла к Земле, чем обычно. Журналистам этого мало, поэтому они написали, что Земле в этой связи грозит страшная катастрофа. Заметили вы 19 марта что-нибудь катастрофическое?

Плохо то, что они не только пишут эту чушь. Они обязательно ссылаются на ученых. «По утверждению ряда ученых, полнолуние приведет к катастрофе». О том, что Клеопатра свернула со своей траектории, заявил не кто-нибудь, а бразильский астроном. Какие-то непонятные индийские астрономы угрожают взрывом близкой к нам звезды, которая тоже уничтожит все живое на Земле. Нам грозит некий солнечный эффект Каррингтона, предупредили польские и американские ученые. Что это такое, никто не знает, но все согласны, что это смертельное явление. Беда еще в том, что приближается 2012 год, от которого почему-то сносит крышу у очень и очень многих людей, особенно у журналистов, и  есть все основания полагать, что с приближением декабря 2012 года поток панических новостей в СМИ будет возрастать.

Солнце в этом потоке занимает довольно заметное место. Почему-то сейчас распространяются слухи, что 2012 год грозит нам какими-то немыслимыми солнечными вспышками, которые в лучшем случае превратят жизнь на Земле в хаос, в худшем — уничтожат все живое на Земле. Самая смешная угроза со стороны Солнца, о которой время от времени вспоминают СМИ, это информация о взрыве Солнца через 6 лет. Она оказалась довольно живучей. Первое сообщение у меня от 2002 года, потом несколько лет тишины, в 2005-м она опять появилась, последнее сообщение от 2010 года. Понятно, что с 2002 года шесть лет уже прошло, то есть Солнце должно было уже взорваться, но это никого не останавливает, никого не напрягает, и я осмелюсь предсказать, что пройдет еще год-два, и нас опять начнут пугать взрывом Солнца через 6 лет.

К этому всему можно отнестись, как к забавному анекдоту, если бы по крайней мере некоторые, а возможно даже очень многие люди не воспринимали это все всерьез. Вот пишет человек про упомянутый взрыв Солнца через 6 лет: «Прочитала про солнечный взрыв на сайте Вестей. И поверила – не могут же официальные новости так врать». Не может же такого быть! И только случайно человек наткнулся на правильную информацию и успокоился. Я думаю, что таких паникующих людей достаточно много, которые воспринимают все эти страхи всерьез, и не подозревают, что за ними не стоит никакая абсолютно реальность, а стоит просто буйная фантазия журналиста, который это дело написал. Я постараюсь сегодня развеять эти страхи насчет Солнца.

Понятно, почему Солнце привлекает так много внимания. Это самый заметный объект в нашем мире, источник света, источник тепла. У него есть и утилитарное применение – Солнце лежит в основе нашего календаря, мы со времен каменного века ведем счет времени, равняясь на Солнце, в виде суток и годов. Вот эта фотография сделана страшным летом прошлого 2010 года, когда нас окутал дым, ничего через этот дым не было видно, но Солнышко тем не менее просвечивало. Даже этот дым не смог его заслонить.

С одной стороны, яркость Солнца, с другой – его повседневность, привели к тому, что с одной стороны оно практически во всех мифологиях так или иначе обожествлялось, причем занимало какие-то руководящие места, с другой стороны, это особенный бог, он не является землянам от случая к случаю, а маячит перед нами постоянно. Притом с регулярностью, которая позволяет за этим богом следить и рассчитывать его траекторию. Поэтому уже очень давно, многие тысячелетия назад, люди рассматривали Солнце не только как бога, не только, как объект для поклонения, но и как объект для исследования.

Поначалу такой яркий объект почему-то не занял центрального места в солнечной системе, но, начиная с Коперника, с 1543 года, постепенно в науку проникло представление о том, что Солнце – это самое главное тело в Солнечной системе, и оно должно занимать в ней центральное место. А все остальные планеты должны обращаться вокруг него. Но при этом вопрос: насколько Солнце обычно или необычно, не стоял, поскольку считалось, что Солнце существует в единственном экземпляре, а прочие звезды – это просто какие-то яркие точки на небосводе, которые непонятно зачем нужны и исследованию не подлежат.

Перелом наступил в 16 веке. Связан он был, в частности, со знаменитым датским ученым Тихо Браге, который, увидев взрыв сверхновой звезды в 1572 году, понял, что на небе могут происходить какие-то изменения, и не только Солнце и планеты, но и звездный мир тоже может быть объектом для исследования.

Французский философ Рене Декарт одним из первых высказал мысль о том, что Солнце и звезды — родственные между собой объекты. Правда, он был философ, толком сформулировать мысль не смог, но у него было такое представление: Солнце окружено небом, но точно так же небом окружена каждая звезда, и в этом смысле все звезды похожи друг на друга.

Другой известный ученый, Вильям Гершель, первым построил карту распределения звезд вокруг Солнца, уже исходя из предположения, что Солнце и звезды – это родственные объекты. Тогда же были высказаны первые предположения о том, что из себя представляет Солнце. Тогда были проведены наблюдения солнечных пятен: на этой современной фотографии солнечного пятна видно, оно состоит из темной центральной части и более светлой окружающей его полутени. Например, Гершель предполагал, что внутренность у Солнца холодная, а солнечные пятна – это дырки в его горячей атмосфере, через которые мы смотрим на холодное темное ядро.

Но настоящее изучение Солнца и звезд началось в 19 веке, когда были замечены многие очень интересные особенности Солнца, которые сейчас играют ключевую роль в понимании его природы. Тогда же были получены научные доказательства того,  что Солнце и звезды – это родственные объекты, поэтому имеет смысл говорить об их сравнении. Но попутно выяснилось, что звезды сами по себе очень и очень разные. Поэтому, если мы говорим, что Солнце – это такая же звезда, как и все прочие, то мы вправе следом задать вопрос: такая же – это какая?

Вот, что мы знаем о Солнце на сегодняшний день. Масса – 2 на 10 в 33й степени грамма, то есть это 2 с 33-мя нулями. В масштабах Солнечной системы Солнце – довольно-таки тяжелый объект. Светимость у него тоже велика – 4 с 26-ю нулями, если выражать ее в ваттах. Радиус – 700 тысяч километров, состоит оно в основном из водорода, еще немножко гелия и еще совсем немножечко других элементов Периодической таблицы Менделеева. Солнце вращается в ту же сторону, что и все планеты, примерно в той же плоскости и совершает полный оборот примерно за месяц.

В конце 19 века люди уже задумывались о том, какая энергия питает Солнце, за счет чего Солнце светит, за счет чего оно нас обеспечивает теплом. Здесь показаны портреты людей, которые внесли важный вклад в исследование этой проблемы.

Вплоть до 30-х годов ХХ века считалось, что источником энергии Солнца является гравитационное сжатие. Вещество падает на Солнце, при падении разогревается, раскаляется, и это раскаленное вещество является источником солнечной энергии. Герман Гельмгольц и другие ученые примерно оценили, сколько может прожить Солнце, используя этот источник энергии. Оказалось, что если Солнце светит за счет энергии сжатия, то его возраст должен составлять примерно 20 миллионов лет. Однако к 20-30-м годам ХХ века с этой оценкой возраста Солнца категорически перестали соглашаться геологи. И до этого было понятно, что возраст Земли достаточно велик, но к 30м годам было установлено, что он превышает 4,5 миллиарда лет. Трудно было представить себе, что маленькая планетка Земля, которая живет 4,5 миллиарда лет, вращается вокруг гигантской звезды, которая прожила всего 10-20 миллионов лет.

В это время знаменитый английский астрофизик Артур Эддингтон высказал предположение, что источником энергии Солнца являются термоядерные реакции. Гравитация обеспечила только изначальный разогрев Солнца. Потом, когда Солнце разогрелось до температуры в десятки миллионов градусов, там загорелись термоядерные реакции, и дальше источником солнечной энергии являются именно они. Именно термоядерные реакции способны обеспечивать жизнь Солнца на протяжении примерно 10 миллиардов лет. Пять миллиардов лет наше Солнышко уже использовало из своего жизненного срока, и примерно столько же ему осталось.

Здесь показана реакция, которая приводит к выделению энергии на Солнце. Она состоит из нескольких шагов, но итог сводится к тому, что водород превращается в гелий. Изначально Солнце в основном состояло из водорода, но постепенно в его центре растет гелиевое ядро. Что интересно – мы сейчас довольно хорошо умеем исследовать не только наружные слои Солнца, но и его внутреннюю область, благодаря использованию методов сейсмологии. До сих пор сейсмология использовалась только для исследования внутреннего строения Земли,  но теперь она активно применяется еще и для исследования недр Солнца и других звезд. И те данные, которые гелиосейсмология (солнечная сейсмология) нам приносит о внутреннем строении Солнца, очень хорошо согласуются с представлениями о том, что его свечение обеспечивают термоядерные реакции.

Насколько по массе Солнце похоже на другие звезды? Прежде всего – о том, каких масс вообще бывают звезды. Самые маленькие звезды имеют массу порядка 0.1 массы солнца, то есть они в 10 раз менее массивны, чем Солнце. Если будущая звездочка меньше, чем эта масса, она просто не разогревается до нужной температуры, и термоядерные реакции в ней не загораются.

Существует ли максимальная масса звезд? Сейчас считается, что не могут существовать звезды, которые в 150 раз более массивны, чем Солнце. Но этот вопрос еще не закрыт, возможно, во Вселенной могут существовать и более мощные светила с массой, превышающей массу Солнца в тысячу раз, но никаких достоверных сведений об этом у нас пока нет.

Звезды разных масс присутствуют во Вселенной в разных количествах. Чем меньше масса звезды, тем таких звезд больше. Естественно, поскольку существуют звезды, гораздо менее массивные, чем Солнце, в общем списке звезд гораздо больше таких вот маломассивных светил. Если взять одну звезду, для примера, с массой порядка сотни солнечных масс, то окажется, что на каждую такую звезду приходится около 700 звезд, подобных Солнцу, и около 9 тысяч звезд, которые уступают Солнцу по массе. Чтобы в этом убедиться, можно посмотреть на звезды, которые окружают Солнце. В пределах примерно 15 световых лет от Солнца нам сейчас известно 65 звезд, и из этих 65-ти 50 звезд имеют массу меньшую, чем масса Солнца. То есть нас окружают в основном очень тусклые, очень маленькие, очень холодные светила, непохожие на Солнце.

Вот еще более подробная таблица. Здесь представлен уже больший объем пространства, радиусом 30 световых лет, и здесь тоже видно, что больше всего здесь звезд, существенно менее массивных, чем Солнце, они обозначены буквой М. Из 366 объектов, которые нам известны вблизи Солнца, 246 – как раз такие маленькие тусклые светила.

Иными словами, если говорить с точки зрения массы, то Солнце – не такая уж типичная звезда. Мы живем возле звезды, которая, в общем, довольно ярка по сравнению с другими звездами, более массивна по сравнению с большинством других звезд и более горяча по сравнению с большинством других звезд. Так что в этом отношении не такая уж Солнце и типичная звезда. И если нам хочется в звездном мире найти звезду, которая похожа на Солнце, то в ближайших наших окрестностях мы ее не найдем, нужно смотреть дальше.

Зачем нам искать такие звезды? Из соображений космической безопасности. Мы знаем, что солнечная активность может быть опасна на Земле. Мы знаем, что она способна причинять некий ущерб, но при этом наши возможности по наблюдению Солнца довольно ограничены. Мы следим за Солнышком всего на протяжении 400 лет и не можем быть уверены, что на каких-то более длительных временах на Солнце не происходят катаклизмы. Но мы сможем решить эту проблему, если будем следить за другими звездами, которые похожи на Солнце. При этом нужно сначала решить, какие именно звезды мы будем считать солнечными близнецами.

Понятно, что нужно искать звезды примерно с той же массой.  Но можно подумать и о каких-то других параметрах, не только о массе, подумать о химическом составе, о возрасте и о других.

Химический состав Солнца оказывается для Вселенной вполне типичным. Ничего особенного оно из себя в этом смысле не представляет. Тот состав, который я перечислил – много водорода, чуть меньше гелия и мало всего остального – типичен и для нашей Галактики, и для прочих галактик.

Положение, которое Солнце занимает в нашей Галактике, тоже ничего необычного из себя не представляет. Живем мы в галактике Млечный путь. Это гигантская система, в которую входят сотни миллиардов звезд. Она очень плоская: по соотношению толщины и диаметра примерно похожа на компакт-диск, а может быть даже еще более тонкая. В этой системе среди множества других звезд обитает наше Солнце, и никакого особенного положения в этой системе не занимает.

Интересная особенность Солнца заключается в том, что это звезда одиночная. Если мы посмотрим вокруг себя, то увидим, что довольно много звезд входят в состав звездных пар, звездных троек и иногда даже систем более высокой кратности. В этом отношении Солнце несколько необычно. У Солнца нет спутника. Солнце – одиночная звезда. И таких звезд в Галактике по разным оценкам разное количество, но примерно половина. То есть, скажем, с вероятностью 12 мы могли оказаться и возле двойной звезды, но тем не менее оказались возле звезды-одиночки.

С точки зрения вращения и магнитного поля наше Солнце тоже ничего особенного не представляет. На этой картинке разными размерами показаны звезды с разным магнитным полем. Вот это звезды с очень сильным магнитным полем, а вот здесь находится Солнышко. Солнышко здесь маленькое, магнитное поле у него слабенькое. И это нам тоже хорошо, потому что именно магнитное поле является источником солнечной активности. Наблюдая за другими солнцеподобными звездами разных возрастов, мы знаем, что активность Солнца со временем будет ослабевать.

Но это, так сказать, общее течение, а если говорить о более сиюминутных проблемах, то тут ситуация менее определенна. Мы знаем сейчас, что солнечная активность связана с появлением солнечных пятен, что вокруг пятен происходят солнечные вспышки, которые могут быть для нас потенциально опасны, и знаем мы, что солнечные пятна на Солнце появляются с периодами в 11 лет. Это цикл солнечной активности, который прослеживается уже с 17 века, с того момента, когда начались наблюдения Солнца в телескоп.

Раз в 11 лет активность Солнца повышается, потом спадает, потом снова повышается, снова спадает. Можно также увидеть более длительную периодичность, примерно с периодом около 100 лет, и мы сейчас находимся на ниспадающем участке этой долговременной периодичности активности Солнца. К сожалению, на более длительных временах мы не знаем, как вело себя Солнце, поскольку наблюдения солнечных пятен не было до середины 17 века,

Поэтому нам приходится судить о солнечной активности по косвенным показателям, в частности, по содержанию радиоактивных элементов во льдах, в деревьях, в старых стволах. И тут вот есть такая интересная особенность, которая называется Маундеровским минимумом. Можно себе представить каприз природы. В 1609 году Галилей изобрел телескоп, в начале 17 века начались наблюдения солнечных пятен в телескоп, и вскоре после этого пятна с Солнца пропали. И не было их на протяжении почти 50 лет. Точнее появлялись они очень и очень редко и снова начали появляться уже только в 18 веке. Вот этот вот провал в количестве солнечных пятен называется минимум Маундера. Непосредственно перед ним, где-то в 15-16-м веках, был еще один провал солнечной активности, минимум Шперера. Интересно, что именно на этот длительный провал солнечной активности приходится так называемый Малый ледниковый период – время, когда в Европе были очень холодные зимы, когда замерзали реки в Европе, замерзала Темза, на которой проводились ледовые ярмарки, которых сейчас не бывает. И вот этот малый ледниковый период совпал с падением активности Солнца. Это как будто бы говорит о том, что между климатом и солнечной активностью есть какая-то связь, но однозначно понять ее причины пока не удается.

Ну и наконец самое страшное, что может нам угрожать, это сильные солнечные вспышки. Здесь тоже интересный каприз истории. Первая замеченная солнечная вспышка оказалась самой сильной за всю историю этих наблюдений. Это так называемое явление Кэррингтона, которое произошло 1-2 сентября 1859 года. Кэррингтон был астрономом-любителем, он наблюдал солнечные пятна, наблюдал поверхность Солнца вблизи солнечных пятен, и вот во время одного из своих наблюдений 1 сентября 1859 года вблизи солнечных пятен, которые он здесь нарисовал, обнаружил две очень яркие точки. Он побежал, чтобы найти кого-нибудь и показать это замечательное явление, но когда он через минуту вернулся, ничего уже не было.  Но по прошествии нескольких часов взбесились магнитные обсерватории. Вот здесь внизу показан график магнитного поля Земли. 1 сентября он тихонечко развивается, потом приближается 2 сентября, и график уходит вверх. Аппаратуры не хватило, чтобы записать мощность этой магнитной бури. Поэтому мы до сих пор не знаем, какова была мощность этой вспышки Кэррингтона. Но это было еще не все. По всей территории Соединенных Штатов взбесились телеграфные аппараты. Они начали работать без участия операторов, начали отбивать какие-то сигналы, в них загоралась телеграфная лента, испуганные операторы отключали аппараты от батареи – ничего не менялось после этого, то есть был такой совершеннейший полтергейст по всему телеграфу. И еще интересно, что вплоть до Карибского моря наблюдались и полярные сияния. То есть они протянулись чуть ли не до экватора. Больше ничего подобного вспышкам Кэррингтона мы с тех пор не наблюдали, хотя прошло уже полтора столетия.

Но другие сильные вспышки все-таки были. Наиболее известна вспышка 9 марта 1989 года, которая выбила электричество в Канаде – там миллионы людей остались без электричества, Тут вот видны сгоревшие обмотки трансформаторов. В 2003 году была очень сильная вспышка, но она всего лишь на час отключила электричество в Швеции. В 2011 году тоже было несколько сильных вспышек, 9 августа была вспышка, буквально на днях тоже были сильные вспышки, но, к счастью, ни к каким неприятным последствиям они не привели: теперь мы знаем, что такое возможно, и готовимся. Теперь у нас имеется очень мощная служба Солнца, космические обсерватории, которые наблюдают не только за поверхностью Солнца, видимой с Земли. Есть два замечательных американских аппарата Стерео-А  и Стерео-B, которые следят за Солнцем с боков. Благодаря этим аппаратам у нас впервые есть возможность одновременно наблюдать всю солнечную поверхность, а не только ту часть, которая видна с Земли.

Есть ли у нас гарантия того, что вспышка Кэррингтона не повторится? Есть ли у нас гарантия, что на Солнце не будут происходить более мощные вспышки? В этом отношении в 2000м году поступила тревожная информация. Группа ученых проанализировала другие звезды, похожие на Солнце, проанализировала наблюдения этих звезд и обнаружила, что на некоторых из них время от времени происходят вспышки, которые по энергетике превосходят солнечные в миллионы раз. И, поскольку эти звезды похожи на Солнце, возникло опасение, что Солнце тоже может нечто подобное для нас готовить, Но потом оказалось, что страхи эти напрасны.  Все эти звезды оказались похожими на Солнце как на звезду, но они обладают планетными системами, которые очень сильно непохожи на планетную систему Солнца. У всех этих звезд есть планеты, подобные Юпитеру, которые вращаются на очень близких орбитах вокруг этих звезд. Скорее всего, именно они сводят с ума магнитное поле звезд и приводят к таким мегавспышкам. Наш Юпитер далеко от Солнца, поэтому мы можем надеяться, что ничего особо страшного нам не грозит.

Раз уж я заговорил о планетах, можно сказать еще о том, насколько типична планетная система вокруг Солнца. Вот здесь пока вопрос открыт. Большая часть планетных систем, которые нам на сегодняшний день известны, на Солнечную систему не похожи.

Можно сделать следующее резюме. Если смотреть в целом по Галактике, то Солнце – это звезда нерядовая. Обычная звезда Галактики – это тусклый, холодный, маленький красный карлик. Солнце – это звезда более горячая, более массивная, но среди других подобных звезд в этом же примерно диапазоне масс она ничем особенным не выделяется. Она совершенно обычная звезда спектрального класса G (желтый карлик). А вот как центр планетной системы с определенными свойствами, Солнце может все-таки оказаться в конечном итоге звездой нетипичной, но это имеет отношение не столько к солнечной активности, к солнечным свойствам, сколько к нашим шансам найти братьев по разуму.

Вибе Дмитрий Зигфридович, доктор физико-математических наук,
зав. отделом физики и эволюции звёзд Института астрономии РАН

Насколько горячо солнце?

Насколько жарко на солнце? Температура солнца значительно различается между каждым слоем.
(Изображение предоставлено Xurzon через Getty Images)

Жизнь на Земле не существовала бы без нашего огромного раскаленного газового шара. Но насколько горячо солнце? Ну, это зависит от…

Температура Солнца колеблется от примерно 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию) в ядре до примерно 10 000 градусов по Фаренгейту (5 500 градусов по Цельсию) на поверхности, по данным НАСА (открывается в новом вкладку).

По данным NASA Space Place, каждые 1,5 миллионных секунды солнце выделяет больше энергии, чем все люди потребляют за год. Здесь мы исследуем, насколько горяч каждый слой солнца и почему температуры так сильно различаются.

Связанный: Когда солнце умрет?

Откуда берется солнечное тепло?

Солнце состоит из газа и плазмы. Большая часть газа — 92% — это водород. Если бы Солнце было меньше, оно было бы просто огромным водородным шаром, похожим на Юпитер. По данным NASA Space Place, водород в солнечном ядре удерживается сильной гравитацией, что приводит к высокому давлению. Давление настолько велико, что когда атомы водорода сталкиваются с достаточной силой, они создают новый элемент — гелий — в процессе, называемом ядерным синтезом.

Непрерывный ядерный синтез вызывает накопление энергии, и температура ядра Солнца достигает около 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию). Затем энергия излучается наружу, на поверхность Солнца, в атмосферу и за ее пределы.

Температуры радиационной зоны

За пределами солнечного ядра находится радиационная зона, где температура колеблется от 12 миллионов градусов по Фаренгейту (7 миллионов градусов по Цельсию) вблизи ядра до приблизительно 4 миллионов градусов по Фаренгейту (2 миллиона градусов по Цельсию) во внешней радиационной зоне, по данным образовательного сайта Study. com (откроется в новой вкладке). По данным веб-сайта научных новостей Phys.org (открывается в новой вкладке), в этом слое не происходит тепловой конвекции. Вместо этого тепло передается через тепловое излучение, при котором водород и гелий излучают фотоны, которые проходят небольшое расстояние, прежде чем снова поглощаются другими ионами. Легким частицам (фотонам) могут потребоваться тысячи лет, чтобы пройти через этот слой, прежде чем они достигнут поверхности Солнца.

Температуры в зоне конвекции

За пределами радиационной зоны находится конвективная зона Солнца, которая простирается на 120 000 миль (200 000 километров) согласно Study.com. Температура в зоне конвекции составляет примерно 4 миллиона градусов по Фаренгейту (2 миллиона градусов по Цельсию). Плазма в этом слое движется конвективно — подобно кипящей воде — пузырьки горячей плазмы переносят тепло на поверхность Солнца.

Атмосфера Солнца: температура фотосферы, хромосферы и короны

Температура Солнца различается в каждом слое атмосферы. (Изображение предоставлено NASA/SDO)

Температуры в солнечной атмосфере также значительно различаются между слоями. В фотосфере температура достигает около 10 000 градусов по Фаренгейту (5 500 градусов по Цельсию), согласно образовательному веб-сайту (открывается в новой вкладке) The Sun Today. Именно здесь солнечное излучение регистрируется как видимый свет. Солнечные пятна на фотосфере кажутся темными, потому что они холоднее, чем другие части поверхности Солнца. По данным Университетской корпорации атмосферных исследований (UCAR) температура солнечных пятен может составлять от 5400 до 8100 градусов по Фаренгейту (от 3000 до 4500 градусов по Цельсию).

Истории по теме:

Хромосфера расположена над фотосферой, и температура колеблется от приблизительно 11 000 градусов по Фаренгейту (6 000 градусов по Цельсию) вблизи фотосферы до примерно 7 200 градусов по Фаренгейту (4 000 градусов по Цельсию) на пару сотен миль выше.

Теперь все становится немного странным. Над хромосферой лежит корона — самый внешний слой солнечной атмосферы. Солнечная корона простирается на тысячи миль над видимой «поверхностью» (фотосферой) Солнца. Теперь вы можете подумать, что температура здесь должна быть самой низкой, поскольку мы находимся дальше всего от выделяющего тепло ядра… но это не так. Вообще.

Температура солнечной короны может достигать от 1,8 миллиона градусов по Фаренгейту до 3,6 миллиона градусов по Фаренгейту (от 1 до 2 миллионов градусов по Цельсию), что в 500 раз выше температуры фотосферы. Но почему верхняя атмосфера Солнца горячее поверхности? Это отличный вопрос, и он поставил ученых в тупик. Есть некоторые идеи о том, откуда берется энергия, нагревающая корону, но окончательный вывод еще предстоит сделать. Если вы хотите узнать больше об этой солнечной загадке, ознакомьтесь со статьей «Почему атмосфера Солнца горячее, чем его поверхность?».

Прикосновение к солнцу: солнечный зонд Parker

Одна из ключевых миссий солнечного зонда Parker, запущенного в августе 2018 года и в настоящее время вращающегося вокруг нашей звезды, будет заключаться в том, чтобы выяснить, почему корона не поддается динамическим моделям звезд, имея температуру выше фотосфера.

Корабль пролетит сквозь атмосферу Солнца, выдерживая экстремальные температуры, часто приближаясь к его поверхности на расстояние 3,8 миллиона миль (6,1 миллиона километров). При этом он будет собирать измерения короны и важные данные о солнечном ветре, а также делать снимки звезды.

В 2021 году зонд стал самым быстрым кораблем, когда-либо созданным людьми, пролетев мимо Солнца со скоростью 364 621 миль в час (692 018 км/ч). Когда он находится ближе всего к Солнцу, солнечный зонд Parker движется со скоростью 430 000 миль в час (700 000 км в час), согласно странице NASA Parker Solar Probe (открывается в новой вкладке).

Зонд NASA Parker Solar Probe запущен 12 августа 2018 года для изучения Солнца. (Изображение предоставлено NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben)

Самые горячие и самые крутые звезды

Звезды бывают разных размеров и цветов, поэтому неудивительно, что они имеют разную температуру. Астрономы могут многое сказать о температуре звезды по ее цвету или спектральному классу.

Существует 7 спектральных классов, обозначаемых буквами O, B, A, F, G, K и M. Самые горячие звезды — это звезды O и B, которые излучают в основном синий свет, при этом большая часть их света приходится на ультрафиолетовый спектр. . Звезды М-типа относятся к самому холодному классу, они более заметны в красных длинах волн, но также излучают много инфракрасного света.

Температура поверхности голубых звезд оценивается в 25 000 кельвинов (К) (44 540 градусов по Фаренгейту/24 726 градусов по Цельсию), в то время как красные звезды намного холоднее и составляют около 3000 К (4,940 градусов по Фаренгейту / 2726 градусов по Цельсию), по данным Университета Центральной Флориды (открывается в новой вкладке). Между ними находятся белые звезды с температурой около 10 000 К (17 540 градусов по Фаренгейту / 9 726 градусов по Цельсию), желтые звезды, такие как Солнце, с температурой 6 000 К (10 340 градусов по Фаренгейту / 5726 градусов по Цельсию) и более холодные оранжевые звезды с температурой в область 4000 К (6740 градусов по Фаренгейту / 3726 градусов по Цельсию).

Дополнительное чтение

Вы можете исследовать Солнце более подробно с помощью Обсерватории солнечной динамики НАСА (открывается в новой вкладке) или быть в курсе последних результатов (открывается в новой вкладке) солнечного зонда НАСА «Паркер» во время его миссии на « прикоснуться» к солнцу. Если вы хотите улучшить свои знания и понимание солнца, пройдите этот бесплатный курс, любезно предоставленный Открытым университетом (откроется в новой вкладке). Узнайте об энергии солнца и о том, как мы можем ее использовать, в этом информативном руководстве Национального проекта развития энергетического образования (NEED) (откроется в новой вкладке).

Библиография

• Ашванден, Маркус Дж. «Корона Тихого Солнца». (открывается в новой вкладке) Солнечная физика нового тысячелетия. Спрингер, Чам, 2019. 219–259.
• Стангалини, Марко и др. «Торсионные колебания внутри магнитной поры в солнечной фотосфере». (открывается в новой вкладке) Астрономия природы (2021): 1-6.
• «Атмосфера Солнца в сотни раз горячее его поверхности — вот почему» , Беседа.
• «Цвет звезд» (откроется в новой вкладке). Университет Центральной Флориды. Астрономия UCF Pressbooks.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Дейзи Добриевич присоединилась к Space.com в феврале 2022 года в качестве справочного автора, ранее работавшего штатным автором в нашем сестринском журнале All About Space. Прежде чем присоединиться к нам, Дейзи прошла редакционную стажировку в журнале BBC Sky at Night Magazine и работала в Национальном космическом центре в Лестере, Великобритания, где ей нравилось знакомить общественность с космической наукой. В 2021 году Дейзи защитила докторскую диссертацию по физиологии растений, а также имеет степень магистра наук об окружающей среде. В настоящее время она проживает в Ноттингеме, Великобритания.0003

При участии

• Роберта Ли, автора статей

Насколько горячи самые горячие звезды во Вселенной?

Сюрприз! Самые большие и массивные звезды не всегда самые горячие.

Хотя все внимание уделяется ее соседу, Мессье 42, Мессье 43 лежит сразу за полосой пыли и продолжает большую туманность, освещенную в основном единственной звездой, которая светит в сотни тысяч раз ярче нашего Солнца. Расположенная на расстоянии от 1000 до 1500 световых лет, она является частью того же комплекса молекулярных облаков, что и основная туманность Ориона.

(Кредиты: Юрий Белецкий (Обсерватория Карнеги-Лас-Кампанас) и Игорь Чилингарян (Гарвард-Смитсоновский CfA))

Чтобы сначала стать звездой, ваше ядро ​​должно пересечь критический порог температуры: ~4 000 000 K.

На этом разрезе показаны различные регионы поверхности и внутренней части Солнца, включая ядро, которое является единственным местом, где происходит ядерный синтез. Со временем богатое гелием ядро ​​будет сжиматься и нагреваться, что позволит синтезировать гелий в углерод. Однако для протекания необходимых реакций требуются дополнительные ядерные состояния для ядра углерода-12 помимо основного состояния.

(Источник: Wikimedia Commons/KelvinSong)

Такие температуры необходимы для начала синтеза водорода в гелий.

Самая простая и низкоэнергетическая версия протон-протонной цепи, производящая гелий-4 из исходного водородного топлива. Обратите внимание, что только слияние дейтерия и протона дает гелий из водорода; все другие реакции либо производят водород, либо гелий из других изотопов гелия.

(Источник: Sarang/Wikimedia Commons)

Однако окружающие слои рассеивают тепло, ограничивая температуру фотосферы на уровне ~50 000 K.

Солнечные корональные петли, подобные тем, которые наблюдались спутником NASA Solar Dynamics Observatory (SDO) в 2014 году, следуют по пути магнитного поля на Солнце. Хотя температура ядра Солнца может достигать ~ 15 миллионов К, край фотосферы свисает при относительно ничтожной температуре от ~ 5700 до ~ 6000 К, при этом более низкие температуры обнаруживаются в самых внешних областях фотосферы, а более высокие температуры — ближе к внутренней части. . Магнитогидродинамика, или МГД, описывает взаимодействие поверхностных магнитных полей с внутренними процессами в звездах, подобных Солнцу.

(Фото: NASA/SDO)

Более высокие температуры требуют дополнительных эволюционных шагов.

Предсказание состояния Хойла и открытие тройного альфа-процесса, возможно, являются самым ошеломляюще успешным использованием антропных рассуждений в истории науки. Именно этот процесс объясняет создание большей части углерода, обнаруженного в нашей современной Вселенной.

(Источник: Э. Сигел/Beyond the Galaxy)

Ядро вашей звезды сжимается и нагревается после исчерпания запасов водорода.

Солнце, когда оно станет красным гигантом, станет похоже внутри на Арктур. Антарес больше похож на сверхгигантскую звезду и намного больше, чем наше Солнце (или любые подобные Солнцу звезды) когда-либо станет. Несмотря на то, что красные гиганты выделяют гораздо больше энергии, чем наше Солнце, они холоднее и излучают при более низкой температуре.

(Источник: Сакурамбо из английской Википедии)

Затем начинается синтез гелия, в результате которого выделяется еще больше энергии.

Когда Солнце станет настоящим красным гигантом, сама Земля может быть проглочена или поглощена, но определенно будет поджарена, как никогда раньше. Внешние слои Солнца увеличатся более чем в 100 раз по сравнению с нынешним диаметром, но точные детали его эволюции и то, как эти изменения повлияют на орбиты планет, по-прежнему содержат большие неопределенности.

(Источник: Fsgregs/Wikimedia Commons)

Тем не менее, звезды-«красные гиганты» довольно холодные и расширяются, чтобы снизить температуру их поверхности.

Эволюция звезды солнечной массы на диаграмме Герцшпрунга-Рассела (цвет-величина) от ее фазы до главной последовательности до конца слияния. Каждая звезда любой массы будет следовать своей кривой, но Солнце становится звездой только тогда, когда начинает гореть водород, и перестает быть звездой, когда горение гелия завершается.

(Источник: szczureq/Wikimedia Commons)

Большинство красных гигантов сдувает свои внешние слои, обнажая нагретое сжатое ядро.

Когда у нашего Солнца закончится топливо, оно станет красным гигантом, за которым последует планетарная туманность с белым карликом в центре. Туманность Кошачий глаз — наглядный пример такой потенциальной судьбы, а сложная, многослойная, асимметричная форма этой туманности наводит на мысль о двойном компаньоне. В центре молодой белый карлик нагревается при сжатии, достигая температуры на десятки тысяч градусов Кельвина выше, чем у породившего его красного гиганта.

(Источник: Nordic Optical Telescope и Романо Корради (Группа телескопов Исаака Ньютона, Испания))

Поверхность белых карликов достигает температуры ~150 000 К, что превосходит даже голубые сверхгиганты.

Самая большая группа новорожденных звезд в нашей Местной группе галактик, скопление R136, содержит самые массивные звезды, которые мы когда-либо открывали: самая большая из них более чем в 250 раз превышает массу нашего Солнца. Самые яркие из найденных здесь звезд более чем в 8 000 000 раз ярче нашего Солнца. И все же эти звезды достигают температуры только до ~ 50 000 К, а белые карлики, звезды Вольфа-Райе и нейтронные звезды становятся все более горячими.

(Источник: НАСА, ЕКА и П. Кроутер (Университет Шеффилда))

Однако самые высокие звездные температуры достигаются звездами Вольфа-Райе.

Звезда Вольфа-Райе WR 124 и окружающая ее туманность M1-67 обязаны своим происхождением одной и той же изначально массивной звезде, которая сдула свои внешние слои. Центральная звезда теперь намного горячее, чем раньше, поскольку звезды Вольфа-Райе обычно имеют температуру от 100 000 до 200 000 К, а вершина некоторых звезд даже выше.

(Источник: ЕКА/Хаббл и НАСА; благодарность: Джуди Шмидт (geckzilla.com))

Звезды Вольфа-Райе, предназначенные для катастрофических сверхновых, сливают самые тяжелые элементы.

На этом снимке, изображенном в тех же цветах, что и на узкополосной фотографии Хаббла, изображена NGC 6888: туманность Полумесяц. Также известная как Колдуэлл 27 и Шарплесс 105, это эмиссионная туманность в созвездии Лебедя, образованная быстрым звездным ветром от одиночной звезды Вольфа-Райе.

(Источник: J-P Metsävainio (Astro Anarchy))

Они высокоразвиты, светятся и окружены выбросами.

Показанная здесь туманность с чрезвычайно высоким возбуждением питается от чрезвычайно редкой двойной звездной системы: звезды Вольфа-Райе, вращающейся вокруг O-звезды. Звездные ветры, исходящие от центрального члена Вольфа-Райе, в 10 000 000–1 000 000 000 раз мощнее нашего солнечного ветра и освещены при температуре 120 000 градусов. (Зеленый остаток сверхновой вне центра не имеет отношения.) По оценкам, подобные системы представляют не более 0,00003% звезд во Вселенной.

(Фото: ЕСО)

Самый горячий имеет температуру ~210 000 К; самая горячая «настоящая» звезда.

Звезда Вольфа-Райе WR 102 — самая горячая известная звезда с температурой 210 ​​000 К. На этом инфракрасном композитном изображении от WISE и Spitzer она едва видна, так как почти вся ее энергия приходится на более коротковолновый свет. Однако выдуваемый ионизированный водород эффектно выделяется.

(Источник: Джуди Шмидт; данные WISE, Spitzer/MIPS1 и IRAC4)

Остатки ядер сверхновых могут образовывать нейтронные звезды: самые горячие объекты из всех.

Небольшой плотный объект диаметром всего двенадцать миль ответственен за эту рентгеновскую туманность, простирающуюся примерно на 150 световых лет. Этот пульсар вращается почти 7 раз в секунду, и его магнитное поле на его поверхности оценивается в 15 триллионов раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Эта комбинация быстрого вращения и сверхсильного магнитного поля приводит в действие энергетический ветер электронов и ионов, в конечном итоге создавая сложную туманность, которую наблюдала Чандра НАСА.

(Источник: NASA/CXC/CfA/P. Slane et al.)

При начальной внутренней температуре около 1 триллиона К они быстро излучают тепло.

На этом снимке Хаббла виден остаток сверхновой 1987a, расположенный в Большом Магеллановом Облаке на расстоянии около 165 000 световых лет. Это была самая близкая наблюдаемая сверхновая к Земле более чем за три столетия, и на ее поверхности находится самый горячий известный объект, известный в настоящее время в Млечном Пути. Температура его поверхности в настоящее время оценивается примерно в 600 000 К, и это был первый источник нейтрино, когда-либо обнаруженный за пределами нашей Солнечной системы.

(Фото: ESA/Hubble & NASA)

Через несколько лет их поверхности охлаждаются примерно до 600 000 K. ветры и оттоки, которые волнуют пульсары в окружающей материи. Центральное яркое пурпурно-белое пятно — это действительно пульсар Краба, который сам вращается со скоростью около 30 раз в секунду. Рентгеновская обсерватория следующего поколения могла бы выявить особенности, с новыми энергиями и с превосходным разрешением, о которых сегодня мы можем только мечтать.

(Источник: Рентген: NASA/CXC/SAO; Оптический: NASA/STScI; Инфракрасный: NASA-JPL-Caltech)

Несмотря на все наши открытия, нейтронные звезды остаются самыми горячими и плотными из известных объектов без сингулярностей.