Школьная энциклопедия. Самая далекая звезда: открытие, характеристики, расстояние Как далеко находятся звезды от земли

Как часто мы зачарованно смотрим в небо, пораженные красотой мерцающих звезд! Они как бы рассыпаны по небосклону и манят нас своим загадочным свечением. Множество вопросов при этом возникает у нас, но одно ясно: звезды находятся очень далеко. Но что стоит за словом «очень»? Как далеко находятся от нас звезды? Как можно измерить расстояние до них?

Но сначала давайте разберемся с самим понятием «звезды».

Что обозначает слово «звезда»

Звезда – это небесное тело (материальный объект, естественным образом сформировавшийся в космическом пространстве), в котором идут термоядерные реакции. Термоядерная реакция – это разновидность ядерной реакции, при которой лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые за счет кинетической энергии их теплового движения.

Типичной звездой является наше Солнце .

Проще говоря, звезды – это огромные светящиеся газовые (плазменные) шары. Они образуются в основном из водорода и гелия путем взаимодействия - гравитационного сжатия. Температура в глубине звезд огромна, она измеряется миллионами кельвинов. Если хотите, можете перевести эту температуру в градусы Цельсия, где °С = K−273,15. На поверхности она, конечно, ниже и составляет тысячи кельвинов.

Звезды – это главные тела Вселенной, потому что в именно в них заключена основная масса светящегося вещества в природе.

Невооруженным глазом мы можем видеть около 6000 звезд. Все эти видимые звезды (в том числе видимые при помощи телескопов) находятся в местной группе галактик (т.е. галактики Млечный Путь, Андромеды и Треугольника).

Ближе всех к Солнцу находится звезда Проксима Центавра. Она расположена в 4,2 светового года от центра Солнечной системы. Если это расстояние перевести в километры, то это будет 39 триллионов километров (3,9·10 13 км). Световой год равен расстоянию, проходимому светом за один год - 9 460 730 472 580 800 метрам (или 200000 км/сек.).

Каким же образом измеряют расстояние до звезд?

Как мы уже убедились, звезды находятся от нас очень далеко, поэтому эти огромные светящиеся шары кажутся нам маленькими светящимися точками, хотя многие из них могут быть во много раз больше нашего Солнца. Оперировать такими огромными цифрами очень неудобно, поэтому ученые выбрали другой, относительно простой способ измерения расстояния до звезд, но менее точный. Для этого наблюдают за определенной звездой с двух полюсов Земли: южного и северного. При таком наблюдении звезда смещается на небольшое расстояние для противоположного наблюдения. Такое изменение называется параллаксом. Итак, параллакс – это изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя.

Это мы видим на схеме.

На фотографии – явление параллакса: отражение фонаря в воде значительно сдвинуто относительно практически не сместившегося Солнца.

Зная расстояние между точками наблюдения D (база ) и угол смещения α в радианах, можно определить расстояние до объекта:

Для малых углов:

Для измерения расстояния до звезд удобнее использовать годичный параллакс. Годичный параллакс - угол, под которым со звезды видна большая полуось земной орбиты, перпендикулярная направлению на звезду.

Годичные параллаксы являются показателями расстояний до звёзд. Расстояния до звезд удобно выражать в парсеках (пс). Расстояние, годичный параллакс которого равен 1 угловой секунде, называется парсек (1 парсек = 3,085678·10 16 м). Ближайшая звезда Проксима Центавра имеет параллакс 0,77″, следовательно, расстояние до неё составляет 1,298 пк. Расстояние до звезды α Центавра равно 4/3 пс.

Еще Галилео Галилей предположил, что если Земля вращается вокруг Солнца, то это можно заметить по непостоянству параллакса для удалённых звёзд. Но существовавшими тогда приборами невозможно было обнаружить параллактическое смещение звезд и определение расстояний до них. А радиус Земли слишком мал, чтобы служить базисом для измерения параллактического смещения.

Первые успешные попытки наблюдения годичного параллакса звёзд были выполнены выдающимся российским астрономом В. Я. Струве для звезды Вега (α Лиры), эти результаты опубликованы в 1837 г. Однако научно достоверные измерения годичного параллакса были впервые проведены немецким математиком и астрономом Ф. В. Бесселем в 1838 г. для звезды 61 Лебедя. Поэтому приоритет открытия годичного параллакса звёзд признается за Бесселем.

Измерением годичного параллакса можно надежно установить расстояния до звезд, находящихся не далее 100 пс, или 300 световых лет. Расстояния до более далеких звезд в настоящее время определяют другими методами.

Древние считали, что все звезды находятся на одинаковом расстоянии от Земли, прикрепленные к хрустальной сфере. В античные времена Земля считалась неподвижным центром Вселенной, вокруг которого вращались Солнце, Луна, планеты и звезды. Природа небесных тел в то время была неизвестна, и лишь очень немногие философы полагали, что звезды являются, по сути, далекими солнцами.

Это представление стало распространяться только после появления учения Коперника в XVI веке. Чтобы объяснить неравномерности в движении планет по небу, Коперник предположил, что в центре Вселенной находится не Земля, но Солнце, вокруг которого вращались планеты. Земля, лишившись статуса центра, стала всего лишь одной из планет: теперь она не покоилась неподвижно, но обращалась вокруг Солнца по орбите. Тогда у некоторых ученых появилась идея измерить расстояния до звезд. Метод, который они предложили, называется методом годичного параллакса.

Идея была проста и заключалась в следующем. Если постоянно измерять положение звезды на небе, то можно заметить, как звезда описывает в пространстве крохотные эллипсы с периодом в 1 год. Смещение звезды должно происходить из-за движения Земли по орбите вокруг Солнца, и величина его будет тем больше, чем ближе к нам располагается звезда. Зная величину угла смещения или, иначе, параллакс звезды, можно без труда найти расстояние до нее по формуле D=a/sin(p), где a – большая полуось земной орбиты, а p – величина параллакса, измеряемая в секундах дуги.

Несмотря на простоту метода, ученым долгое время не удавалось обнаружить у звезд параллаксы. Некоторые считали это доказательством ошибочности теории Коперника, но большинство полагало, что звезды просто очень далеки от нас, чтобы надеяться определить их параллакс.

Только в XIX веке с появлением нового поколения телескопов, позволявших измерять очень малые углы, ученые смогли надежно определить расстояния до некоторых звезд. Первым параллакс измерил великий русский астроном, первый директор Пулковской обсерватории, Василий Яковлевич Струве в 1837 году. Наблюдая звезду Вегу, он нашел, что ее параллакс равен 0”,125. Это совершенно ничтожный угол. Достаточно сказать, что под таким углом будет виден невооруженному глазу человек с расстояния в 3000 километров!

Теперь можно было вычислить и расстояние до этой звезды. Если расстояние от Земли до Солнца (а) принять за 1, то D=1/sin(0”,125), что равно 1650000. Эта цифра показывает, во сколько раз Вега дальше от Земли, чем Солнце. Такие колоссальные расстояния неудобно измерять в километрах, поэтому астрономы пользуются парсеками. Парсек – это расстояние, с которого большая полуось земной орбиты, перпендикулярная к лучу зрения, видна под углом в 1". Расстояние в парсеках равно обратной величине параллакса. Так как параллакс Веги составляет всего лишь 1/8 угловой секунды, то расстояние до звезды равно 8 парсекам.

Это очень большая величина. Свет, двигаясь со скоростью 300000 км/с, преодолеет это расстояние за 26 лет. Это значит, что наблюдаемый нами свет Веги был испущен звездой 26 лет назад!

На сегодняшний день ученым известны параллаксы более сотни тысяч звезд. Метод годичных параллаксов позволил астрономам определить точные расстояния до звезд в радиусе примерно сотни парсек или 320 световых лет от Солнца. Расстояния до более далеких звезд определяются другими, косвенными методами. Но в их основании находится все тот же метод годичного параллакса.

Многие звёзды гораздо больше Солнца

Лучи света, исходящие от звёзд

Космонавты на орбите

Перед сном я очень люблю смотреть на красоту звёздного неба. Кажется, что там, наверху - царство вечной тишины и покоя. Только руку протяни, и звезда у тебя в кармане. Наши предки полагали, что звёзды могут влиять на нашу судьбу и наше будущее. Но вот на вопрос, что они собой представляют, ответит не каждый. Попробуем разобраться.

Звёзды являются основным «населением» галактик. Например, только в нашей галактике их сияет более 200 миллиардов. Каждая звезда - это огромный раскалённый светящийся газовый шар, как наше Солнце. Звезда светит, потому что выделяет колоссальное количество энергии. Эта энергия образуется в результате ядерных реакций при очень высоких температурах.

Многие из звёзд гораздо больше Солнца. А наша Земля - пылинка по сравнению с Солнцем! Представь себе, что Солнце - это футбольный мяч, а наша планета Земля по сравнению с ним маленькая, как булавочная головка! Почему же мы видим Солнце таким небольшим? Всё просто - потому что оно находится очень далеко от нас. А звёзды выглядят очень маленькими, потому что находятся
ещё гораздо-гораздо дальше. Например, луч света летит быстрее всего на свете. Он может облететь вокруг всей Земли раньше, чем ты успеешь моргнуть глазом. Так вот, Солнце так далеко, что его луч летит до нас 8 минут. А лучи от других самых близких звёзд летят к нам целых 4 года! Свет от самых дальних звёзд летит к Земле миллионы лет! Теперь становится понятно, как далеки от нас звёзды.

Но если звёзды - это Солнца, то почему они светят так слабо? Чем дальше звезда, тем шире расходятся её лучи, и свет рассеивается по всему небу. И доходит до нас только крошечная порция этих лучей.

Хотя звёзды рассыпаны по всему небосводу, мы видим их только ночью, а днём на фоне яркого рассеянного в воздухе солнечного света они не видны. Мы живём на поверхности планеты Земля и находимся как будто на дне воздушного океана, который постоянно волнуется и бурлит, преломляя лучи света звёзд. Из-за этого они кажутся нам мигающими и дрожащими. Но космонавты на орбите видят звёзды, как цветные немигающие точки.

Мир этих небесных тел очень разнообразен. Бывают звёзды-гиганты и сверхгиганты. Например, диаметр звезды Альфа в 200 тысяч раз больше, чем диаметр Солнца. Свет этой звезды проходит расстояние до Земли за 1200 лет. Если бы можно было облететь на самолете экватор гиганта, то для этого потребовалось бы 80 тысяч лет. Существуют и звёзды-карлики, которые значительно уступают по своим размерам Солнцу и даже Земле. Вещество таких звёзд отличается необыкновенной плотностью. Так, один литр вещества «белого карлика» Койпера весит около 36 тысяч тонн. Спичка, сделанная из такого вещества, весила бы около 6 тонн.

Присмотрись к звёздам. И ты увидишь, что не все они одинакового цвета. Цвет звезды зависит от температуры на их поверхности - от нескольких тысяч до десятков тысяч градусов. Звёзды красного цвета считаются «холодными». Их температура «всего» около 3-4 тысяч градусов. Температура поверхности Солнца, которое жёлто-зелёного цвета, достигает 6 тысяч градусов. Белые и голубоватые звёзды - самые горячие, их температура превосходит 10-12 тысяч градусов.

Это интересно:

иногда можно наблюдать, как с неба падают звёзды. Говорят, что когда видишь падающую звезду, надо загадать желание, и оно обязательно исполнится. Но то, что мы принимаем за падающие звёзды, - это всего-навсего маленькие камни, летящие из космического пространства. Подлетая к нашей планете, такой камень сталкивается с воздушной оболочкой и при этом так сильно раскаляется, что начинает светиться, как звёздочка. Вскоре «звёздочка», не долетев до Земли, сгорает и гаснет. Эти «космические пришельцы» называются метеорами. Если часть метеора достигает поверхности, то её называют метеоритом.

В некоторые дни года метеоры появляются на небе гораздо чаще, чем обычно. Это явление называют метеорным потоком или говорят, что идёт «звёздный дождь».

В мае 2015 года телескопом «Хаббл» была зафиксирована вспышка самой далекой, а значит и самой старой известной на сегодняшний день галактики. Излучению потребовалось целых 13,1 млрд. световых лет, чтобы достигнуть Земли и быть зафиксированным нашей аппаратурой. По подсчетам ученых, галактика появилась на свет примерно через 690 млн. лет после Большого Взрыва.

Можно было бы подумать, что если свет от галактики EGS-zs8-1 (а именно такое элегантное имя присвоили ей ученые) летел к нам 13,1 млрд. лет, то и расстояние до неё будет равно тому, которое свет пройдет за эти 13,1 млрд. лет.

Галактика EGS-zs8-1 — самая далекая среди всех обнаруженных на сегодняшний день

Но нельзя забывать некоторые особенности устройства нашего мира, которые сильно повлияют на вычисление расстояния. Дело в том, что вселенная расширяется, причем делает это с ускорением. Получается, пока свет шел 13,1 млрд. лет до нашей планеты, пространство расширялось все больше и больше, и галактика удалялась от нас всё быстрее и быстрее. Наглядный процесс представлен на рисунке ниже.

Учитывая расширение пространства, самая далекая галактика EGS-zs8-1 в данный момент находится от нас приблизительно в 30,1 млрд. световых лет, что является рекордом среди всех других подобных объектов. Интересно, что до определенного момента мы будем обнаружить всё более далекие галактики, свет которых до сих пор не дошёл до нашей планеты. Можно с уверенностью сказать, что рекорд галактики EGS-zs8-1 в будущем будет побит.

Это интересно: часто возникает неправильное представление о размере вселенной. Её ширину сравнивают с её же возрастом, который составляет 13,79 млрд. лет. При этом не учитывается, что вселенная расширяется с ускорением. По приблизительным подсчетам, диаметр видимой вселенной составляет 93 млрд. световых лет. Но существует и невидимая часть вселенной, посмотреть которую нам не удастся никогда. Подробнее о размере вселенной и невидимых галактиках в статье ««.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Определение расстояния в астрономии зависит обычно от того, насколько далеко находится небесное тело. Некоторые методы можно применять лишь для относительно близких объектов, например, соседних с нами планет. Другие - для более удаленных, таких как звёзды или даже галактики. Однако эти способы, как правило, менее точны.

Как определить расстояние до объекта в космосе

Способ определения расстояния до соседних планет

В Солнечной системе это относительно просто: движение планет здесь рассчитывается по законам Кеплера, и можно вычислить удаленность близлежащих планет и астероидов с помощью радиолокационных измерений. Таким путём устанавливать расстояние весьма легко.

Внутри Солнечной системы действуют законы Кеплера

Как измеряют расстояние до звезд

Для относительно близких к нам звезд можно определять так называемый параллакс. При этом необходимо наблюдать, как изменяется положение звезды в результате обращения Земли вокруг нашего светила относительно звезд, гораздо более удаленных от нас. В зависимости от точности измерения возможно довольно точное и прямое определение расстояние.

Вычисление расстояний по параллаксу звезд

Если это не подходит, можно попытаться определить тип звезды по спектру, чтобы по истинной яркости сделать вывод об удаленности. Это уже косвенный метод, так как нужно делать о звезде определенные предположения.

Измерение расстояний по спектру звезд

Если невозможно применить и этот метод, то ученые пытаются обойтись"шкалой расстояний". При этом ищут звезды, яркость которых точно известна по наблюдениям в нашей Галактике. Такие объекты называются "стандартные свечи". Ими служат, например, звезды-цефеиды, чьи яркость периодически изменяется. Согласно теории, скорость этих изменений зависит от максимальной яркости звезды.

Вычисление расстояний по цефеидам

Если такие цефеиды обнаруживают в другой галактике и можно наблюдать, как меняется яркость звезды, то определяется её максимальная яркость, а затем расстояние от нас. Другим примером стандартной свечи служит определенный вид взрыва сверхновой, у которой, как считают астрономы, всегда одинаковая максимальная яркость.

Стандартной свечой может быть взрыв сверхновой

Тем не менее, даже этот метод имеет свои ограничения. Тогда астрономы используют красное смещение в спектрах галактик.

Увеличение длины волны света, исходящего из галактики, придает ему на спектре более красный цвет, названный красным смещением

Исходя из него, может быть рассчитана скорость удаления галактики, которая непосредственно связана - согласно закону Хаббла - с расстоянием до этой галактики от Земли.