Урок: Светимость и звездные величины
Осенний день был особенно ясным, и солнечный свет приятно заливал кабинет астрономии. Тая вошла в класс, неся с собой небольшой проектор и листы бумаги. На доске уже была нарисована схема, изображающая звезду, излучающую свет, и несколько разных точек наблюдения на расстоянии от нее.
— Доброе утро, ребята! — начала Тая, окинув класс доброжелательным взглядом. — Сегодня мы поговорим о том, как ярко светят звезды, как мы измеряем их светимость и что такое звездные величины.
Ученики зашептались, ожидая, что сегодня их ждет что-то интересное.
— Начнем с простого, — продолжила Тая, включив проектор. На экране появилось изображение звездного неба. — Вы замечали, что одни звезды кажутся ярче, а другие — слабее?
Артем, сидящий на первой парте, поднял руку.
— Это из-за того, что они на разном расстоянии от нас?
— Верно, Артем, — кивнула Тая. — Но не только расстояние влияет на то, как мы видим звезду. Есть еще два важных понятия: светимость и звездная величина.
Она переключила слайд, показывая изображение двух звезд. Одна была крупной и яркой, а другая — меньшей и тусклой.
— Светимость — это количество энергии, которое звезда излучает каждую секунду. Это ее «настоящее» излучение, вне зависимости от того, как далеко она находится. Например, Солнце — яркая звезда, но светимость некоторых звезд в миллионы раз больше.
— А как ее измерить? — спросил Илья, заинтересованно глядя на экран.
— Светимость измеряется в ваттах, — пояснила Тая, нарисовав формулу на доске. — Она зависит от температуры звезды и ее размера. Чем горячее и больше звезда, тем больше ее светимость.
Следующий слайд показывал диаграмму Гершпрунга-Рассела с разными типами звезд.
— Например, голубые гиганты, такие как Ригель, излучают огромное количество энергии. Их светимость в десятки тысяч раз превышает солнечную. А вот красные карлики, как Проксима Центавра, намного тусклее.
— А что такое звездная величина? — спросила одна из учениц.
Тая улыбнулась.
— Отличный вопрос. Звездная величина — это способ измерения того, как ярко мы видим звезду с Земли. Она была введена еще в древности греческим астрономом Гиппархом. Он разделил звезды на шесть классов: от самых ярких до едва заметных.
Она нарисовала шкалу на доске, отметив значения от 1 до 6.
— Позже астрономы уточнили эту систему. Теперь звездные величины измеряются более точно. Чем меньше число, тем ярче звезда. Например, самая яркая звезда ночного неба, Сириус, имеет звездную величину −1,46.
Артем нахмурился.
— Почему минус?
— Хороший вопрос, — ответила Тая. — Это просто расширение шкалы. Очень яркие звезды и даже планеты могут иметь отрицательные величины. Например, Венера, которую вы видите на небе вечером, может достигать звездной величины −4, а полная Луна — около −12.
Она переключила слайд на изображение далекой галактики.
— Но есть еще одна величина, которую мы называем абсолютной звездной величиной. Это то, насколько яркой была бы звезда, если бы находилась на расстоянии 10 парсеков от нас. Это позволяет сравнивать светимость звезд, не учитывая расстояние.
Илья поднял руку.
— А как узнать, насколько яркой звезда на самом деле?
— Для этого мы комбинируем наблюдения и вычисления, — объяснила Тая. — Сначала мы измеряем ее видимую звездную величину, затем узнаем расстояние до звезды, а уже потом можем рассчитать ее светимость.
Она снова переключила слайд, на котором были изображения разных типов звезд: голубые гиганты, белые карлики, красные карлики.
— У каждой звезды есть своя история. Голубые гиганты яркие, но живут недолго. Красные карлики тусклые, но могут существовать миллиарды лет.
Ученики с интересом слушали, задавая вопросы.
— А есть ли что-то ярче звезды? — спросил Артем.
— Конечно, — ответила Тая. — Сверхновые звезды, которые взрываются в конце своей жизни, могут ненадолго затмить даже целую галактику. А еще есть квазары — объекты в центре галактик, где сверхмассивные черные дыры поглощают материю. Их светимость в миллиарды раз больше, чем у Солнца.
Когда урок подошел к концу, Тая предложила ученикам небольшую задачу:
— А теперь попробуйте вычислить, насколько яркой была бы Солнце, если бы оно находилось на расстоянии 10 парсеков.