Metodika prepodavaniya astronomii

---

<< Predydushaya

Soderzhanie

Sleduyushaya >>

Metodika provedeniya 7 uroka
"Zhizn' zvezd"

Cel': formirovanie fundamental'nogo astronomicheskogo ponyatiya "zvezda": kosmicheskie processy sushestvovaniya evolyuciya zvezd i zvezdnyh sistem.

Zadachi obucheniya:

Obsheobrazovatel'nye:

1) Uglublenie, rasshirenie i zakreplenie sistemy znanii o zvezdah i zvezdnyh sistemah:

- o vnutrennem stroenii zvezd razlichnyh klassov;
- o termodinamicheskom ravnovesii v nedrah zvezd;
- ob osnovnyh parametrah vnutrennego stroeniya zvezd i vozmozhnosti ih rascheta na osnove zakonov fiziki;
- ob osnovnyh harakteristikah dvoinyh zvezdnyh sistem i vozmozhnosti ih rascheta na osnove dannyh nablyudenii i zakonov fiziki.

2) Uglublenie, rasshirenie i zakreplenie sistemy znanii o kosmicheskih processah sushestvovaniya zvezd i zvezdnyh sistem.

3) Formirovanie sistemy znanii o kosmicheskih processah evolyucii zvezd i zvezdnyh sistem:

- ob osnovnyh putyah evolyucii zvezd v zavisimosti ot ih massy;
- ob izmeneniyah osnovnyh fizicheskih harakteristik zvezd v hode ih evolyucii i prichinah etih izmenenii;
- o smene osnovnyh ciklov termoyadernyh reakcii v nedrah zvezd, ih osnovnyh parametrah i vremeni protekaniya;

4) O kosmicheskom yavlenii izmeneniya svetimosti zvezd na pozdnih i zaklyuchitel'nyh etapah ih evolyucii: obshie ponyatiya o nekotoryh klassah fizicheskih peremennyh: mirid i novopodobnyh zvezd.

Vospitatel'nye - formirovanie nauchnogo mirovozzreniya uchashihsya:

- v hode znakomstva s fizicheskoi prirodoi zvezd i zvezdnyh sistem;
-na osnove raskrytiya fundamental'nyh prirodnyh zakonomernostei (prichinnoi vzaimosvyazi i vzaimoobuslovlennosti yavlenii i processov, perehoda kolichestvennyh izmenenii v kachestvennye, edinstva i vzaimodeistviya protivopolozhnostei) i filosofskih polozhenii o material'nom edinstve i poznavaemosti mira pri izlozhenii astronomicheskogo materiala o zvezdah i zvezdnyh sistemah;
- pri izuchenii materiala o kosmicheskih processah sushestvovaniya i evolyucii zvezd i zvezdnyh sistem.

Razvivayushie - formirovanie umenii:

- analizirovat' informaciyu, sostavlyat' klassifikacionnye shemy, ob'yasnyat' svoistva kosmicheskih ob'ektov na osnove vazhneishih fizicheskih teorii, ispol'zovat' obobshennye plany izucheniya kosmicheskih ob'ektov, processov i yavlenii, delat' vyvody;
- reshat' zadachi na raschet osnovnyh fizicheskih harakteristik zvezdnyh sistem, zvezd i parametrov ih vnutrennego stroeniya s ispol'zovaniem izuchennyh zakonov fiziki, dannyh klassifikacionnyh shem i diagramm zvezdnyh harakteristik ("spektr - svetimost'", "massa – svetimost'" i t.d.).

Ucheniki dolzhny znat':

- osnovnye svedeniya o kosmicheskom processe sushestvovaniya zvezd i zvezdnyh sistem;
- o vnutrennem stroenii zvezd razlichnyh klassov, usloviyah termodinamicheskogo ravnovesiya v nedrah zvezd, osnovnyh parametrah vnutrennego stroeniya i vozmozhnosti ih rascheta na osnove zakonov fiziki;
- ob osnovnyh harakteristikah dvoinyh zvezdnyh sistem i vozmozhnosti ih rascheta na osnove dannyh nablyudenii i zakonov fiziki;
- osnovnye svedeniya o kosmicheskom processe evolyucii zvezd i zvezdnyh sistem, ee prichinah i osnovnyh napravleniyah v zavisimosti ot massy i drugih harakteristik kosmicheskogo ob'ekta;
- o kosmicheskom yavlenii izmeneniya svetimosti zvezd na pozdnih i zaklyuchitel'nyh etapah ih evolyucii, miridah i novopodobnyh zvezd.

Ucheniki dolzhny umet':

- analizirovat' i sistematizirovat' uchebnyi material, ispol'zovat' obobshennye plany dlya izucheniya kosmicheskih ob'ektov, processov i yavlenii, sostavlyat' klassifikacionnye shemy i delat' vyvody;
- reshat' zadachi na raschet osnovnyh fizicheskih harakteristik zvezdnyh sistem, zvezd i parametrov ih vnutrennego stroeniya s ispol'zovaniem izuchennyh zakonov fiziki, dannyh astronomicheskih nablyudenii, klassifikacionnyh shem i diagramm zvezdnyh harakteristik.

Naglyadnye posobiya i demonstracii:

- fotografii, shemy i risunki zvezd, zvezdnyh sistem (dvoinyh i kratnyh zvezd), vnutrennego stroeniya zvezd; osnovnyh putei zvezdnoi evolyucii;
- diapozitivy iz slaid-fil'ma "Illyustrirovannaya astronomiya": "Zvezdy i galaktiki";
- diafil'my i fragmenty diafil'mov: "Zvezdy"; "Priroda zvezd"; "Proishozhdenie i razvitie nebesnyh tel";
- kinofil'my i kinofragmenty: "Dvoinye zvezdy"; "Peremennye zvezdy"; "Vselennaya".
- tablicy: "Zvezdy"; "Diagramma "Cvet – svetimost'"; "Dvoinye zvezdy"; "Peremennye zvezdy"; "Zvezdnye skopleniya, tumannosti, Galaktika";
- naglyadnye posobiya i TSO: nastennaya i podvizhnye karty zvezdnogo neba.

Zadanie na dom:

1) po materialu uchebnikov:

- B.A. Voroncov-Vel'yaminova: izuchit' §§ 24 (2), 25 (2), 26; voprosy k paragrafam; zadanie 12 (1, 2);
- E.P. Levitana: izuchit' §§ 25, 26, 27 (1, 3), 31 (2); voprosy k paragrafam.
- A.V. Zasova, E.V. Kononovicha: izuchit' §§ 23, 25 (3), 31 (1); voprosy k paragrafam.

Plan uroka

Etapy uroka	Soderzhanie	Metody izlozheniya	Vremya, min
1	Proverka i aktualizaciya materiala	Frontal'nyi opros, beseda	10-12
2	Izlozhenie novogo materiala: 1) Vnutrennee stroenie zvezd i osnovnye ego parametry. 2)Sushestvovanie zvezd i zvezdnyh sistem. 3) Osnovnye puti evolyucii zvezd	Lekciya, beseda, rasskaz uchitelya	20-22
3	Zakreplenie izuchennogo materiala.	Rabota u doski, samostoyatel'noe reshenie zadach v tetradi	10-12
4	Podvedenie itogov uroka. Domashnee zadanie		3-5

 Metodika provedeniya uroka:

V nachale uroka provoditsya povtorenie i aktualizaciya uchebnogo materiala, izuchennogo na treh predydushih urokah. V hode frontal'nogo oprosa, perehodyashego vremenami v spor ili disput mezhdu gruppami uchashihsya i otdel'nymi uchenikami (v klasse nuzhno podderzhivat' sorevnovatel'nyi duh), osnovnoe vnimanie sleduet udelit' voprosam o fizicheskoi prirode, proishozhdenii i osnovnyh harakteristikah otdel'nyh grupp i klassov zvezd zvezdnyh sistem i tumannostei:

1. Opredelite ponyatiya "zvezda", "zvezdnaya sistema", "kosmicheskaya sreda" i "tumannost'";
2. Po kakim principam klassificiruyutsya: zvezdy? zvezdnye sistemy? kosmicheskaya sreda? tumannosti?
3. Kakie osnovnye klassy i gruppy zvezd i zvezdnyh sistem vy znaete? Opishite ih.
4. Kakie osnovnye klassy i gruppy tumannostei vy znaete? Opishite ih.
5. Kak svyazany mezhdu soboi eti kosmicheskie ob'ekty: kosmicheskaya sreda i tumannosti; tumannosti i zvezdy; zvezdy i zvezdnye sistemy?
6. Rasskazhite, pochemu i kak obrazuyutsya zvezdy, zvezdnye i planetnye sistemy.
7. Iz chego sostoyat zvezdy? Pochemu? Kakie fizicheskie velichiny harakterizuyut sostoyanie veshestva v nedrah zvezdy?
8. Pochemu zvezdy yavlyayutsya samosvetyashimisya kosmicheskimi telami? Byvayut li samosvetyashiesya tumannosti? Planety?
9. Pochemu net zvezd s massoi menee 10²⁹ kg? Kakoi fizicheskii process nazyvayut termoyadernymi reakciyami? Pri kakih usloviyah oni proishodyat? Daite kratkoe opisanie termoyadernyh reakcii v nedrah zvezd. Pochemu termoyadernye reakcii v nedrah zvezd ne raspylyayut ih v kosmicheskom prostranstve?

Uchitel' popravlyaet, utochnyaet, obobshaet otvety uchashihsya. Vse oni dolzhny horosho ponimat' kachestvennye razlichiya v prirode osnovnyh tipov kosmicheskih tel: tumannostei, zvezd i planetnyh tel, osoznavat' ih prichiny i geneticheskuyu svyaz' mezhdu kosmicheskoi sredoi, tumannostyami i zvezdami; imet' obshie ponyatiya o processah zvezdoobrazovaniya i termoyadernyh reakciyah v nedrah zvezd.

Chast' uchenikov tradicionno vypolnyaet v eto vremya sootvetstvuyushie programmiruemye zadaniya:

1. Sbornik zadach G.P. Subbotina [287], zadaniya NN 263; 264; 268; 269; 289.
2. Sbornik zadach E.P. Razbitnoi [244], zadaniya NN 25-1; 25-2; 26-1; 26-2; 26.5.

Na pervom etape uroka osushestvlyaetsya povtorenie, uglublenie i rasshirenie znanii o kosmicheskom processe sushestvovaniya zvezd, sostoyanii veshestva v nedrah zvezd i vozmozhnosti rasschityvat' osnovnye parametry etogo sostoyaniya na osnove izvestnyh fizicheskih zakonov mehaniki, molekulyarnoi fiziki i termodinamiki. Eshe raz, glubzhe, ob'yasnyaetsya svyaz' vneshnih parametrov zvezd (cveta, temperatury vidimoi poverhnosti, razmerov, svetimosti, massy) s sostoyaniem veshestva, temperaturoi, davleniem i osobennostyami termoyadernyh reakcii iv nedrah zvezd. Pri ob'yasnenii verhnego "eddingtonovskogo" predela svetimosti zvezd sleduet vnov' obratit' vnimanie uchashihsya na osnovopolagayushuyu rol' massy v sushestvovanii zvezd i ih osnovnyh harakteristikah, i ogovorit', chto stol' zhe vazhnoe znachenie massa zvezdy igraet i v ee evolyucii.

"Istoriya sushestvovaniya lyuboi zvezdy - eto poistine titanicheskaya bor'ba mezhdu siloi gravitacii, stremyasheisya ee neogranichenno szhat', i siloi gazovogo davleniya, stremyasheisya ee "raspylit'", rasseyat' v okruzhayushem mezhzvezdnom prostranstve. Mnogie milliony i milliony let dlitsya eta "bor'ba". V techenie etih chudovishno bol'shih srokov eti sily ravny. No v konce koncov... pobeda budet za gravitaciei..." - pisal izvestnyi sovetskii astrofizik I. S. Shklovskii.

Sovremennaya teoriya evolyucii zvezd horosho ob'yasnyaet obshii hod ih razvitii i polnost'yu podtverzhdaetsya dannymi astronomicheskih nablyudenii.

S samyh rannih stadii svoei evolyucii vplot' do svoei smerti zvezdy nahodyatsya v sostoyanii teplovogo (termodinamicheskogo) ravnovesiya: processy vydeleniya energii v nedrah zvezd, teplootvoda iz nedr k poverhnosti i izluchenie energii s poverhnosti zvezdy sbalansirovany.

Zvezda otdaet (izluchaet) svoyu energiyu v okruzhayushee prostranstvo, pri etom ee temperatura i davlenie umen'shaetsya i neuravnoveshennaya vnutrennim davleniem sila tyagoteniya szhimaet zvezdu, sovershaya rabotu, prevrashayushuyusya v teplotu. Rabota sil tyagoteniya pri szhatii zvezdy vdvoe bol'she, chem otvod energii naruzhu (gravitacionnaya energiya zvezdy vdvoe bol'she energii teplovogo dvizheniya chastic gaza), poetomu zvezdy imeyut otricatel'nuyu teploemkost'.

Ris. 55

V kazhdom sloe zvezdy vnutrennee (luchevoe) davlenie gaza uravnoveshivaetsya siloi tyagoteniya (ris. 55):

, gde R - davlenie gaza, r - rasstoyanie ot centra zvezdy, M(r) - massa zvezdnogo veshestva vnutri sfericheskogo ob'ema radiusom r.

Uravnenie gidrostaticheskogo ravnovesiya v nedrah zvezd:

Iz usrednennogo dlya vsei zvezdy uravneniya gidrostaticheskogo ravnovesiya mozhno ocenit' temperaturu, davlenie i plotnost' veshestva v centre zvezdy:

.

Raschet znachenii osnovnyh parametrov vnutrennego stroeniya zvezd mozhno rasschitat' s pomosh'yu zakonov mehaniki, molekulyarnoi fiziki i termodinamiki.

Sostoyanie zvezdnogo veshestva mozhno opisat' s pomosh'yu uravnenii sostoyaniya ideal'nogo gaza, prichem davlenie R, plotnost' r i temperatura T yavlyayutsya funkciyami rasstoyaniya r ot centra zvezdy:

Vnutrennyaya energiya chastic: .

Dlina svobodnogo probega chastic mezhdu dvumya stolknoveniyami: , gde M - massa zvezdy, m - massa chastic, A - atomnaya massa elementa, k - postoyannaya Bol'cmana, N - koncentraciya chastic, v_h - skorost' chastic.

Dlya Solnca: N = 10²³ m^-3; v_h = 10 m/s; l_h = 0,001 m; t_h = 10 s.

Dlya himicheski odnorodnyh zvezd glavnoi posledovatel'nosti plotnost' veshestva plavno menyaetsya po radiusu, sila tyazhesti F_T opredelyaetsya massoi veshestva v radial'nom stolbike vysotoi r, ploshad'yu S i znacheniem uskoreniya svobodnogo padeniya g.

Naprimer, na rasstoyanii 0,5 radiusa zvezdy ee osnovnye fizicheskie parametry budut takimi: .

Ob'em sfery radiusom r = R/2 zaklyuchaet v sebe massu m = 1/8 ot massy zvezdy. Po izvestnym zakonam fiziki i geometrii:

Sledovatel'no,

Zvezdy sostoyat iz plazmy – smesi ionov vodoroda (X~ 70-75 %), geliya (Y~ 20-25 %) i tyazhelyh elementov (Z ~ 0,01-4 %). Vblizi centra zvezd pri temperature svyshe 10⁷ K atomy polnost'yu ionizirovany. Tak kak pri ionizacii atoma vodoroda ¹N voznikaet 2 elementarnye chasticy (proton i elektron), pri ionizacii geliya – 3 chasticy (yadro geliya ⁴Ne i 2 elektrona), to srednyaya otnositel'naya massa chastic m¢ vodoroda ravna 1/2, geliya ravna 4/3 i tyazhelyh elementov ravna 2. Srednyaya otnositel'naya massa chastic veshestva zvezd opredelyaetsya formuloi: . Dlya zvezd central'noi chasti glavnoi posledovatel'nosti (v tom chisle i Solnca) m¢ » 0,6.

Iz uravneniya sostoyaniya ideal'nogo gaza , gde n - koncentraciya chastic v zvezde, m¢ - srednyaya massa chastic, R₀ - universal'naya gazovaya postoyannaya, sleduet:

Takim obrazom, temperaturu zvezdnyh nedr mozhno opredelyat' po formule:

Temperatura v centre zvezd opredelyaetsya po formulam: ili .

Otnositel'nye razmery zvezd opredelyayutsya sootnosheniem: , gde R_* - radius zvezdy; T¤ i R¤ - temperatura i radius Solnca.

Vysheukazannye formuly pozvolyayut vychislyat' osnovnye harakteristiki zvezd s tochnost'yu do 5 %. Dlya dostizheniya bolee vysokoi tochnosti (do 2-3 %) nuzhno uchityvat' "lichnyi" himicheskii sostav zvezd.

Chem bol'she massa zvezdy, tem vyshe ee svetimost' i temperatura, tem "golubee" cvet i tem vyshe ee mesto na glavnoi posledovatel'nosti, tem vyshe temperatura ee nedr i tem bystree ona szhigaet svoi zapasy vodorodnogo "goryuchego". Dlya zvezd glavnoi posledovatel'nosti svetimost' zvezdy opredelyaetsya ee massoi:. Naibol'shee teoreticheskoe znachenie massy zvezd opredelyaetsya eddingtonovskim predelom svetimosti: gde s - postoyannaya Stefana-Bol'cmana; s - skorost' sveta. M_max » 10³² kg (100M¤ ).

Pri L ³ Le davlenie izlucheniya privedet k razletu zvezdy v okruzhayushee prostranstvo. Zvezdy s massami M >50 M¤ intensivno "isparyayutsya", teryaya massu.

Isklyuchitel'no redko v nedrah plotnyh gazopylevyh tumannostei vstrechayutsya sverhmassivnye golubye zvezdy-sverhgiganty s massami svyshe 10³² kg. Neobhodimym usloviem dlya sushestvovaniya etih sverhzvezd yavlyaetsya nalichie vneshnego davleniya gaza tumannosti, prepyatstvuyushego ih katastroficheskomu rasshireniyu.

S vnutrennim stroeniem osnovnyh klassov zvezd uchashiesya znakomyatsya s ispol'zovaniem shemy ris. 56. V klassah so slabymi uchenikami, "obychnyh" i gumanitarnyh klassah uchitel' sam vedet rasskaz, ispol'zuya shemu v kachestve ego illyustracii; v sil'nyh i fiziko-matematicheskih klassah mozhno predlozhit' uchenikam samim s oporoi na shemu ob'yasnit' razlichiya v stroenii zvezd.

1. Yadro zvezdy (zona termoyadernyh reakcii).
2. Zona luchistogo perenosa vydelyayusheisya v yadre energii vneshnim sloyam zvezdy.
3. Zona konvekcii (konvektivnogo peremeshivaniya veshestva).
4. Gelievoe izotermicheskoe yadro iz vyrozhdennogo elektronnogo gaza.
5. Obolochka iz ideal'nogo gaza.

Ris. 56. Vnutrennee stroenie zvezd

Dalee sleduet oznakomit' uchashihsya s zaklyuchitel'nymi etapami evolyucii ("zhizni") zvezdy:

Prevrashenie vodoroda v gelii v yadre zvezdy privodit k uvelicheniyu massy central'noi chasti zvezdy, vblizi nee uvelichivaetsya sila tyazhesti i uravnoveshivayushaya ee sila gazovogo davleniya. Gaz, sgushayas', stanovitsya vse bolee "neprozrachnym" dlya unosyashego energiyu izlucheniya. Yadro uvelichivaetsya v masse, no stanovitsya vse men'she po razmeram i vse slabee prityagivaet veshestvo vneshnih, otdalennyh ot nego sloev zvezdy. Zvezda "raspuhaet", rasshiryaetsya v okruzhayushee ee prostranstvo. Pri postepennom szhatii yadra pod deistviem gravitacii polovina vydelyayusheisya energii idet na uvelichenie kineticheskoi energii i temperatury veshestva yadra zvezdy, a vtoraya polovina - na izluchenie. Temperatura i davlenie v centre zvezdy rastet. Vozrastaet kolichestvo energii, vydelyayusheisya v zone termoyadernyh reakcii, odnako razmery zvezdy vozrastayut bystree, i na edinicu ploshadi poverhnosti zvezdy prihoditsya vse men'she energii. Dlya vneshnego nablyudatelya zvezda nachinaet "ostyvat'" s odnovremennym uvelicheniem svetimosti, peremeshaetsya vpravo i vverh po diagramme Gercshprunga-Rassela i prevrashaetsya, v zavisimosti ot massy, v krasnyi gigant ili sverhgigant.

dannye processy mogut vyzvat' pul'sacii zvezdy: mnogie krasnye giganty i sverhgiganty yavlyayutsya nepravil'nymi (neperiodicheskimi) ili poluperiodicheskimi peremennymi zvezdami.

Peremennye zvezdy - miridy - krasnye sverhgiganty, menyayushie svoi blesk na protyazhenie soten sutok s amplitudoi do 10⁸ raz. Tak, zvezda Mira, o Kita menyaet svoi blesk ot 3,4^m do 9,3^m za 332^d; zvezda c Lebedya menyaet svoi blesk ot 2,3^m do 14,3^m (v 60000 raz!) za 407^d.

Kogda soderzhanie vodoroda v yadre umen'shitsya do 1 %, termoyadernye reakcii priostanovyatsya, ravnovesie mezhdu silami gravitacii i luchevogo davleniya narushaetsya. Yadro zvezdy rezko szhimaetsya do velichiny, pri kotoroi energovydelenie iz-za szhatiya ne stanet prevyshat' poteri energii na teploprovodnost' i izluchenie neitrino. Temperatura i davlenie vblizi centra zvezdy vozrastayut nastol'ko, chto v nem nachnut protekat' termoyadernye reakcii prevrasheniya geliya v uglerod:

Po mere "sgoraniya" geliya yadro prodolzhaet szhimat'sya, temperatura i davlenie v yadre rastut i spustya nekotoroe vremya vblizi centra zvezdy nachnutsya termoyadernye reakcii prevrasheniya ugleroda v kislorod, kisloroda - v neon i t. d.:

Tabl. 15

Osnovnye etapy yadernoi evolyucii zvezd

Yadernoe "toplivo"	Produkty "goreniya"	Temperatura, K	Prodolzhitel'nost' (% ot zhizni zvezdy)
H	He	1–3× 107	90 %
He	C, O	2× 108	10 %
C	Ne, Na, Mg	109	1 %
Ne	O, Mg	1,3× 109	do 1 % (~ 104 let)
O	ot Si do Ca	1,8× 109	< 1 % (102–103 let)
Si	ot Se do Ni	3,4× 109	< < 1 % (10 let)

V hode etih posledovatel'nyh termoyadernyh reakciyah obrazuyutsya tyazhelye himicheskie elementy; v nedrah zvezd s massoi M > 8M¤ vplot' do yadra elementov gruppy zheleza, imeyushih naibol'shuyu energiyu svyazi. Skorost' protekaniya reakcii vse uskoryaetsya: gelievoe yadro prevrashaetsya v uglerodnoe za milliony let; zvezda s "zheleznym" yadrom sushestvuet neskol'ko desyatkov let. Stroenie takoi zvezdy napominaet lukovicu: v centre - yadro iz elementov gruppy zheleza diametrom v desyatki kilometrov i massoi 1,25 - 2,05 M¤ , a vokrug nego - koncentricheskie obolochki iz vse bolee i bolee legkih himicheskih elementov vplot' do geliya i vodoroda. Vysokaya skorost' vrasheniya massivnyh zvezd sposobna smeshivat' veshestvo vneshnih i glubinnyh sloev i okazyvat' vliyanie na hod termoyadernyh reakcii. Konvektivnye processy eshe sil'nee peremeshivayut veshestvo i vynosyat "novorozhdennye" atomy tyazhelyh elementov (vplot' do Na, Al, Si) iz zvezdnyh glubin vo vneshnyuyu obolochku. V atmosferah sverhgigantov rozhdayutsya mel'chaishie tugoplavkie pylinki (grafita (S), karbida kremniya (SiC) i t.d.) razmerami 0,05-0,25 mkm. Plotnye pylevye obolochki pogloshayut vidimoe izluchenie zvezd, umen'shayut ih blesk i izmenyayut spektr.

Pri kazhdom skachkoobraznom szhatii zvezdnogo yadra vokrug nego rasprostranyayutsya vse bolee moshnye udarnye volny, stremyashiesya otbrosit' v okruzhayushee prostranstvo veshestvo vneshnih obolochek zvezdy.

Takie zvezdy nablyudayutsya s Zemli kak vspyhivayushie (eruptivnye) peremennye zvezdy - Novye i novopodobnye.

Na pozdnei stadii evolyucii mnogie massivnye giganty i sverhgiganty teryayut svoi vneshnie vodorodnye obolochki. Ih atmosfery intensivno "isparyayutsya" moshnymi klochkovatymi potokami zvezdnogo vetra. Razmery otdel'nyh oblakov, unosyashih so skorost'yu do 400 km/s do 10²⁴-10²⁸ kg veshestva v god, sostavlyayut ot 0,1R¤ do 4,0R¤ ! Poteri veshestva, unosimogo zvezdnym vetrom, tak veliki, chto za neskol'ko desyatkov tysyach let ot zvezd s nachal'noi massoi 35-85 M¤ mogut ostat'sya "ogarki" s massoi 12-15 M¤ i dazhe eshe men'she, do 4 M¤ !

Ih obnazhennye gelievye yadra nablyudayutsya kak zvezdy tipa Vol'fa-Raie. Srednyaya massa zvezd Vol'fa-Raie 17,8-18,5M¤ (ot 1-2 M¤ do 20-44 M¤ ) pri masse uglerodno-kislorodnogo yadra 7,4-10,3 M¤ . Svyshe 40 % zvezd Vol'fa-Raie yavlyayutsya komponentami tesnyh dvoinyh sistem, aktivno obmenivayushimisya veshestvom so svoimi komponentami. Eto izmenyaet dal'neishii hod i konechnyi rezul'tat zvezdnoi evolyucii, otsrochivaet "smert'" zvezdy.

Dalee izlagaetsya material o dvoinyh zvezdnyh sistemah. Nuzhno hotya by vkratce oznakomit' uchenikov s metodami ih izucheniya (sootvetstvuyushii material horosho izlozhen v uchebnikah) i obratit' vnimanie na to, chto kolichestvennoe uvelichenie vzaimodeistvuyushih elementov sistemy – zvezd, ot odnoi do dvuh ili treh, vedet k kachestvennomu izmeneniyu harakteristik i svoistv sistemy: uslozhneniyu haraktera evolyucii kazhdogo komponenta i vsei zvezdnoi sistemy v celom.

Dvoinye zvezdy

Vazhnost' izucheniya zvezdnyh sistem opredelyaetsya ih rasprostranennost'yu: 50-70 % zvezd v Galaktike yavlyayutsya dvoinymi, i do 10 % - kratnymi. Dlya ih issledovaniya privlekayutsya znaniya po nebesnoi mehanike, astrofizike i kosmogonii. Mnogie dvoinye sistemy nablyudayutsya kak zatmenno-peremennye ili fizicheski peremennye zvezdy.

V dvoinyh i kratnyh zvezdnyh sistemah komponenty vrashayutsya vokrug obshego centra mass sistemy. V zavisimosti ot uslovii nablyudeniya zvezdy mogut byt':

1) Vizual'no-dvoinye zvezdy, razdelyaemye v teleskop na otdel'nye komponenty, kogda dvoinaya zvezda otnositel'no blizka k Zemle, a ee komponenty otnositel'no daleki drug ot druga.

2) Spektral'no-dvoinye zvezdy, kogda pri bol'shom udalenii do zvezdy ili malom rasstoyanii mezhdu komponentami o dvoistvennosti sistemy sudyat po nalozheniyu spektrov komponent drug na druga.

Nalichie nevidimogo komponenta (belogo karlika, neitronnoi zvezdy, chernoi dyry i t.d.) vydayut periodicheskie izmeneniya v haraktere dvizheniya zvezdy ili takie zhe ravnomernye periodicheskie smesheniya vseh linii v ee spektre.

Chast' dvoinyh zvezd nablyudaetsya v kachestve zatmenno-peremennyh zvezd, izmenyayushih svoi blesk na neskol'ko zvezdnyh velichin s periodom ot 82 minut (NZ Strely) do 57 let (VM Eridana) pri uslovii, esli zvezdy, obrazuyushie dvoinuyu sistemu, vrashayutsya vokrug obshego centra tyazhesti v ploskosti, parallel'noi k luchu zreniya zemnogo nablyudatelya.

V otlichie ot mass i nekotoryh drugih harakteristik odinochnyh zvezd, opredelyaemyh kosvennymi metodami, massy komponent dvoinoi sistemy rasschityvayutsya na osnove pryamyh nablyudenii. Izmeryaya harakteristiki dvizheniya komponent otnositel'no bolee dalekih zvezd, opredelyayut otnositel'nye razmery i formu ih orbit; svedeniya o parallakse sistemy pozvolyaet rasschitat' ih istinnye harakteristiki. Na osnovanii III zakona Keplera, znaya periody obrasheniya komponent i bol'shie poluosi ih orbit, mozhno vyyasnit' ih massy.

Evolyuciya zvezdnyh sistem - tesnyh dvoinyh i kratnyh zvezd nosit bolee slozhnyi harakter, nezheli evolyuciya odinochnyh zvezd. Vplot' do nedavnego vremeni razrabotka modelei tesnyh dvoinyh sistem zatrudnyalas' nedostatochnym razvitiem EVM

Poterya veshestva zvezdami za schet izlucheniya i "zvezdnogo vetra", dvizhenie zvezd v magnitnom pole umen'shaet period ih obrasheniya vokrug centra mass. Zvezdy postepenno sblizhayutsya i vse aktivnee vzaimodeistvuyut mezhdu soboi. V rezul'tate oni ne tol'ko "nagrevayut" drug druga, no i mogut obmenivat'sya veshestvom, "istekayushim" s odnoi zvezdy - "donora" i "peretekayushim" i padayushim (akkreciruyushim) pod deistviem sil tyagoteniya na druguyu zvezdu - "akkretor" s obrazovaniem obshih obolochek. V rezul'tate sistema teryaet chast' veshestva, rasseivayushegosya v okruzhayushem prostranstve, izmenyaetsya massa komponent, harakteristiki ih orbit, periody vrasheniya vokrug osi i obshego centra mass. Na otdel'nyh etapah evolyucii voznikayut ob'ekty s neobychnym dlya odinochnyh zvezd sochetaniyami massy, radiusa i svetimosti, k peremennosti nekotoryh harakteristik.

Ris. 57. Process obmena veshestvom v tesnoi dvoinoi zvezdnoi sisteme

Naibolee chasto vstrechayutsya sistemy, v kotoryh odna iz zvezd, rasshiryayas', zapolnyaet svoim veshestvom prostranstvo zony Rosha. Process perenosa veshestva proishodit cherez okrestnosti vnutrennei tochki Lagranzha. Formiruetsya 3 potoka veshestva: pervyi obrazuet akkrecionnyi disk vokrug zvezdy-akkretora, na kotoruyu vypadaet do 75% veshestva; vtoroi potok ogibaet etu zvezdu za diskom; tretii udalyaetsya ot zvezd, rasseivayas' v prostranstve, no bol'shaya chast' ego veshestva ostaetsya v predelah zvezdnoi sistemy (ris. 57).

Poterya veshestva tesnoi pary vzaimodeistvuyushih zvezd-karlikov mozhet privesti k snizheniyu davleniya i temperatury ih yader do znachenii, kriticheskih dlya protekaniya termoyadernyh reakcii i prevrasheniyu komponent v korichnevye karliki.

Do nedavnih por, po mneniyu mnogih uchenyh, znamenitaya zvezda h Kilya v tumannosti NGC3372 schitalas' odinochnoi s massu okolo 200 M¤ . Novye issledovaniya pokazali, chto h Kilya predstavlyaet soboi tesnuyu dvoinuyu sistemu s massoi komponent 30 M¤ i 70 M¤ , vrashayushihsya vokrug obshego centra tyazhesti po sil'no vytyanutym orbitam, i proyasnili slozhnyi harakter ee evolyucii. Okolo 2000 let nazad sblizhenie komponent sovpalo s rasshireniem obolochki odnoi iz zvezd, prevrashayusheisya v krasnyi gigant. Prityazhenie drugoi zvezdy sorvalo etu obolochku i prevratilo ee v tolstyi disk (tor) massoi 15 M¤ s radiusom 15 sv. let. V 1843 godu v obnazhennom yadre pervoi zvezdy proizoshel vzryv. Istorgnutoe veshestvo smeshalos' s gazovym torom, obrazovav krasivuyu tumannost' v vide dvuh slepivshihsya gigantskih simmetrichnyh puzyrei.

V drugih klassah vzaimodeistvuyushih sistem processy obmena veshestvom opredelyayutsya harakteristikami zvezdnogo vetra i sil'no zavisyat ot ego skorosti: v "nizkoskorostnyh" sistemah formiruetsya ustoichivyi akkrecionnyi disk; v "vysokoskorostnyh" disk obrazuetsya lish' izredka.

Izlozhenie materiala o "smerti" zvezd, soputstvuyushih yavleniyah i ob'ektah, v kotorye prevrashayutsya yadra zvezd luchshe vsego perenesti na sleduyushii urok, a v ostavsheesya vremya reshit' neskol'ko zadach iz upr.15-16 i otvetit' na voznikshie na voprosy uchashihsya.

<< Predydushaya

Soderzhanie

Sleduyushaya >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: metodika prepodavaniya - prepodavanie astronomii - nablyudeniya - laboratornye raboty - prakticheskie raboty - uchebnaya programma - uchebnye posobiya - lekcii - pedagogicheskii eksperiment - didaktika - kontrol'nye raboty - zadacha Publikacii so slovami: metodika prepodavaniya - prepodavanie astronomii - nablyudeniya - laboratornye raboty - prakticheskie raboty - uchebnaya programma - uchebnye posobiya - lekcii - pedagogicheskii eksperiment - didaktika - kontrol'nye raboty - zadacha

Sm. takzhe: Illyuziya odinakovyh cvetov Ochnye kursy dopolnitel'nogo obrazovaniya "Astronomiya v sovremennoi shkole" Zagadochnye zelenye pyatna v oblakah Asteroidno-kometnaya opasnost' – grozit li nam "Armageddon" ? Lektorii Planetariya otkryvaet dveri Syfy Poehali Party v Politehnicheskom muzee Issledovanie komety 2010 goda po nablyudeniyam s kosmicheskoi orbital'noi observatorii SOHO. Vse publikacii na tu zhe temu >>