![]() |
po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu |
Massy nebesnyh tel (metody opredeleniya)
V osnove opredeleniya mass nebesnyh tel lezhit zakon vsemirnogo tyagoteniya, vyrazhaemyi f-loi:
gde F - sila vzaimnogo prityazheniya mass


Koefficient proporcional'nosti G = naz. gravitacionnoi
postoyannoi ili postoyannoi tyagoteniya. Ee nahodyat iz fizicheskogo eksperimenta s
krutil'nymi vesami, pozvolyayushimi opredelit' silu gravitac. vzaimodeistviya tel izvestnoi
massy.
V sluchae svobodnogo padeniya tel sila F, deistvuyushaya na telo, ravna proizvedeniyu
massy tela na uskorenie svobodnogo padeniya g. Uskorenie
g mozhet byt' opredeleno, napr., po periodu T kolebanii vertikal'nogo
mayatnika:
, gde l - dlina mayatnika. Na shirote
45o
i na urovne morya g= 9,806 m/s2.
Podstanovka vyrazheniya dlya sil zemnogo prityazheniya
v f-lu (1) privodit k zavisimosti
,
gde
- massa Zemli, a
- radius
zemnogo shara. Takim putem byla opredelena massa Zemli
g. Opredelenie massy Zemli yavl. pervym zvenom v cepi opredelenii mass
dr. nebesnyh tel (Solnca, Luny, planet, a zatem i zvezd). Massy etih tel nahodyat,
opirayas'
libo na 3-i zakon Keplera (sm. Keplera zakony),
libo na pravilo: rasstoyaniya k.-l. mass ot obshego centra mass obratno proporcional'ny
samim massam. Eto pravilo pozvolyaet opredelit' massu Luny. Iz izmerenii tochnyh koordinat
planet i Solnca naideno, chto Zemlya i Luna s periodom v odin mesyac dvizhutsya vokrug
baricentra - centra mass sistemy Zemlya - Luna. Rasstoyanie centra Zemli ot baricentra
ravno 0,730
(on raspolozhen vnutri zemnogo shara). Sr. rasstoyanie
centpa Luny ot centra Zemli sostavlyaet 60,08
. Otsyuda otnoshenie
rasstoyanii centrov Luny i Zemli ot baricentra ravno 1/81,3. Poskol'ku eto otnoshenie
obratno
otnosheniyu mass Zemli i Luny, massa Luny
g.
Massu Solnca mozhno opredelit', primeniv 3-i zakon Keplera k dvizheniyu Zemli (vmeste
s Lunoi) vokrug Solnca i dvizheniyu Luny vokrug Zemli:
, (2)
gde a - bol'shie poluosi orbit, T - periody (zvezdnye ili sidericheskie)
obrasheniya. Prenebregaya po sravneniyu s
, poluchim otnoshenie
, ravnoe 329390. Otsyuda
g, ili ok.
.
Analogichnym putem opredelyayut massy planet, imeyushih sputnikov. Massy planet, ne imeyushih sputnikov, opredelyayut po vozmusheniyam, k-rye oni okazyvayut na dvizhenie sosednih s nimi planet. Teoriya vozmushennogo dvizheniya planet pozvolila zapodozrit' sushestvovanie togda neizvestnyh planet Neptuna i Plutona, naiti ih massy, predskazat' ih polozhenie na nebe.
Massu zvezdy (pomimo Solnca) mozhno opredelit' so sravnitel'no vysokoi nadezhnost'yu
tol'ko v tom sluchae, esli ona yavl. fiz. komponentom vizual'no-dvoinoi zvezdy (sm.
Dvoinye zvezdy), rasstoyanie do k-roi izvestno. Tretii zakon Keplera v
etom sluchae daet summu mass komponentov (v ed. ):
,
gde a'' -bol'shaya poluos' (v sekundah dugi) istinnoi orbity sputnika vokrug
glavnoi (obychno bolee yarkoi) zvezdy, k-ruyu v etom sluchae schitayut nepodvizhnoi, R
-
period obrasheniya v godah, - parallaks
sistemy (v sekundah dugi). Velichina
daet bol'shuyu poluos'
orbity v a. e. Esli mozhno izmerit' uglovye rasstoyaniya
komponentov
ot obshego centra mass, to ih otnoshenie dast velichinu, obratnuyu otnosheniyu mass:
. Naidennaya summa mass i ih otnoshenie pozvolyayut poluchit'
massu kazhdoi zvezdy v otdel'nosti. Esli komponenty dvoinoi imeyut primerno odinakovyi
blesk
i shodnye spektry, to polusumma mass
daet vernuyu ocenku massy kazhdogo komponenta i bez dopolnit. opredeleniya ih otnosheniya.
Dlya dr. tipov dvoinyh zvezd (zatmenno-dvoinyh i spektral'no-dvoinyh) imeetsya ryad vozmozhnostei priblizitel'no opredelit' massy zvezd ili ocenit' ih nizhnii predel (t.e. velichiny, men'she kotoryh ne mogut byt' ih massy).
Sovokupnost' dannyh o massah komponentov primerno sta dvoinyh zvezd raznyh tipov
pozvolila obnaruzhit' vazhnuyu statistich. zavisimost' mezhdu ih massami i svetimostyami
(sm. Massa-svetimost' zavisimost').
Ona daet vozmozhnost' ocenivat' massy odinochnyh zvezd po ih svetimostyam
(inache govorya, po ih abs. zvezdnym velichinam).
Abs. zvezdnye velichiny M opredelyayutsya po f-le:
M = m + 5 + 5 lg - A(r) , (3)
gde m - vidimaya zvezdnaya velichina v vybrannom optich. diapazone (v opredelennoi
fotometrich. sisteme, napr. U, V ili V; sm. Astrofotometriya),
- parallaks i A(r) - velichina mezhzvezdnogo poglosheniya sveta v tom zhe optich. diapazone v dannom
napravlenii
do rasstoyaniya
.
Esli parallaks zvezdy ne izmeren, to priblizhennoe znachenie abs. zvezdnoi velichiny mozhno opredelit' po ee spektru. Dlya etogo neobhodimo, chtoby spektrogramma pozvolyala ne tol'ko uznat' spektral'nyi klass zvezdy, no i ocenit' otnositel'nye intensivnosti nek-ryh par spektr. linii, chuvstvitel'nyh k "effektu abs. velichiny". Inache govorya, snachala neobhodimo opredelit' klass svetimosti zvezdy - prinadlezhnost' k odnoi iz posledovatel'nostei na diagramme spektr-svetimost' (sm. Gercshprunga-Ressella diagramma), a po klassu svetimosti - ee abs. velichinu. Po poluchennoi takim obrazom abs. velichine mozhno naiti massu zvezdy, vospol'zovavshis' zavisimost'yu massa-svetimost' (etoi zavisimosti ne podchinyayutsya lish' belye karliki i pul'sary).
Eshe odin metod ocenki massy zvezdy svyazan s izmereniem gravitac. krasnogo smesheniya
spektr. linii v ee pole tyagoteniya. V sfericheski-simmetrichnom pole tyagoteniya ono ekvivalentno
doplerovskomu krasnomu smesheniyu , gde
- massa zvezdy v ed. massy Solnca, R - radius zvezdy
v
ed. radiusa Solnca, a
vyrazheno v km/s. Eto sootnoshenie bylo
provereno po tem belym karlikam, k-rye vhodyat v sostav dvoinyh sistem. Dlya nih byli
izvestny
radiusy, massy i istinnye luchevye skorosti
vr, yavlyayushiesya proekciyami orbital'noi skorosti.
Nevidimye (temnye) sputniki, obnaruzhennye okolo nek-ryh zvezd po nablyudennym kolebaniyam
polozheniya zvezdy, svyazannym s ee dvizheniem okolo obshego centra mass (sm. Nevidimye sputniki zvezd), imeyut massy men'she 0,02 . Oni, veroyatno, ne yavl. samosvetyashimisya telami i bol'she pohozhi na
planety.
Iz opredelenii mass zvezd vyyasnilos', chto oni zaklyucheny primerno v predelah ot 0,03
do 60
. Naibol'shee
kolichestvo
zvezd imeyut massy ot 0,3
do 3
.
Sr. massa zvezd v blizhaishih okrestnostyah Solnca
, t.e.
1033 g. Razlichie
v massah zvezd okazyvaetsya mnogo men'shim, chem ih razlichie v svetimostyah (poslednee
mozhet
dostigat' desyatkov mln.). Sil'no otlichayutsya i radiusy zvezd. Eto privodit k razitel'nomu
razlichiyu ih sr. plotnostei: ot
do
g/sm3 (sr. plotnost' Solnca 1,4 g/sm3).
Massu rasseyannogo zvezdnogo skopleniya mozhno opredelit', slozhiv massy vseh ego chlenov, svetimosti k-ryh opredelyayut po ih vidimomu blesku i rasstoyaniyu do skopleniya, a massy - po zavisimosti massa-svetimost'.
Massu sharovogo zvezdnogo skopleniya daleko ne vsegda mozhno ocenit' putem podscheta
zvezd, t.k. v central'noi oblasti bol'shinstva takih skoplenii izobrazheniya otdel'nyh
zvezd
na fotografiyah, poluchennyh s optimal'noi ekspoziciei, slivayutsya v odno svetyasheesya
pyatno. Est' metody ocenki obshei massy vsego skopleniya, osnovannye na statistich. principah.
Tak, napr., primenenie teoremy o viriale (sm. Viriala
teorema) pozvolyaet ocenit' massu skopleniya (v
) po radiusu skopleniya r (pk) i sr. kvadratich.
otkloneniyu
luchevoi skorosti otdel'nyh zvezd (v km/s)
ot sr. ee znacheniya (t.e. ot luchevoi skorosti skopleniya kak celogo):
.
Esli zhe podschet zvezd - chlenov sharovogo skopleniya vozmozhen, to obshuyu massu skopleniya
mozhno opredelit' kak summu proizvedenii ,
gde
- funkciya svetimosti etogo skopleniya, t.e. chislo zvezd,
prihodyashihsya na razlichnye intervaly abs. zvezdnyh velichin Mi
(obychno ih podschityvayut v intervalah, ravnyh 1m),
a
- massa, sootvetstvuyushaya dannoi abs. zvezdnoi velichine
Mi
po zavisimosti massa-svetimost'. T.o., obshaya massa skopleniya
, gde summa vzyata ot samyh yarkih
do samyh slabyh chlenov skopleniya.
Metod opredeleniya massy Galaktiki ishodit iz fakta vrasheniya Galaktiki. Ustoichivost' vrasheniya pozvolyaet
predpolozhit',
chto centrostremit. uskorenie dlya kazhdoi zvezdy, v chastnosti dlya Solnca, opredelyaetsya
prityazheniem veshestva Galaktiki v predelah solnechnoi orbity. Solnce prityagivaetsya
k galaktich.
centru s siloi
, gde R0
- rasstoyanie Solnca ot yadra Galaktiki, ravnoe
sm. Sila F0 soobshaet Solncu uskorenie
, k-roe ravno centrobezhnomu uskoreniyu Solnca
(bez ucheta vliyaniya vnesh. chasti Galaktiki i pri uslovii ellipsoidal'nosti
poverhnostei ravnoi plotnosti po vnutr. ee chasti). Sobstvennaya galaktich. skorost'
Solnca (t.n. krugovaya skorost' na rasstoyanii R0
ot centra)
220 km/s, otsyuda
sm/s2. Massa Galaktiki, bez ucheta ee chastei, vneshnih po
otnosheniyu k galakticheskoi traektorii Solnca,
g. Massa Galaktiki v sferich. ob'eme s radiusom
15
kpk, soglasno podobnym raschetam, ravna
. Pri etom uchityvaetsya takzhe massa vsei diffuznoi (rasseyannoi) materii
v Galaktike.
Massa spiral'noi galaktiki mozhet byt' opredelena po rezul'tatam izucheniya ee vrasheniya, napr. iz analiza krivoi luchevyh skorostei, izmerennyh v razlichnyh tochkah bol'shoi osi vidimogo ellipsa galaktiki. V kazhdoi tochke galaktiki centrostremit. sila proporcional'na masse bolee blizkih k centru galaktiki oblastei i zavisit ot zakona izmeneniya plotnosti galaktiki s udaleniem ot ee centra. Spektroskopich. nablyudeniya v optich. diapazone pozvolili postroit' krivye vrasheniya spiral'nyh galaktik do rasstoyanii 20-25 kpk ot centra (a u ryada galaktik vysokoi svetimosti do 40 kpk i bolee). Vplot' do etih rasstoyanii krugovaya skorost' ne umen'shaetsya s uvelicheniem R, t.e. massa galaktiki prodolzhaet rasti s rasstoyaniem. T.o., v galaktikah imeetsya skrytaya massa. Massa nevidimogo (nesvetyashegosya) veshestva galaktik mozhet v 10 i bolee raz prevoshodit' massu svetyashegosya veshestva; predpolozhitel'no, skrytaya massa mozhet sushestvovat' v forme ochen' slabyh malomassivnyh zvezd ili chernyh dyr ili v forme elementarnyh chastic (napr., neitrino, esli oni obladayut massoi pokoya).
Dlya medlenno vrashayushihsya galaktik, kakimi yavl., napr., elliptich. galaktiki, trudno poluchit' krivye luchevyh skorostei, no zato mozhno po rasshireniyu spektr. linii ocenit' sr. skorost' zvezd v sisteme i, sopostaviv ee s istinnymi razmerami galaktiki, opredelit' ee massu. Chem bol'she sr. skorost' zvezd, tem bol'she dolzhna byt' massa galaktiki (pri odinakovyh razmerah). Zavisimost' mezhdu massoi, razmerami galaktiki i sr. skorost'yu zvezd vytekaet iz usloviya stacionarnosti sistemy.
Eshe odin sposob ocenki massy galaktik-komponentov dvoinyh sistem analogichen metodu ocenki mass komponentov spektral'no-dvoinyh zvezd (oshibka ne prevyshaet 20%). Ispol'zuyut takzhe ustanovlennuyu statistich. zavisimost' mezhdu massoi i integr. svetimost'yu galaktik razlichnogo tipa (svoego roda zavisimost' massa-svetimost' dlya galaktik). Svetimost' opredelyaetsya po vidimoi integr. zvezdnoi velichine i rasstoyaniyu, k-roe ocenivaetsya po krasnomu smesheniyu linii v spektre. Sr. massa galaktik, vhodyashih v skoplenie galaktik, ocenivaetsya po chislu galaktik skopleniya i ego obshei masse, k-ruyu statisticheski opredelyayut po dispersii luchevyh skorostei galaktik, podobno tomu kak ocenivaetsya obshaya massa zvezdnogo skopleniya na osnove teoremy o viriale.
Izvestnye nyne massy galaktik zaklyucheny v predelah ot ~105 (t.n. karlikovye galaktiki) do 1012
(sverhgigantskie elliptich. galaktiki, napr. galaktika M 87), t.e.
otnoshenie mass galaktik dohodit do 107.
Tochnost' opredeleniya mass astronomich. ob'ektov zavisit ot tochnosti opredeleniya vseh
velichin, vhodyashih v sootvetstvuyushie f-ly. Massa Zemli opredelena s pogreshnost'yu 0,05%,
massa Luny
0,1%. Pogreshnost' opredeleniya massy Solnca takzhe sostavlyaet
0,1%, ona zavisit ot tochnosti opredeleniya astronomicheskoi edinicy (sr. rasstoyaniya do Solnca). Voobshe, v znachit.
stepeni tochnost' opredeleniya massy zavisit ot tochnosti izmereniya rasstoyaniya do kosmicheskogo ob'ekta, v sluchae dvoinyh
zvezd - ot rasstoyaniya mezhdu nimi, ot lineinyh razmerov tel i t.d. Massy planet izvestny
s
pogreshnost'yu ot
0,05 do
0,7%. Massy zvezd opredeleny
s pogreshnost'yu ot 20 do 60%. Neuverennost' opredeleniya mass galaktik mozhno harakterizovat'
koeff. 2-5 (massa mozhet byt' v nesk. raz bol'she ili men'she), esli nadezhno opredeleno
rasstoyanie do nih.
Lit.:
Struve O., Linde B., Pillans E., Elementarnaya astronomiya, per. s angl., 2 izd., M.,
1967; Sagitov M.U., Postoyannaya tyagoteniya i massa Zemli, M., 1969; Klimishin I.A.,
Relyativistskaya
astronomiya, M., 1983.
(P.G. Kulikovskii)
P. G. Kulikovskii, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Massy nebesnyh tel
Publikacii so slovami: Massy nebesnyh tel |
![]() |
Sm. takzhe:
|