Dvizhushiesya obolochki zvezd
<< Oglavlenie | Glava I. Odnorodnaya sreda >>
Vvedenie
Glavnyi predmet sovremennoi astrofiziki sostavlyayut zvezdy, v spektrah kotoryh vidny yarkie linii. Takie spektry obnaruzhivayut chrezvychaino bystrye izmeneniya. V techenie promezhutkov vremeni, sravnimyh s prodolzhitel'nost'yu chelovecheskoi zhizni, inogda zhe bukval'no na nashih glazah, linii menyayut svoe polozhenie i intensivnost', poyavlyayutsya i ischezayut. Vse eto svidetel'stvuet o burnyh yavleniyah, razygryvayushihsya v zvezdnyh atmosferah, i znamenuet soboi skachkoobraznyi perehod zvezdy iz odnogo sostoyaniya v drugoe.
Analiz spektrogramm pokazyvaet, chto v takie periody proishodit moshnoe vybrasyvanie materii iz zvezd. V odnih sluchayah etot process imeet harakter vzryva. Pri etom ot zvezd otryvayutsya obolochki, s bol'shimi skorostyami udalyayushiesya v mirovoe prostranstvo. Takovy yavleniya novyh, sverhnovyh i novopodobnyh zvezd. Osobenno gromadnye kolichestva materii vybrasyvayutsya pri vspyshkah sverhnovyh. Planetarnye tumannosti, obvolakivayushie nekotorye iz goryachih zvezd, yavlyayutsya, po-vidimomu, rezul'tatom etih vspyshek. V drugih sluchayah vybrasyvanie materii proishodit bolee ili menee nepreryvno v techenie dlitel'nogo vremeni. Etot process privodit k obrazovaniyu zvezd s protyazhennymi atmosferami. Eto - zvezdy tipov Vol'fa-Raie, R Sygni, Be i drugie zvezdy-sverhgiganty.
Fizicheskie yavleniya, protekayushie v obolochkah, vybrasyvaemyh zvezdami, predstavlyayut gromadnyi interes dlya astrofiziki. Eti yavleniya interesny, prezhde vsego, sami do sebe, ibo usloviya, osushestvlyayushiesya v obolochkah, otlichayutsya krainim svoeobraziem. S drugoi storony, - i eto eshe bolee vazhno, - izuchenie etih yavlenii pozvolyaet glubzhe proniknut' v prirodu zvezd. Izuchenie svecheniya obolochek daet vozmozhnost' sudit' ob energii, izluchaemoi zvezdoi v raznyh uchastkah spektra, izuchenie dvizheniya obolochek - o silah, deistvuyushih na obolochku so storony zvezdy, i t. d. Vse eto, v konechnom schete, blizko podvodit nas k vyyasneniyu voprosa o prichinah, vyzyvayushih takie gigantskie kosmicheskie katastrofy, i priotkryvaet zavesu nad stroeniem zvezdnyh nedr s ih tainstvennymi istochnikami energii. Isklyuchitel'no vazhno takzhe to obstoyatel'stvo, chto pri nablyudenii etih zvezd my okazyvaemsya neposredstvennymi svidetelyami yavlenii, imeyushih bol'shoe kosmogonicheskoe znachenie.
Neobhodimo, odnako, konstatirovat' krupnyi razryv mezhdu teoriei i nablyudeniyami v etoi oblasti. V to vremya kak nablyudatel'naya astrofizika nakopila (i prodolzhaet intensivno nakoplyat') bogatyi fakticheskii material, teoreticheskaya astrofizika zametno ne spravlyaetsya s interpretaciei etogo materiala.
Odin iz glavnyh probelov teoreticheskoi astrofiziki sostoit, po nashemu mneniyu, v tom, chto do sih por ne byla postroena teoriya luchevogo ravnovesiya dvizhusheisya sredy. Vsledstvie etogo dlya ob'yasneniya yavlenii, proishodyashih v dvizhushihsya atmosferah, obychno primenyaetsya libo teoriya luchevogo ravnovesiya, dannaya dlya nepodvizhnyh atmosfer, libo rezul'taty, poluchennye dlya gazovyh tumannostei (t. e. dlya prozrachnyh sred). Ponyatno, chto ni to, ni drugoe ne mozhet privesti k nadezhnym vyvodam. Pravda, v rabotah nekotoryh avtorov (Zanstra, Gerasimovich i dr.) byli sdelany popytki resheniya ryada chastnyh zadach, svyazannyh s teoriei luchevogo ravnovesiya dvizhusheisya sredy. Odnako, k sozhaleniyu, eti raboty soderzhat oshibki. Ih poyavlenie ne oblegchilo, a skoree zatormozilo poyavlenie pravil'noi teorii.
Cel' nastoyashei raboty - dat' teoriyu luchevogo ravnovesiya dvizhusheisya sredy i primenit' ee k dvizhushimsya obolochkam zvezd. Vvidu grandioznosti zadachi, v rabote dayutsya lish' osnovy teorii i ee naibolee neposredstvennye primeneniya.
Ostanovimsya snachala na sushnosti dela. Osnovnoi process, proishodyashii v zvezdnyh atmosferah, est' process perenosa luchistoi energii. Potok izlucheniya, postupayushii iz vnutrennih chastei zvezdy v atmosferu, podvergaetsya zdes' znachitel'nym preobrazovaniyam (v rezul'tate rasseyaniya, flyuorescencii, perehoda luchistoi energii v teplovuyu i t. d.), posle chego chastichno otrazhaetsya obratno, a chastichno vyhodit naruzhu i nablyudaetsya nami v vide spektra zvezdy. Zadacha astrofizika sostoit v tom, chtoby po vidu spektra sudit' o stroenii atmosfery i o protekayushih v nei yavleniyah. Yasno, chto dlya etogo dolzhna byt' predvaritel'no reshena obratnaya zadacha: dany atmosfera i potok izlucheniya, trebuetsya opredelit' pole izlucheniya v atmosfere i, v chastnosti, vid spektra. Pri reshenii etoi zadachi delaetsya predpolozhenie, v bol'shinstve sluchaev opravdyvayusheesya, chto kazhdyi element ob'ema izluchaet stol'ko energii, skol'ko on pogloshaet. Pro atmosferu govoryat, chto ona nahoditsya v sostoyanii luchevogo ravnovesiya, a reshenie etoi zadachi nazyvayut teoriei luchevogo ravnovesiya.
Teoriya luchevogo ravnovesiya yavlyaetsya vazhneishei chast'yu astrofiziki. Dlya "obychnyh" zvezd, blagodarya rabotam Shvarcshil'da, Milna, Eddingtona i drugih astrofizikov, eta teoriya dostigla znachitel'nyh uspehov, hotya ne osvobodilas' eshe ot ryada sushestvennyh ogranichenii (tak, naprimer, pri reshenii fotosfernyh zadach obychno predpolagaetsya, chto koefficient poglosheniya ne zavisit ot chastoty, a pri nahozhdenii konturov absorbcionnyh linii berutsya atomy s dvumya ili, v luchshem sluchae, s tremya urovnyami). Eti ogranicheniya obuslovleny glavnym obrazom matematicheskoi slozhnost'yu teorii, privodyashei k sistemam nelineinyh integro-differencial'nyh uravnenii.
V obolochkah, vybrasyvaemyh zvezdami, processy, svyazannye s perenosom izlucheniya, ves'ma specifichny. Izluchenie, postupayushee ot zvezdy v obolochku, obladaet chrezmerno maloi plotnost'yu po sravneniyu s temperaturoi, harakterizuyushei otnositel'noe raspredelenie energii v spektre. V takih sluchayah vzaimodeistvie izlucheniya s materiei vedet k umen'sheniyu etogo nesootvetstviya. Tochnee govorya, proishodit pererabotka sil'nogo korotkovolnovogo izlucheniya, idushego ot zvezdy, v dlinnovolnovoe izluchenie obolochki (v chastnosti, v izluchenie v vidimoi chasti spektra). Imenno blagodarya takogo roda flyuorescencii poyavlyayutsya yarkie linii v spektrah zvezd.
Osobennoi prostotoi otlichayutsya eti processy v planetarnyh tumannostyah. Malaya plotnost' materii (poryadka 10-20 g na sm3) i malaya plotnost' izlucheniya (idushee ot zvezdy izluchenie oslableno v 1013 - 1015 raz) privodyat k kraine maloi stepeni vozbuzhdeniya v tumannostyah, vsledstvie chego tumannosti yavlyayutsya prozrachnymi dlya izlucheniya v subordinatnyh seriyah. Process flyuorescencii svoditsya v sluchae tumannostei k tomu, chto pod deistviem izlucheniya, idushego ot zvezdy, proishodit fotoionizaciya atomov iz osnovnogo sostoyaniya, za nei sleduyut zahvaty elektronov ionami i zatem "kaskadnye" perehody s urovnya na uroven', ne preryvaemye ni izlucheniem, ni stolknoveniyami. V etom sluchae tol'ko dlya Lc i Lα-izlucheniya (esli govorit' o vodorodnom atome) dolzhna byt' dana teoriya luchevogo ravnovesiya. Blagodarya prostote etih processov detal'naya razrabotka teorii svecheniya tumannostei ne predstavlyaet truda. Osnovnye uspehi v etoi oblasti svyazany s imenami Zanstra (metody dlya opredeleniya temperatur central'nyh zvezd), Ambarcumyana (teoriya luchevogo ravnovesiya dlya Lc i Lα -izlucheniya) i Sillie (teoriya bal'merovskogo dekrementa).
Gorazdo slozhnee obstoit delo v sluchae obolochek malogo radiusa, V etom sluchae ionizaciya proishodit ne tol'ko iz osnovnogo, no i iz vozbuzhdennyh sostoyanii, i obolochki yavlyayutsya neprozrachnymi dlya izlucheniya v liniyah subordinatnyh serii. Ponyatno, chto k takim obolochkam rezul'taty, poluchennye dlya tumannostei, ne primenimy. Mezhdu tem ochen' rasprostraneno primenenie rezul'tatov Zanstra i Sillie k obolochkam zvezd tipov WR, Be, novyh i dr. Vychislyayutsya takzhe kontury emissionnyh linii pri predpolozhenii o prozrachnosti etih obolochek dlya izlucheniya v liniyah i delayutsya otsyuda daleko idushie vyvody. V drugih rabotah, naprotiv, k etim obolochkam primenyayutsya rezul'taty, poluchennye dlya obychnyh atmosfer (naprimer formula Bol'cmana).
Na samom dele dlya dvizhushihsya obolochek zvezd dolzhna byt' postroena osobaya teoriya luchevogo ravnovesiya. Eta teoriya dolzhna uchityvat' tot fakt, chto v srede, dvizhusheisya s gradientom skorosti, na izluchenii v liniyah skazyvaetsya effekt Doplera.
Nalichie gradienta skorosti privodit k ser'eznym trudnostyam dlya teorii. Odnako, s drugoi storony, kak budet pokazano v etoi rabote, pri etom voznikayut ves'ma sushestvennye uprosheniya. Eti uprosheniya svyazany s tem obstoyatel'stvom, chto pri nalichii gradienta skorosti izluchenie v liniyah dohodit do nablyudatelya ne tol'ko iz pogranichnyh oblastei sredy, no takzhe - blagodarya effektu Doplera - i iz vnutrennih oblastei. Vsledstvie etogo v razrabotke teorii luchevogo ravnovesiya dlya dvizhusheisya sredy mozhno poiti znachitel'no dal'she, chem dlya nepodvizhnoi. V chastnosti, dlya dvizhusheisya sredy okazyvaetsya vpolne osushestvimym postroenie teorii polihromaticheskogo luchevogo ravnovesiya (t. e. dlya atomov s bol'shim chislom urovnei).
V etoi rabote my ne zanimaemsya formal'nym resheniem zadachi v obshem vide, a rassmatrivaem - v poryadke vozrastayushei slozhnosti - otdel'nye sluchai teorii. Kazhdomu iz etih sluchaev sootvetstvuet opredelennyi klass nablyudaemyh ob'ektov. Etim oblegchayutsya astronomicheskie primeneniya poluchennyh rezul'tatov.
Soderzhanie nastoyashei raboty sleduyushee. V pervoi glave rassmatrivaetsya sreda, v kotoroi plotnost' materii, plotnost' ioniziruyushego izlucheniya i gradient skorosti yavlyayutsya postoyannymi. Znachenie etoi modeli sostoit v tom, chto problema svoditsya k sisteme algebraicheskih (a ne integro-differencial'nyh, kak v obshem sluchae) uravnenii. V rezul'tate nahoditsya stepen' vozbuzhdeniya i ionizacii real'nyh atomov v etoi srede, a takzhe - vpervye dlya neprozrachnoi sredy - otnositel'nye intensivnosti emissionnyh linii.
Vo vtoroi glave eti rezul'taty primenyayutsya k atmosferam zvezd rannih klassov s yarkimi liniyami. Pri etom stepen' vozbuzhdeniya i izluchatel'naya sposobnost' v liniyah opredelyayutsya v vide funkcii ot rasstoyaniya do centra zvezdy. Daetsya takzhe elementarnaya teoriya konturov spektral'nyh linii dlya osnovnyh tipov dvizhushihsya atmosfer.
V sleduyushih glavah rassmatrivayutsya obolochki, opticheskaya tolshina kotoryh za granicei osnovnoi serii prevoshodit edinicu. V etih obolochkah plotnost' ioniziruyushego izlucheniya uzhe ne mozhet schitat'sya zadannoi. Snachala (v glave III ) dopuskaetsya, chto pogloshenie sveta za granicami subordinatnyh serii ne igraet roli, zatem (v glave IV) eto pogloshenie prinimaetsya vo vnimanie. Pervyi iz ukazannyh sluchaev osushestvlyaetsya v planetarnyh tumannostyah, vtoroi - v obolochkah novyh zvezd.
V etih glavah vyvodyatsya uravneniya perenosa izlucheniya v spektral'nyh liniyah, uchityvayushie effekt Doplera, i daetsya reshenie poluchayushihsya pri etom uravnenii teorii luchevogo ravnovesiya. V rezul'tate nahodyatsya formuly, opredelyayushie stepen' vozbuzhdeniya i ionizacii v obolochkah v vide funkcii ot opticheskoi glubiny. Pri etom, kak i v predydushih glavah, vyyasnyaetsya ogromnaya rol' gradienta skorosti.
Poluchennye rezul'taty primenyayutsya k nahozhdeniyu osnovnyh fizicheskih harakteristik rassmatrivaemyh ob'ektov. Daetsya metod dlya opredeleniya temperatur obolochek, utochnyayutsya metody Zanstra dlya opredeleniya temperatur zvezd, vyyasnyaetsya vopros o svetovom davlenii v obolochkah i t. d.
V poslednei glave rassmatrivayutsya obolochki, opticheskaya tolshina kotoryh velika po sravneniyu s edinicei ne tol'ko za granicei osnovnoi serii, no i za granicami subordinatnyh serii. V sushnosti govorya, eto uzhe fotosfernaya zadacha. Rassmotrenie etoi zadachi vedet k vyyasneniyu odnogo iz trudneishih voprosov astrofiziki - voprosa o vozniknovenii i povedenii yarkih linii v spektrah zvezd pozdnih klassov.
Nastoyashaya rabota kasaetsya ryada vazhnyh astrofizicheskih voprosov. Istoriya etih voprosov i ih sovremennoe sostoyanie dany v kursah teoreticheskoi astrofiziki i v mnogochislennyh obzornyh stat'yah. Poetomu zdes' izlagayutsya isklyuchitel'no rezul'taty, poluchennye avtorom.
Chastichno eti rezul'taty uzhe byli opublikovany v vide otdel'nyh zhurnal'nyh statei (v "Dokladah Akademii Nauk SSSR", "Astronomicheskom zhurnale" i v "Uchenyh zapiskah LGU"). Eti stat'i s nekotorymi izmeneniyami voshli sostavnymi chastyami v nastoyashee issledovanie.
<< Oglavlenie | Glava I. Odnorodnaya sreda >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
obolochki zvezd - perenos izlucheniya
Publikacii so slovami: obolochki zvezd - perenos izlucheniya | |
|
Sm. takzhe:
| |
