Как далеко звезды от земли. Далеко ли от нас звезды? Самая далекая звезда

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.

Более чем в шести тысячах световых годах от поверхности Земли находится быстро вращающаяся нейтронная звезда — пульсар Чёрная Вдова. У неё есть компаньон, коричневый карлик, которого она постоянно обрабатывает своим мощным излучением. Они обращаются друг вокруг друга каждые 9 часов. Наблюдая за ними в телескоп с нашей планеты, вы можете подумать, что этот смертельный танец никак вас не касается, что вы являетесь лишь сторонним свидетелем этого «преступления». Однако это не так. Оба участника этого действа притягивают вас к себе.

И вы тоже их притягиваете — на расстоянии в триллионы километров, с помощью гравитации. Гравитация — это сила притяжения между любыми двумя объектами, имеющими массу. Это значит, что любой объект нашей Вселенной притягивает любой другой объект, находящийся в ней, и одновременно притягивается к нему. Звёзды, чёрные дыры, люди, смартфоны, атомы — всё это находится в постоянном взаимодействии. Так почему же мы не чувствуем этого притяжения с миллиардов разных сторон?

Причины всего две — масса и расстояние. Уравнение, с помощью которого можно вычислить силу притяжения между двумя объектами, впервые было сформулировано Исааком Ньютоном в 1687 году. Понимание гравитации с тех пор несколько эволюционировало, но в большинстве случаев классическая теория тяготения Ньютона применима для вычисления её силы и сегодня.

Выглядит эта формула так — чтобы узнать силу притяжения между двумя объектами, надо массу одного умножить на массу другого, получившийся результат умножить на гравитационную постоянную, и всё это поделить на квадрат расстояния между объектами. Всё, как видим, довольно несложно. Можем даже немного поэкспериментировать. Если вы удвоите массу одного объекта, сила притяжения увеличится в два раза. Если вы «отодвинете» объекты друг от друга в те же два раза, сила притяжения составит одну четвёртую от того, что была раньше.

Сила притяжения между вами и Землёй тянет вас в направлении центра планеты, и вы ощущаете эту силу, как свой вес. Это значение равно 800 ньютонам, если вы стоите на уровне моря. Но если вы поедете к Мёртвому морю, оно увеличится на небольшую долю процента. Если же вы совершите подвиг и заберётесь на вершину Эвереста, значение снизится — опять-таки крайне незначительно.

Сила притяжения Земли воздействует на МКС, находящуюся на высоте около 400 километров, практически с той же силой, что на поверхности планеты. Если бы эта станция была водружена на огромную неподвижную колонну, основание которой стояло бы на Земле, то сила гравитации на ней составляла бы около 90% от той, что ощущаем мы. Астронавты находятся в невесомости по той простой причине, что МКС постоянно падает на нашу планету. К счастью, станция при этом движется с той скоростью, которая позволяет ей избегать столкновения с Землёй.

Летим дальше — на Луну. Это уже 400000 километров от родного дома. Сила притяжения Земли здесь составляет всего 0.03% от изначальной. Зато в полной мере ощущается гравитация нашего спутника, которая в шесть раз меньше привычной нам. Если вы решите полететь ещё дальше, сила притяжения Земли будет падать, но избавиться от неё окончательно не удастся никогда.

Когда вы находитесь на поверхности нашей планеты, то ощущаете притяжение великого множества объектов — как очень далёких, так и находящихся в непосредственной близости. Солнце, например, притягивает вас к себе с силой пол-ньютона. Если вы находитесь на расстоянии нескольких метров от своего смартфона, то вас тянет к нему не только желание проверить полученные сообщения, но и сила в несколько пиконьютонов. Это приблизительно равно гравитационному притяжению между вами и галактикой Андромеды, находящейся на расстоянии 2.5 миллиона световых лет и имеющей массу в триллионы раз больше, чем у Солнца.

Если же вы хотите совсем избавиться от гравитации, то можете использовать очень хитрый приём. Все массы, что находятся вокруг, постоянно тянут нас к себе, но как они поведут себя, если вы пророете очень глубокую скважину прямо к центру планеты и спуститесь туда, избежав каким-то образом всех опасностей, что могут встретиться на этом длинном пути? Если представить, что внутри идеально сферической Земли есть полость, то сила притяжения к её стенкам будет одинакова со всех сторон. И ваше тело неожиданно окажется в невесомости, в подвешенном состоянии — ровно посередине этой полости. Так что вы можете не чувствовать гравитацию Земли — но для этого надо оказаться ровно внутри неё. Это законы физики, и ничего с ними не поделаешь.

При наблюдении за какой-нибудь звездой с двух противоположных точек земного шара практически невозможно заметить различия в направлениях на звезду. Звезды находятся от Земли во много раз дальше, чем Луна, планеты, Солнце. Определить расстояние до ближайшей к нам звезды удалось русскому ученому В. Я. Струве. Это было более ста лет назад. Для этого ему пришлось наблюдать ее не с концов земного диаметра, а с концов прямой линии, которая в 23600 раз длиннее. Где же он мог взять такую прямую линию, которая на земном шаре не может уместиться? Оказывается, эта линия существует в природе. Это диаметр земной орбиты. За полгода земной шар перенесет нас на другую сторону от Солнца. Зная диаметр земной орбиты (а он вдвое больше среднего расстояния до Солнца), измерив углы, под которыми наблюдается звезда, можно вычислить расстояние до нее.

Самые близкие к нам звезды — Проксима Центавра и Альфа Центавра — находятся в 270 000 раз дальше от Земли, чем Солнце. Лучу света от этих звезд приходится лететь до Земли 4,5 года.

Расстояния до звезд огромны и измерять их километрами неудобно. Получается слишком большое число километров. И ученые ввели более крупную единицу измерения: световой год. Это такое расстояние, которое свет проходит в течение одного года.

Во сколько раз эта единица измерения больше, чем километр? 300000 км/с надо умножить на число секунд в году. Получим приблизительно 10 триллионов километров. Значит, один световой год больше одного километра в 10 триллионов раз (10 000 000 000 000).

Звезды могут находиться от нас на расстояниях, равных десяткам, сотням, тысячам световых лет и более.

Днем воздух так же прозрачен, как и ночью, однако звезды не видны. Все дело в том, что в дневное время атмосфера рассеивает солнечный свет. Попробуйте вечером из хорошо освещенной комнаты посмотреть на улицу. Сквозь оконное стекло яркие фонари, расположенные снаружи, видны достаточно хорошо, а слабо освещенные предметы разглядеть почти невозможно. Но стоит только выключить свет…

Река тихо и плавно течет по равнине, а на крутых обрывах ускоряет свое движение. Поток глубоко врезается в почву и образует узкие ущелья с крутыми и высокими стенами. Особенно быстро размывает вода берега, состоящие из рыхлых пород. Если же путь реке преграждают горы, она или огибает их, или пробивает, создавая глубокие ущелья и каньоны. Иногда…

Самое чистое и глубокое озеро — Байкал. Его длина 620 километров при ширине от 32 до 74 километров. Глубина озера в самом глубоком месте — трещине Ольхон — равна 1940 метрам. Объем пресной воды в озере составляет 2300 кубических километров. Африканской сестрой Байкала называют географы озеро Таньганьику. Оно возникло на территории Восточной Африки много миллионов…

Народная русская мудрость гласит: “Ставь дом там, где овцы легли”. А в Китае существует обычай не приступать к строительству дома, пока не убедишься в том, что место застройки свободно от “глубинных демонов”. Именно поэтому большинство старинных городов и сел как у нас на Руси, так во многих других странах, расположены очень удачно. Хотя есть, конечно,…

Потребность измерять время возникла у людей уже в глубокой древности. Первые календари появились много тысяч лет назад на заре человеческой цивилизации. Люди научились измерять промежутки времени, сопоставлять их с явлениями, которые повторялись периодически (смена дня и ночи, смена фаз Луны, смена времен года). Без использования единиц измерения времени люди не могли жить, общаться между собой,…

В этом созвездии две яркие звезды находятся очень близко одна от другой. Свое название они получили в честь аргонавтов Диоскуров — Кастора и Поллукса — близнецов, сыновей 3евса, самого могущественного из олимпийских богов, и Леды, легкомысленной земной красавицы, братьев Елены прекрасной — виновницы Троянской войны. Кастор славился как искусный возничий, а Поллукс как непревзойденный кулачный…

Великий итальянец Галилео Галилей (1564—1642), много сделавший для развития математики, механики, физики, достиг поразительных успехов в изучении небесных тел. Он прославился не только рядом астрономических открытий, но и огромной смелостью, с которой он встал на защиту учения Коперника, запрещенного всесильной церковью. В 1609 году Галилей узнал, что в Голландии появился прибор-дальновидец (так переводится с греческого…

Солнечное и лунное затмения знакомы человеку с глубокой древности. Когда человек еще не знал, отчего происходят эти явления, угасание Солнца средь бела дня вызывало у него панический страх. Это действительно таинственное и величественное зрелище. Яркое Солнце сияет на синем небел и постепенно солнечный свет начинает ослабевать. На правом краю Солнца появляется ущерб. Он медленно увеличивается,…

А что если и наша звезда — Солнце — вдруг вспыхнет сверхновой? Исчезнет сама и нас вычеркнет из Вселенной навсегда? Как говорят ученые, это событие хотя и возможно, но вероятность его очень мала. Свою энергию звезда получает, постепенно превращая водород в гелий, затем в более тяжелые элементы (углерод, кислород, неон и другие) с помощью цепочки…

Самая крупная планета носит имя верховного бога Олимпа. По объему Юпитер больше Земли в 1310 раз, а по массе — в 318 раз. По расстоянию от Солнца Юпитер на пятом месте, а по блеску он занимает на небе четвертое место после Солнца, Луны и Венеры. В телескоп видна сжатая у полюсов планета с заметным рядом…

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.

И другие планеты. Разглядывая небо, они смогли установить, что Луна, двигаясь по небосводу, загораживает то одну, то другую звезду, но сами звезды никогда не бывает перед . Иногда и планеты загораживают звезды. Это говорит о том, что звезды расположены дальше планет.

Но как дальше? еще тогда указал, что звезды находятся очень далеко от Земли и поэтому смещения положений звезд мы не в силах заметить. Но они обязательно должны быть в силу движения Земли вместе со звездами в мировом пространстве.

Такие движения звезд астрономам не удалось увидеть спустя примерно три века после . Хотя в тот период были достигнуты большие успехи в изобретениях инструментов для наблюдения за небом, а также в точности наблюдений. В середине XVIII в. известные ученые Брадлей (в Англии) и Ламберт (в Германии) установили, что расстояния до самых близких к нам звезд во много раз превышают расстояния от Земли до . Но точно узнать расстояния до звезд им так и не удалось.

Впервые в истории науки В. Я. Струве измерил . Он много раз измерял положения Веги и пришел к выводу, что Вега смещается за полгода на угол около 1/4 секунды дуги. Под столь малым углом с Веги должен быть виден диаметр земной орбиты - иначе говоря, двойное расстояния от Земли до Солнца, а само это расстояние - под углом 1/8 секунды дуги.

Известно, что круг делится на 360 градусов по 60 угловых минут в каждом градусе, каждая минута - на 60 секунд. Значит, в круге 1 296 000 угловых секунд.

Если радиус земной орбиты с Веги под углом около 1/8 доли секунды, или около 1/10000000 доли окружности (астрономы называют этот угол параллаксом данной звезды),- значит, расстояние до этой звезды составляет почти 250 триллионов километров.

Такие числа использовать, естественно, неудобно. Обычно в таких случаях астрономы используют более крупные единицы длины. Например световой год . Так коротко обозначается расстояние, которое световой луч проходит за период, равный земному году со скоростью около 300 000 км/сек. Световой год - это примерно 9,5 триллионов километров. Коротко его можно записать так: 9,5 х 10 в 12 степени км.

Астрономы пользуются также другой системой измерения расстояний до звезд. Если окружность содержит 1296000 угловых секунд, то радиан равен 206 265 угловых секунд (57°,3). Если бы радиус орбиты Земли был виден с какого-то небесного тела под углом в 1 секунду окружности, то это говорило бы о том, что расстояние до такого тела в 206 265 раз больше радиуса орбиты Земли, и равно примерно 31 триллион км или 374 световой год. Такая величина называется параллакс-секунда или парсек .

Вега находится от нас на расстоянии 8 парсек, или 26,5 светового года. Чтобы пролететь такое расстояние, самолету ТУ-154 понадобилось бы сорок миллионов лет.

Вега действительно одна из сравнительно близких к нам звезд, но не самая близкая. Из ярких звезд самой близкой к нам является звезда альфа в созвездии Центавра, невидимая с территории России. Ее можно видеть в южных странах. Свет от нее идет до нас 4,3 года.

К настоящему времени таким способом установлены расстояния до многих тысяч звезд.

Но при всей точности, которой достигли астрономы в измерении звездных параллаксов, этот способ применим только для определения расстояний до сравнительно близких звезд. Для далеких звезд, отстоящих от нас на сотни, тысячи и десятки тысяч световых лет, он не годится: углы оказываются настолько ничтожно малыми (сотые и тысячные доли секунды), что не поддаются измерению. Астрономы нашли и другие вполне достоверные способы для измерения расстояний более далеких звезд. В результате теперь известны точные расстояния до десятков тысяч отдельных звезд, а до еще большего числа звезд расстояние можно оценить приближенно.

Если звезды можно видеть с невообразимо больших расстояний, - значит, они должны иметь огромную силу света (светимость). Звезды - это очень далекие от нас солнца. Некоторые из них излучают света гораздо больше, чем наше огромное