Поглощение в звездах различных спектральных классов (разных температур) - Звезды в фокусе телескопа
Поглощение фотонов, подобное описанному выше, свойственно не только атомам водорода, но и атомам др. элементов. Только расположение энергетич. уровней у них иное, однако всегда уровни сгущаются к ионизационному пределу, и поглощение с разных уровней, связанное с отрывом электрона, т. е. с ионизацией атома, дает множество перекрывающихся полос.
Вернемся к водороду. Для того чтобы его поглощение имело такой вид, как на рис. 4, на всех энергетич. уровнях должно быть достаточное количество атомов. На осн. уровне атом может находиться неограниченно долго, лишь поглощение фотона или столкновение с достаточно быстрым электроном может ионизовать его или возбудить, т. е. перевести на один из вышележащих уровней. В возбужденном состоянии атом находится недолго - уже через ~10-8 с он излучает фотон и переходит на к.-л. из более низких уровней. С этого уровня он спускается еще ниже, пока не перейдет на основной. Правда, за короткое время пребывания в возбужденном состоянии атом может поглотить еще фотон и перейти на более высокий уровень. Кроме того, он может изменить свое состояние при столкновении с электроном. Т. о., атомы в А. з. непрерывно поглощают и испускают фотоны, обмениваются энергией с налетающими электронами, переходят с уровня на уровень, но в среднем их число на каждом уровне (в равновесных условиях) остается постоянным. Поэтому можно говорить об относительной населенности 1-го, 2-го и др. уровней энергии.
Относительная населенность уровней зависит от темп-ры. Чем выше темп-ра, тем больше энергия фотонов и электронов, тем чаще происходят возбуждения и тем больше относительная населенность верхних уровней.
Наряду с возбуждением возможна и ионизация атомов, но обычно для ионизации требуется больше энергии. Легче всего ионизуются металлы, поскольку у них меньше энергия ионизации. Благодаря присутствию атомов металлов даже в холодных звездах имеются свободные электроны. Поэтому А. з. представляют собой плазму (ионизованный газ). С ростом темп-ры растет энергия фотонов, увеличивается число ионизации, число нейтральных атомов становится незначительным. При этом и поглощение, обусловленное нейтральными атомами, тоже уменьшается.
Ионизация зависит не только от темп-ры, но и от концентрации электронов. Чем больше электронов, тем чаще происходят рекомбинации, число нейтральных атомов возрастает и степень ионизации оказывается меньше, чем в более разреженном газе той же темп-ры. Если темп-ра звезды очень высока, то может произойти вторая ионизация тех элементов, к-рые имеют больше одного электрона. В очень горячих звездах наблюдаются линии ионизованных атомов, у к-рых оторвано 2-3 и более электрона, напр. CIII, NIII, SiIV. Ионы также участвуют в поглощении, но их полосы расположены в основном в более коротковолновой УФ-области спектра.
Рассмотрим подробней поглощение, вызываемое наиболее распространенным в звездах элементом - водородом. Чтобы поглощать в видимой области спектра, атом водорода должен находиться на 3-м энергетич. уровне, к-рый расположен очень далеко от основного (рис. 3). Вообще, у водорода очень большой разрыв между 1-ми остальными уровнями. Поэтому, напр., при темп-ре ок. 6000 С (фотосфера Солнца) имеется очень мало фотонов и электронов с энергией, достаточной для возбуждения на 2-й или 3-й уровни. Почти все атомы водорода при этой темп-ре находятся на осн. уровне и не могут поглощать в видимом и близком УФ-диапазонах. Такой водород практически прозрачен, его роль в формировании спектра излучения солнечной фотосферы сравнительно невелика. С погружением в глубь звезды темп-ра растет, количество возбужденных атомов водорода увеличивается и роль его в поглощении возрастает. Наконец, на нек-рой глубине (для Солнца эта глубина равна 0,1-0,2 R) темп-ра возрастает настолько, что водород весь ионизуется. При этом его поглощение вновь падает. В зависимости от темп-ры звездной фотосферы аналогичную роль в поглощении и излучении света играют атомы др. элементов (с иной энергией ионизации). Следовательно, интенсивность спектр, линий, характер спектра (спектральный класс) звезды связаны гл. обр. с ее темп-рой. Поскольку темп-ра звездного газа меняется с глубиной, понятие "температура звезды" нуждается в уточнении. Обычно за темп-ру звезды принимается ее эффективная температура Тэ, к-рая приблизительно равна темп-ре газа в средних слоях фотосферы.
У звезд спектр, класса А темп-ра фотосфер ок. 10 000 К, там водородное поглощение особенно велико. В более горячих звездах, классов В и О, водородное поглощение меньше, т. к. там водород сильно ионизован. Поэтому в звездах класса В осн. роль в поглощении играет гелий, к-рый ионизовать труднее, чем водород (энергия ионизации у гелия выше). В звездах класса О (с темп-рой фотосфер до 45 000 К) гелий почти полностью однократно ионизован, в этих звездах поглощает ион гелия HeII.
В звездах типа G, напр. на Солнце, водород и гелий поглощают, как уже говорилось, мало. Отчасти поглощение там обусловлено присутствием атомов Mg, Fe и др. металлов, у к-рых энергия возбуждения и ионизации меньше, чем у водорода. Но атомов металлов в десятки тыс. раз меньше, чем атомов водорода, поэтому их роль все-таки невелика. В основном же поглощение производится отрицательными ионами водорода. Такой ион представляет собой атом водорода, к к-рому присоединен второй электрон. Связь этого электрона с атомом слабая, уже фотон ИК-диапазона с может разрушить отрицательный ион водорода. Поэтому отрицательные ионы водорода поглощают фотоны видимого света и прилегающих участков спектра. Излучение же происходит при захвате электронов нейтральными атомами. Образующиеся при захвате фотоны и определяют свечение фотосфер Солнца и звезд, близких к нему по темп-ре. Отрицательные ионы разрушаются под действием потока излучения, идущего из-под фотосферы, и снова образуются, давая новые фотоны. Свободные электроны, необходимые для образования отрицательных ионов водорода, поставляют при ионизации атомы металлов и в небольшой части - атомы водорода. В самых холодных звездах, с Tэ" 3000К, ионизация мала, отрицательные ионы не образуются. Там поглощают и излучают в основном более сложные системы - молекулы, к-рых на Солнце и в более горячих звездах почти нет, т. к. они разрушаются при высокой темп-ре.
Итак, в фотосферах звезд происходит разрушение и образование различных систем - ионов, атомов, отрицательных ионов, молекул. При этом поглощаются и испускаются фотоны, часть к-рых вылетает из фотосферы в окружающее пространство. Фотосфера непрерывно теряет энергию, к-рая восстанавливается за счет потока излучения, идущего из более глубоких слоев.
Похожие статьи
-
Линии поглощения в спектрах звезд - Звезды в фокусе телескопа
Рис. 8. Участок спектра звезды с линией поглощения для центра ее диска (а) и для края диска (б) До сих пор говорилось о непрерывном спектре звезды....
-
Механизмы поглощения и испускания в непрерывном спектре - Звезды в фокусе телескопа
Звезд внеатмосферный спектр поглощение Фотоны рождаются и гибнут при взаимодействии с заряженными частицами, прежде всего с электронами. Фотон...
-
Фотосферы звезд - Звезды в фокусе телескопа
В А. з. можно выделить три осн. слоя: самый внеш. слой - протяженную корону, затем хромосферу и фотосферу. Фотосферой наз. слой, дающий осн. часть...
-
Наблюдаемые следствия теории - Звезды в фокусе телескопа
Многие следствия изложенных представлений о процессах в фотосферах можно проверить наблюдениями. 1) Должно наблюдаться, в частности, скачкообразное...
-
ВВЕДЕНИЕ, ЦВЕТ И СПЕКТР ЗВЕЗД - Цвет и температура звезд
Звезды - небесные тела, в которых идут термоядерные реакции. Это наиболее распространенные объекты Вселенной. Более 98% массы видимого космического...
-
Заключение - Звезды в фокусе телескопа
Наиболее детально в А. з. изучена фотосфера. Более прозрачные слои - хромосферу и корону, расположенные выше фотосферы, наблюдать трудно, поэтому они...
-
Введение - Звезды в фокусе телескопа
Все, что мы знаем о звездах, выводится гл. обр. из анализа их излучения - видимого, ультрафиолетового и инфракрасного. Это излучение выходит из...
-
Спектральная характеристика звезд - Особенности теории конца жизни звезд
Более полную информацию о природе излучения звезд дает спектр. Спектральный аппарат, устанавливаемый на телескопе, при помощи специального оптического...
-
ПОКАЗАТЕЛЬ ЦВЕТА, СПЕКТРАЛЬНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ - Цвет и температура звезд
Спектр звезды и ее температура тесно связаны с показателем цвета, т. е. с отношением яркостей звезды в желтом и голубом диапазонах спектра. Закон Планка,...
-
Астроклимат, это совокупность атмосферных условий, влияющих на качество астрономических наблюдений. Важнейшие из них - прозрачность воздуха, степень его...
-
Солнце как звезда - Физика солнечных явлений
Рис. 1. Фотография диска Солнца. Заметно потемнение диска к краю, видны пятна Солнце - газовый, точнее плазменный, шар (рис. 1). Радиус Солнца R _ =...
-
Светимость как характеристика, Цвет и температура звезд - Особенности теории конца жизни звезд
Когда были измерены расстояния до ярких звезд, стало очевидным, что многие из них по светимости значительно превосходят Солнце. Если светимость Солнца...
-
НАШИ ВЫВОДЫ - Цвет и температура звезд
Как известно, нагреваемый металл сначала начинает светиться красным светом, потом желтым и, наконец, белым при увеличении температуры. Также и со...
-
СВЕТИМОСТЬ, ТЕМПЕРАТУРА ЗВЕЗД - Цвет и температура звезд
Полную мощность излучения звезды во всем диапазоне электромагнитного спектра называют истинной или болометрической "светимостью". Например, светимость...
-
Эволюция звезд - Происхождение Космоса и Солнечной системы
Возникшие в газопылевой среде Галактики сгущения, продолжающие сжиматься под действием собственного тяготения, получили название протозвезд. По мере...
-
СВЕРХНОВЫЕ. - Жизненный путь звезд
Около семи тысяч лет назад в отдаленном уголке космического пространства внезапно взорвалась звезда, сбросив с себя наружные слои вещества. Сравнительно...
-
Теоретические модели - Сверхновые звезды
На основании всей совокупности наблюдательных данных исследователи пришли к выводу, что вспышка сверхновой должна быть последним этапом в эволюции...
-
Средние плотности звезд - Природа звезд
Средние плотности звезд изменяются в интервале от 10-6 г/см3 до 1014 г/см3 - в 1020 раз! Так как размеры звезд различаются значительно больше, чем их...
-
Эволюция звезд - Рождение и эволюция звезд
Современная астрономия располагает большим количеством аргументов в пользу утверждения, что звезды образуются путем конденсации облаков газопылевой...
-
Сверхновые. - Эволюция и типы звезд
Около семи тысяч лет назад в отдаленном уголке космического пространства внезапно взорвалась звезда, сбросив с себя наружные слои вещества. Сравнительно...
-
Эволюция на основе ядерных реакций - Эволюция и строение звезд
При температуре в ядрах ~ 106 К начинаются первые ядерные реакции - выгорают дейтерий, литий, бор. Первичное количество этих элементов настолько мало,...
-
Мы конкретизировали понятия, используемые в рассматриваемой области, но нужно еще указать характеристики телескопа, предпочтительные с точки зрения...
-
Цвет и температура звезд - Природа звезд
Во время наблюдений звездного неба вы могли заметить, что цвет звезд различен. Подобно тому как по цвету раскаленного металла можно судить о его...
-
Исследовательская и учебная астрономическая обсерватория, расположенная в черте города Ростова-на-Дону на высоте 80 метров над уровнем моря. Основным...
-
Строение звезд. Модели некоторых типов звезд - Физика звезд
Строение звезд зависит от массы. Если звезда в несколько раз массивнее Солнца, то глубоко в ее недрах происходит интенсивное перемешивание вещества...
-
Температура и энтропия черной дыры - Черные дыры во вселенной
Существование черной дыры само по себе парадоксально. Черная дыра ведет себя, как тело с температурой, равной абсолютному нулю, потому что с помощью...
-
Температура и энтропия черной дыры - Черные дыры
Существование черной дыры само по себе парадоксально. Черная дыра ведет себя, как тело с температурой, равной абсолютному нулю, потому что с помощью...
-
Классификация звездных спектров - Образование и эволюция звезд
Класс Особенности спектров Темп-ра, К Типичные звезды O Линии HI, HeI, HeII многократно ионизованных Si, C, N, O (SiIV, CIV, CIII, NIII и др.) 40-28 тыс....
-
Рождение и эволюция отдельных типов звезд - Общие сведения о звездах и их типологии
Процесс звездообразования. Эволюция звезд -- это изменение со временем физических характеристик, внутреннего строения и химического состава звезд....
-
Нейтронные звезды - Строение Солнца
Образование пульсара происходит, когда погибает массивная звезда, исчерпавшая свои запасы топлива. Происходит большой взрыв, известный как сверхновая...
-
Звезды умирают - Звезды. Их рождение, жизнь и смерть
Звезда спектр светимость температура Превращение, "выгорание", водорода в гелий при термоядерной реакции происходит в центральных областях звезды, в...
-
Источники энергии звезд - Энергия звезд
Наиболее очевидным свойством звезд является то, что они светятся, точнее, являются самосветящимися телами. За счет чего покрываются их энергетические...
-
Спектры и химический состав звезд - Природа звезд
Важнейшие сведения о природе звезд астрономы получают, расшифровывая их спектры. Спектры большинства звезд, как и спектр Солнца, представляют собой...
-
Конечные стадии эволюции звезд
Конечные стадии эволюции звезд Сверхновые звезды - это массивные звезды, светимость которых внезапно увеличивается до огромной величины, а затем...
-
Эволюция звезд - Происхождение и эволюция звезд
"Строение звезды и источник ее энергии казались в какой-то степени выясненными, но возникли другие, не менее важные вопросы. Так, оказалось, что Солнце,...
-
Строение звезд - Эволюция звезд
Звезды не останутся вечно такими же, какими мы их видим сейчас. Во Вселенной постоянно рождаются новые звезды, а старые умирают. Чтобы понять, как...
-
Более 20 лет работают на околоземных орбитах специализированные спутники с УФ телескопами на борту, проводя астрономические наблюдения. Их инструменты...
-
Введение - Рождение и эволюция звезд
Звезда - небесное тело, по своей природе сходное с Солнцем, вследствие огромной отдаленности видимое с Земли как светящаяся точка на ночном небе. Звезды...
-
Типы звезд, Белые карлики - Эволюция и типы звезд
Глобула звезда карлик черный дыра Белые карлики Во Вселенной много белых карликов. Одно время они считались редкостью, но внимательное изучение...
-
Эволюция звезд и геометрическая турбулентность - Геометрическая турбулентность и эволюция звезд
Используем полученные результаты для доказательства того, что горение вещества в звездах обусловлено только изменением метрики пространства-времени....
Поглощение в звездах различных спектральных классов (разных температур) - Звезды в фокусе телескопа