Страница 51 из 131
Заметно большие параллаксы были получены в 1838 году немецким астрономом Фридрихом Вильгельмом Бесселем (1784-1846) для 61 Лебедя и английским астрономом Томасом Гендерсоном (1798-1844), наблюдавшим в Южной Африке ? Центавра*.
* Современные значения параллаксов 61 Лебедя 0,292", а ? Центавра 0,751".
Вега и ? Центавра - четвертая и пятая среди самых ярких звезд, а 61 Лебедя - очень быстрая звезда, чье собственное движение можно зарегистрировать невооруженным глазом (5,22" в год)*. Это и давало предварительные основания числить данные звезды среди ближайших к Солнцу.
*Самая быстрая из известных сейчас звезд - звезда Барнарда, обнаруженная в 1916 году американским астрономом Эдвардом Эмерсоном Барнардом (1857 -1923), известным исследователем планет и слабых звезд. Она обладает собственным движением 10,3" в год, а ее светимость в 70 раз ниже солнечной.
Бессель первым сообщил о своем открытии, но, как и Гендерсон, опубликовал его в 1839 году, а Струве - даже в 1840 г.
Из этих измерений впервые возникла надежная абсолютная шкала межзвездных расстояний. Оказалось, что ближайшая из звезд находится на расстоянии, которое свет преодолевает за 4,28 года (это так называемая Проксима Центавра с параллаксом 0,762", относящаяся к тройной системе Центавра).
Зная расстояния, можно было вводить абсолютные звездные величины, определяемые как блеск звезды, отнесенной от наблюдателя ровно на 10 парсеков:
М = m + 5 - 5 lg R, где расстояние R дано в парсеках.
Из сопоставления разных звезд вытекало, что Солнце ничем особым не выделяется даже среди ближайших соседей. Его светимость в 3 раза больше, чем у ? Центавра, но, например, светимость Сириуса в 22 раза превосходит солнечную.
К сожалению, метод тригонометрических параллаксов работает до расстояний порядка 30 парсеков, поскольку надежные измерения параллакса отдельной звезды можно вести с точностью, не превышающей 0,03". Далее необходимо учитывать параллаксы, относящиеся к звездным скоплениям, - это дает достаточно надежные результаты для расстояний в 10-20 раз больших.
Следующее расширение масштаба связано с переходом к расстояниям порядка размера Галактики (20-30 килопарсеков), а также к межгалактическим расстояниям в миллионы и десятки миллионов парсеков и космологическим миллиарды парсеков. И здесь потребовались новые приемы измерения.
Необходимость смены методов при переходе к иным масштабам не должна вызывать удивление. Нельзя, пользуясь одной и той же метровой линейкой, одинаково хорошо измерять объем комнаты, молекулы и галактики. Каждая область требует своего подхода - важна лишь стыковка с исходным метром. Поэтому естественно, что метод тригонометрических параллаксов, хорошо приспособленный для определения размеров в ограниченной околоземной окрестности - от Луны до не слишком далеких звезд, перестает работать там, где угловые измерения становятся ненадежны*. Основную роль начинают играть иные стандарты - звезды с хорошо выраженной зависимостью между периодом пульсаций и светимостью (цефеиды) и, наконец, самые общие свойства источников излучения (допплер-эффект). На этих методах мы немного остановимся в следующих разделах - они оказались ключом к открытию крупнейших космических структур.
* Есть глубокий смысл в том, что идеи, в сущности, геодезической тригонометрии и геометрии, доставшиеся в наследство от тех времен, когда небо рассматривалось как особая подобласть ойкумены, определяли астрономические измерения до второй половины прошлого века. Зарождавшиеся тогда новые представления об измерениях, пространстве и времени, поле и веществе стали выдвигать на передний план свойства светового луча, а не твердого стержня.
Что же касается звезд - здесь астрономы шаг за шагом изыскивали возможности определения важнейших параметров.
Не так уж хитро, хотя и крайне ограниченно, удавалось измерять массы. В этой задаче срабатывали те же методы, которые были найдены при исследовании планет Солнечной системы. Если для двойной звезды удавалось оценить орбиту каждой компоненты и период обращения, то дальше включались обычные математические методы небесной механики, и массы вычислялись из системы уравнений. Другое дело, что ситуация, когда известно расстояние до двойной звезды, и ее компоненты достаточно разнесены для четкого выделения орбитального движения, встречается весьма редко. В большинстве случаев приходится прибегать к косвенным методам, дающим очень приближенные оценки. К сожалению, до сих пор вообще не существует прямого метода определения массы одинокой звезды - здесь приходится давать чисто аналоговую оценку, сопоставляя объект со звездами того же цвета и спектрального класса.
Немалые трудности встретились и при измерении звездных радиусов. Лишь для близких звезд можно напрямую определить угловой размер диска, причем основано это на весьма тонких оптических методах. В 1890 году американский физик-экспериментатор Альберт Абрахам Майкельсон (1852 - 1931) предложил использовать для астрономических целей интерферометр. Идея сводилась к следующему. Свет от точечного источника, проходя сквозь пару щелей, создает на расположенном сзади экране характерную интерференционную картину красивый узор из ярких и темных линий. Однако если источник обладает неисчезающим угловым размером, то при определенном расстоянии между щелями эта картина разрушается. Зная это расстояние и длину волны света, можно оценить и угловой диаметр звезды, после чего, используя известное расстояние до звезды и простые правила тригонометрии, найти ее радиус.
Другая возможность существует для затменных двойных звезд. Если удается определить орбитальные скорости компонент, то радиусы неплохо оцениваются просто по длительности затмений. Удобство метода кроется в том, что радиусы иногда измеряются даже без предварительного выяснения расстояния до звезды. Наконец, в связи с развитием теории теплового излучения появился еще один очень общий, хотя и не слишком точный, метод расчета радиусов - по известной светимости и эффективной температуре звезды оценивалась площадь ее поверхности.
Хотя масса и радиус, бесспорно, очень важные характеристики звезды, центральной в наблюдательном отношении характеристикой является ее энергетическая активность. Главное, что можно извлечь из наблюдений,- это количество и качество звездного излучения, то есть светимость звезды и ее спектральный тип.
Классификация по видимому блеску предполагала, что яркость звезд, отстоящих друг от друга на 5 звездных величин, отличается ровно в 100 раз*. Яркость определяется потоком излучения - количеством энергии, которое в единицу времени попадает на единичную площадку сферы, которой мысленно окружают звезду. Зная радиус этой сферы г (расстояние от наблюдателя до звезды) и поток излучения, можно по простой формуле найти светимость: L = 4?r2F.
*Звезда m-й величины ярче звезды n-й величины в (2,512)n-m раз (2,512 ? 102/5).
Классификация становилась все детальней. Звезды различаются не только по блеску, но и по виду спектра, что было открыто еще Фраунгофером. Итальянский астроном, директор Римской обсерватории Пьетро Анджело Секки (1818-1878), первым обратил внимание на связь между цветом звезд и их спектром. В работах периода 1863-1868 годов он разделил звезды на 4 группы по их спектральным особенностям (типичным линиям поглощения), характеризуя каждую группу определенным цветом: белым, желтым, оранжевым и красным.
Обилие спектральных портретов, полученных к концу 19 века, вызвало потребность в более подробном описании. В двух публикациях 1889 и 1897 годов директор Гарвардской обсерватории американец Эдвард Чарльз Пикеринг (1846-1919) предложил удобные буквенные обозначения для каждого класса, а впоследствии каждый класс был разбит на 10 групп, нумеруемых цифрами от 0 до 9. Последовательность классов, принятая ныне, задается буквами О, В, A, F, G, К, М*. Солнце по этой схеме относится к классу G2, Сириус - А1.
*Кроме того, в начале этой последовательности включают особые классы Q, Р, W, а в конце - S, R, N. Иногда малыми латинскими буквами дополнительно характеризуют некоторые спектральные особенности звезд.