Как узнают на сколько далеко звезда. Школьная энциклопедия. Каким же образом измеряют расстояние до звезд

Представляя себе далекие звезды, мы обычно думаем о расстояниях в десятки, сотни или тысячи световых лет. Все эти светила принадлежат к нашей Галактике - Млечному Пути. Современные телескопы способны разрешить звезды в ближайших галактиках - расстояние до них может достигать десятков миллионов световых лет. Но насколько далеко простираются возможности наблюдательной техники, особенно когда ей помогает природа? Недавнее удивительное открытие Икара - самой далекой звезды во Вселенной из числа известных на сегодняшний день - свидетельствует о возможности наблюдения чрезвычайно удаленных космических феноменов.

Помощь природы

Существует явление, благодаря которому астрономам может быть доступно наблюдение наиболее дальних объектов Вселенной. Называется оно является одним из следствий общей теории относительности и связано с отклонением светового луча в поле гравитации.

Эффект линзирования заключается в том, что если между наблюдателем и источником света на луче зрения располагается какой-либо массивный объект, то , искривляясь в его гравитационном поле, создают искаженное или множественное изображение источника. Строго говоря, лучи отклоняются в поле тяготения любого тела, но наиболее заметный эффект дают, конечно, самые массивные образования во Вселенной - скопления галактик.

В случаях, когда в качестве линзы выступает малое космическое тело, например одиночная звезда, визуальное искажение источника практически невозможно зафиксировать, но яркость его может существенно возрасти. Такое событие называют микролинзированием. В истории открытия самой далекой от Земли звезды сыграли роль оба типа гравитационного линзирования.

Как произошло открытие

Обнаружению Икара способствовала счастливая случайность. Астрономы вели наблюдение одного из удаленных MACS J1149.5+2223, находящегося приблизительно в пяти миллиардах световых лет от нас. Оно интересно как гравитационная линза, благодаря особой конфигурации которой световые лучи искривляются по-разному и проходят в итоге разные расстояния до наблюдателя. Вследствие этого отдельные элементы линзированного изображения источника света должны запаздывать.

В 2015 году астрономы ждали предсказанной в рамках данного эффекта повторной вспышки сверхновой Рефсдаль в очень далекой галактике, свет от которой достигает Земли за 9,34 миллиарда лет. Ожидаемое событие действительно произошло. Но на снимках 2016-2017 годов, полученных телескопом «Хаббл», помимо сверхновой, обнаружилось еще кое-что, не менее интересное, а именно изображение звезды, принадлежащей к той же удаленной галактике. По характеру блеска определили, что это - не сверхновая, не гамма-всплеск, а обычная звезда.

Увидеть отдельное светило на таком огромном расстоянии стало возможно благодаря событию микролинзирования в самой галактике. Случайным образом перед звездой прошел объект - скорее всего, другая звезда - с массой порядка солнечной. Сам он, конечно, остался невидимым, но его поле гравитации усилило блеск источника света. В сочетании с линзирующим эффектом кластера MACS J1149.5+2223 это явление дало усиление яркости самой далекой видимой звезды в 2000 раз!

Звезда по имени Икар

Новооткрытому светилу было присвоено официальное наименование MACS J1149.5+2223 LS1 (Lensed Star 1) и собственное имя - Икар. Предыдущий рекордсмен, носивший гордый титул самой далекой звезды, которую удалось наблюдать, расположен в сто раз ближе.

Икар чрезвычайно ярок и горяч. Это голубой сверхгигант спектрального класса В. Астрономам удалось определить основные характеристики звезды, такие как:

• масса - не менее 33 масс Солнца;
• светимость - превышает солнечную приблизительно в 850 000 раз;
• температура - от 11 до 14 тысяч кельвин;
• металличность (содержание химических элементов тяжелее гелия) - около 0,006 солнечной.

Судьба самой далекой звезды

Событие микролинзирования, позволившее увидеть Икар, произошло, как мы уже знаем, 9,34 миллиарда лет назад. Возраст Вселенной составлял тогда всего около 4,4 миллиарда лет. Снимок этой звезды - своего рода мелкомасштабный стоп-кадр той давней эпохи.

За время, в течение которого свет, испущенный 9 с лишним миллиардов лет назад, преодолел расстояние до Земли, космологическое расширение Вселенной отодвинуло галактику, в которой жила самая далекая звезда, до расстояния в 14,4 миллиарда световых лет.

Сам же Икар, согласно современным представлениям об эволюции звезд, давно прекратил существование, ведь чем массивнее звезда, тем короче должно быть время ее жизни. Не исключено, что часть вещества Икара послужила строительным материалом для новых светил и, вполне возможно, их планет.

Увидим ли мы его снова

Несмотря на то что случайный акт микролинзирования - очень кратковременное событие, ученые имеют шанс увидеть Икара снова, и даже с большей яркостью, поскольку в крупном линзирующем скоплении MACS J1149.5+2223 множество звезд должно находиться вблизи луча зрения Икар - Земля, и пересечь этот луч может любая из них. Разумеется, есть вероятность увидеть таким же образом и другие удаленные звезды.

А может быть, когда-нибудь астрономам повезет зафиксировать грандиозный взрыв - вспышку сверхновой, которой завершила свою жизнь самая далекая звезда.

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.

В мае 2015 года телескопом «Хаббл» была зафиксирована вспышка самой далекой, а значит и самой старой известной на сегодняшний день галактики. Излучению потребовалось целых 13,1 млрд. световых лет, чтобы достигнуть Земли и быть зафиксированным нашей аппаратурой. По подсчетам ученых, галактика появилась на свет примерно через 690 млн. лет после Большого Взрыва.

Можно было бы подумать, что если свет от галактики EGS-zs8-1 (а именно такое элегантное имя присвоили ей ученые) летел к нам 13,1 млрд. лет, то и расстояние до неё будет равно тому, которое свет пройдет за эти 13,1 млрд. лет.

Галактика EGS-zs8-1 — самая далекая среди всех обнаруженных на сегодняшний день

Но нельзя забывать некоторые особенности устройства нашего мира, которые сильно повлияют на вычисление расстояния. Дело в том, что вселенная расширяется, причем делает это с ускорением. Получается, пока свет шел 13,1 млрд. лет до нашей планеты, пространство расширялось все больше и больше, и галактика удалялась от нас всё быстрее и быстрее. Наглядный процесс представлен на рисунке ниже.

Учитывая расширение пространства, самая далекая галактика EGS-zs8-1 в данный момент находится от нас приблизительно в 30,1 млрд. световых лет, что является рекордом среди всех других подобных объектов. Интересно, что до определенного момента мы будем обнаружить всё более далекие галактики, свет которых до сих пор не дошёл до нашей планеты. Можно с уверенностью сказать, что рекорд галактики EGS-zs8-1 в будущем будет побит.

Это интересно: часто возникает неправильное представление о размере вселенной. Её ширину сравнивают с её же возрастом, который составляет 13,79 млрд. лет. При этом не учитывается, что вселенная расширяется с ускорением. По приблизительным подсчетам, диаметр видимой вселенной составляет 93 млрд. световых лет. Но существует и невидимая часть вселенной, посмотреть которую нам не удастся никогда. Подробнее о размере вселенной и невидимых галактиках в статье ««.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Как далеки от нас звезды?

Сколько бы мы ни вглядывались в небо темной ночью, простые наблюдения не дадут нам ответа на этот вопрос. Очевидно, что звезды очень далеки - они дальше солнца и луны (наш спутник частенько покрывает собой звезды), и, по всей вероятности, дальше всех планет. Но вот насколько далеко?

Николай Коперник был первым астрономом, который перевел рассуждения на эту тему в практическую плоскость. Как известно, Коперник построил теорию, согласно которой в центр мира помещалось Солнце, а не Земля. Это допущение помогло упростить теорию движения планет, а также объяснило некоторые странности в их поведении. Согласно Копернику Земля также вращалась вокруг Солнца - по широкой орбите с периодом в один год. Как следствие, звезды должны были видеться под разным углом в разные сезоны , скажем, весной и осенью, когда Земля находится на противоположных участках своей орбиты.

Коперник пытался найти эти смещения - параллаксы звезд , наблюдая за высотой нескольких избранных звезд на протяжении года. Но звезды не показывали никаких смещений. Очевидно, они находились слишком далеко для того, чтобы их параллаксы можно было заметить невооруженным глазом.

Даже изобретение телескопа не помогло астрономам решить этот вопрос. Параллаксы были настолько малы, что трудности при их определении многократно превышали возможности астрономов XVII-XVIII веков. Первые параллаксы были успешно измерены лишь около двухсот лет назад, после возникновения прецизионной техники наблюдений. Оказалось, что звезды находятся невероятно далеко - в несколько раз дальше, чем предполагали многие не самые оптимистические расчеты. Только вдумайтесь - даже свет, способный долететь от Земли до Луны менее чем за полторы секунды, тратит годы на путешествие от звезд к Земле! Столь большие расстояния невозможно себе даже представить!

Но и среди звезд есть такие, которые находятся к нам ближе, чем большинство, а есть такие, которые находятся дальше.

Возьмем для примера звезды - главного рисунка летнего неба. Две звезды из трех - Вега и Альтаир - относительно близки к нам. От Веги до Земли свет идет порядка 25 лет. Это эквивалентно расстоянию в 240 триллионов километров. Альтаир находится еще ближе - эта звезда входит в сотню ближайших звезд к Солнцу. Расстояние до нее измеряется 17 световыми годами.

Вега, Альтаир и Денеб - три звезды летнего треугольника, имеющие схожий блеск, но находящиеся от нас на разном расстоянии. Рисунок: Stellarium

Совсем другое дело Денеб , самая тусклая звезда в составе Летнего Треугольника, формирующая его левый верхний угол. Расстояние до Денеба столь велико, что обычным способом его не измерить - погрешность измерений велика. Для таких далеких космических объектов астрономам пришлось разработать специальные, косвенные, методы определения расстояний. Эти методы не очень точны на малых расстояниях, но хорошо работают на расстояниях в тысячи световых лет.

Оказалось, что расстояние до Денеба равняется 2750 световых лет. Эта звезда находится в 160 раз дальше от нас, чем Альтаир, и в 110 раз дальше Веги!

Сравнение Солнца (желтый кружок) и голубой звезды-сверхгиганта Денеба. Рисунок: Большая Вселенная

Денеб очень необычная звезда. Вега и Альтаир, помещенные на ее место, были бы совершенно не видны простым глазом, а Денеб наблюдается прекрасно, менее, чем вдвое уступая в блеске Альтаиру. Очевидно, яркость Денеба очень велика. Действительно, Денеб обладает совершенно фантастической светимостью - только 196000 солнц дадут такой же поток излучения, как эта голубовато-белая звезда! Посмотрите ночью на звездное небо: на нем вы не найдете звезд более высокой светимости. Ни одна из звезд, видимых невооруженным глазом (может быть, за исключением Ригеля), не светит так интенсивно, как Денеб.

Все эти ошеломительные факты о звездах стали известны исключительно благодаря тому, что мы научились определять расстояния в космосе. Но на достигнутом астрономы останавливаться не собираются: сейчас в космосе работает европейский космический телескоп Gaia , цель которого - собрать параллаксы более чем миллиарда звезд с невиданной точностью. Через несколько лет данные с Gaia помогут более точно вычислить расстояние до Денеба, и даже до еще более далеких звезд. Это позволит астрономам построить первую трехмерную карту Галактики.

Post Views: 5 985

Млечный путь - галактика, в которой расположена Земля,
все звёзды Cолнечной системы и все звёзды, видимые невооруженным глазом
Панорама Млечного Пути, сделанная в Долине Смерти, США, 2005 год
Фотография: National Park Service
Масса звезды Денеб в 200 раз превышает массу Солнца. До Земли от неё более тысячи световых лет. Значит, видимый нами свет Денеба был испущен где-то в промежутке между зарождением Римской республики и падением Западной Римской империи. Занимательные факты из жизни звёзд перечисляет KIRI2LL . На безграничных просторах интернета я как-то наткнулся на следующую картинку.
Конечно, этот маленький кружок посреди Млечного пути захватывает дух и заставляет задумать о многих вещах, начиная от бренности бытия и заканчивая безграничными размерами вселенной, но все же возникает вопрос: насколько все это соответствует действительности?

К сожалению, составители изображения не указали радиус желтого круга, а оценивать его на глазок - сомнительное занятие. Тем не менее авторы твиттера @FakeAstropix задались таким же вопросом как и я, и утверждают, что эта картинка верна где-то для 99% звезд, видимых на ночном небе.
Другой вопрос заключается в том, а сколько вообще звезд можно увидеть на небе не пользуясь оптикой? Считается, что невооруженным глазом с поверхности Земли можно наблюдать до 6000 звезд. Но в реальности это число будет куда меньше - во первых, в северном полушарии мы физически сможем видеть не больше половины от этого количества (это же справедливо и для жителей южного полушария), во-вторых речь идет об идеальных условиях наблюдения, которых в реальности практически невозможно достичь. Чего только стоит одно световое загрязнение неба. А когда речь идет о самых дальних видимых звездах, то в большинстве случаев чтобы заметить их, нам нужны именно идеальные условия.

Но все же, какие из маленьких мерцающих точек на небе являются наиболее далекими от нас? Вот список, который мне пока что удалось составить (хотя конечно совсем не удивлюсь, если я много чего пропустил, так что не судите строго).

Денеб - самая яркая звезда в созвездии Лебедя и двадцатая по яркости звезда в ночном небе, с видимой звездной величиной +1,25 (считается, что предел видимости для человеческого глаза +6, максимум +6.5 для людей с действительно великолепным зрением). Этот бело-голубой сверхигагинт, который находится от нас на расстоянии от 1500 (последняя оценка) до 2600 световых лет - таким образом, видимый нами свет Денеба был испущен где-то в промежутке между зарождением Римской республики и падением Западной Римской империи.
Тут и далее стоит иметь в виду, что ввиду малого параллакса вычислить точное расстояние до таких далеких объектов достаточно сложно, потому разные источники могут давать разные цифры.

Масса Денеба больше массы нашей звезды примерно в 200 раз Солнца, а светимость превышает солнечную минимум в 50 000 раз. Находись он на месте Сириуса, он бы сверкал на нашем небе ярче, чем полная Луна.

VV Цефея А - одна из самых больших звезд нашей галактики. По разным оценкам, ее радиус превышает солнечный от 1000 до 1900 раз. Она находится на расстоянии 5000 световых лет от Солнца. VV Цефея А является частью двойной системы - его сосед активно перетягивает на себя вещество звезды- компаньона. Видимая звездная величина VV Цефея А примерно равна +5.
P Лебедя находится от нас на расстоянии от 5000 до 6000 световых лет. Она является ярко-голубым переменным гипергигантом, чья светимость превышает солнечную в 600 000 раз. Известна тем, что за период ее наблюдений ее видимая звездная величина несколько раз менялась. Впервые звезда была открыта в 17 веке, когда она внезапно стала видимой - тогда ее звездная величина составляла +3. Через 7 лет яркость звезды уменьшилась настолько, что она перестала быть видимой без телескопа. В 17 веке последовало еще несколько циклов резкого увеличения, а затем такого же резкого уменьшения светимости, за что ее даже прозвали постоянной новой. Но в 18 веке звезда успокоилась и с тех пор ее звездная величина составляет примерно +4.8.

P Лебедя выделана красным

Мю Цефея известная также как Гранатовая звезда Гершеля - красных сверхгигант, возможно самая крупная звезда, видимая невооруженным глазом. Ее светимость превышает солнечную от 60 000 да 100 000 раз, радиус согласно последним оценкам может быть в 1500 раз больше солнечного. Мю Цефея находится на расстоянии 5500-6000 световых лет от нас. Звезда находится в конце своего жизненного пути и в скором (по астрономическим меркам) времени превратится в сверхновую. Ее видимая звездная величина меняется от +3,4 до +5. Считается, что она является одной из самых красных звезд на северном небе.

Звезда Пласкетта находится на расстоянии 6600 световых лет от Земли в созвездии Единорога и представляет собой одну из самых массивных систем двойных звезд в Млечном пути. Звезда А имеет массу в 50 солнечных и светимость, превышающую светимость нашей звезды в 220 000 раз. Звезда B имеет примерно такую же массу, но ее светимость поменьше - «всего лишь» в 120 000 солнечных. Видимая звездная величина звезды А составляет +6.05 - а значит, теоретически ее можно увидеть невооруженным глазом.
Система Эта Киля находится от нас на расстоянии 7500 - 8000 световых лет. Она состоит из двух звёзд, главная из которых - яркая голубая переменная, является одной из самых больших и неустойчивых звезд в нашей галактике с массой около 150 солнечных, 30 из которых звезда уже успела сбросить. В 17 веке Эта Киля имела четвёртую звёздную величину, к 1730 году она стала одной из самых ярких в созвездии Киля, но к 1782 опять стала очень слабой. Затем, в 1820 году началось резкое увеличение яркости звезды и в апреле 1843 она достигла видимой звёздной величины −0,8, став на время второй по яркости на небе после Сириуса. После этого, яркость Эта Киля стремительно упала, и к 1870 году звезда стала невидимой невооружённым глазом.
Однако, в 2007 году яркость звезды снова выросла, она достигла звездной величины +5 и снова стала видимой. Нынешняя светимость звезды оценивается минимум в миллион солнечных и она по всей видимости является главным кандидатом на звание следующей сверхновой в Млечном пути. Некоторые даже считают, что она уже взорвалась.
Ро Кассиопеи - это одна из самых дальних звезд, видимых невооруженным глазом. Это крайне редкий желтый гипергигант, со светимостью превышающей солнчечную в полмиллиона раз и радиусом в 400 раз больше, чем у нашей звезды. По последним оценкам, она находится на расстоянии 8200 световых лет от Солнца. Обычно ее звездная величина составляет +4.5, но в среднем раз в 50 лет на несколько месяцев звезда тускнеет, а температура ее внешних слоев уменьшается с 7000 до 4000 градусов Кельвина. Последний такой случай произошел в конце 2000 - начале 2001 году. Согласно расчетам, за эти несколько месяцев звезда выбросила вещество, масса которого составила 3% от массы Солнца.
V762 Кассиопеи - это вероятно самая дальняя звезда, видимая с Земли невооруженным глаза - по крайней мере, исходя из имеющихся на данный момент данных. Информации об этой звезде немного. Известно, что это красный сверхгигант. Согласно последним данным он находится на расстоянии 16 800 световых лет от нас. Его видимая звездная величина составляет от +5.8 до +6, так что увидеть звезду можно как раз в идеальных условиях.

В заключение стоит упомянуть, что в истории были случаи, когда люди имели возможность наблюдать куда более далекие звезды. Например, в 1987 в Большом Магеллановом облаке, находящемся от нас на расстоянии 160 000 световых лет, вспыхнула сверхновая, которую можно было видеть невооруженным глазом. Другое дело, что в отличии от всех перечисленных выше сверхгигантов, наблюдать ее можно было в течении куда меньшего промежутка времени.