рис. 3
рис. 4
В древности звезды считались пеподвижными, а фигуры созвездий— неизменными. Однако в начале XVIII в. было обнаружено, что некоторые звезды со времен Гиппарха (XI в. до н. э.) явно сместились по отношению к другим звездам.
В настоящее время движение звезд в пространстве является строго доказанным фактом. Это движение можно обнаружить двумя способами: во-первых, по видимому смещению одних звезд по отношению к другим и, во-вторых, по спектру звезды.
Так как звезды чрезвычайно далеки от Земли, видимые смещения звезд на небесной сфере ничтожно малы и измеряются в лучшем случае секундами дуги за год. Поэтому, хотя взаимное расположение звезд на небе медленно изменяется, искажения знакомых фигур созвездий станут заметными только через десятки тысяч лет. Перемещение звезд на небесной сфере обнаруживается при сравнении фотографий звездного неба, сделанных с интервалом в несколько лет. По измерениям таких фотоснимков можно вычислить, зная расстояние до звезды, ее тангенциальную скорость, то есть скорость в направлении, перпендикулярном к лучу зрения.
Спектральный анализ позволяет найти скорость звезды вдоль луча зрения. По принципу Доплера-Физо линии в спектре приближающейся звезды смещаются к фиолетовому концу, а в спектре удаляющейся — к красному. По величине этого смещения легко вычислить лучевую скорость звезды (то есть ее скорость вдоль луча зрения).
Зная тангенциальную Vt и лучевую Vr скорости звезды, можно вычислить полную скорость V звезды при ее движении в пространстве. Очевидно, что
V = (Vt)2+(Vr)2.
Полные скорости звезд измеряются, как правило, десятками километров в секунду. Наше Солнце и в этом отношении не является исключением. Вместе с планетами и другими членами Солнечной системы оно движется относительно близких звезд со скоростью около 20 км/с, пролетая в пространстве за сутки свыше миллиона километров. Путь Земли в межзвездном пространстве, таким образом, изображается сложной кривой.
В той стороне неба, куда «летит» Солнечная система, звезды медленно как бы раздвигаются перед нами. Подобное явление можно наблюдать, приближаясь к лесу, деревья которого издали кажутся образующими сплошную стену.
Хотя скорости звезд весьма велики, о взаимном катастрофическом столкновении звезд говорить не приходится — слишком далеки взаимные расстояния звезд по сравнению с их поперечниками. Для этих расстояний километр — слишком малая единица длины. Вместо нее в звездной астрономии употребляют: световой год, равный расстоянию, которое луч света проходит за год (9,46 • 1012 км), парсек (пк), в 3,26 раза больший светового года, и килопарсек (кпк), равный тысяче парсеков. Если звезды уменьшить до размеров булавочных головок, то в таком масштабе одну звезду от другой надо удалить на десятки километров. В этом жe масштабе смещение звезд за год будет измеряться всего десятками сантиметров.
Астрономы установили, что, кроме поступательного движения в пространстве, звезды также вращаются вокруг своих осей.
Многие звезды при наблюдении в телескоп распадаются на две, сливающиеся для невооруженного глаза в одну звезду. Такие звезды называются двойными звездами. Некоторые из них видны с Земли почти точно по одному направлению, но при этом находятся от нас на весьма различных расстояниях и физически не связаны друг с другом. Их называют оптическими двойными звездами.
Однако многие из двойных звезд и на самом деле расположены в пространстве по соседству друг с другом. Будучи связанными взаимным тяготением, они обращаются вокруг своего общего центра тяжести (или, точнее, центра масс). Такие физически взаимосвязанные звездные пары называются физическими двойными звездами.
При наблюдениях в телескоп разноцветные двойные звезды иногда удивительно красивы. Надо, однако, иметь в виду, что яркие цвета двойных звезд вызваны в основном не реальным различием в цветовом составе их излучения, а сложными субъективными ошибками, связанными с физиологическими особенностями зрения наблюдателя.
Чем ближе звезды друг к другу при одних и тех же массах, тем короче периоды их обращения вокруг общего центра масс. В некоторых случаях эти периоды измеряются часами, в других — столетиями.
Если двойная звезда обладает планетной системой, с поверхности таких планет можно сразу наблюдать на небе поразительное зрелище — два солнца! Есть ли, однако, планеты вокруг звезд?
В настоящее время на этот вопрос можно дать утвердительный ответ. Некоторые звезды движутся в пространстве по сложным волнообразным кривым. Эти звезды притягивают к себе их невидимые спутники, заставляя звезду обращаться вокруг общего с ними центра масс. Среди невидимых спутников звезд найдены тела, массы которых сравнимы с массой планет-гигантов Солнечной системы. Можно думать, что в этих случаях вокруг ряда звезд обнаружены планетные системы.
Некоторые двойные звезды состоят из таких близких друг к другу звезд, что различить их в отдельности не удается даже с помощью телескопа. В этом случае приходит на помощь спектральный анализ.
Если звезда двойная, составляющие ее звезды, обращаясь вокруг общего центра масс, то приближаются к нам (по лучу зрения), то удаляются от нас. При этом, по принципу Доплера-Физо, в их спектрах, накладывающихся друг на друга, периодически раздваиваются спектральные линии, так как при приближении к нам одной звезды другая от нас удаляется. Разумеется, у одиночной звезды подобное явление не наблюдается. Звезды, двойственность которых обнаруживается спектральным путем, называются спектрально-двойными звездами.
Кроме двойных звезд, есть тройные и вообще кратные звезды. И в таких системах движение звезд совершается вокруг общего центра масс.
Если в системе двойной звезды плоскости орбит близки к лучу зрения, то могут наступать моменты, когда при движении вокруг общего центра масс одна звезда закроет собой другую. Для земного наблюдателя это «звездное затмение» выразится в общем уменьшении блеска двойной звезды. Очевидно, такие изменения блеска будут периодически повторяться, что можно изобразить на графике (см. рис. 41). Звезды подобного типа называются затменно-двойными или затменными переменными звездами.
Известны переменные звезды и Других типов.
В затменных переменных звездах изменение блеска вызвано оптическими причинами (затмениями). У других переменных звезд их светимость, а следовательно, и блеск, не остаются неизменными по причинам физического характера. Следует сказать, что переменность блеска звезд не следует путать с их мерцанием, которое вызвано чисто земными причинами (движением воздушных масс).
К числу физических переменных звезд относятся прежде всего так называемые цефеиды. Звезды этого типа периодически то раздуваются — при этом их температура понижается,— то сжимаются, несколько при этом разогреваясь. В связи с этим изменяется и их видимый блеск.
Периоды изменения блеска цефеид тесно связаны с их светимостью. Найдя по периоду светимость цефеиды и зная ее видимый блеск, легко вычислить расстояние до этой переменной звезды и, главное, до объекта, в котором цефеида находится. Подобный способ определения расстояния до звезд весьма распространен. Цефеиды иногда называют «маяками Вселенной», так как с их помощью можно выяснить распределение звезд в пространстве.
Есть звезды, подобно цефеидам периодически изменяющие свой блеск, но только в гораздо более медленном темпе. Такие звезды называют долгопериодическими переменными, так как периоды изменения их блеска подчас измеряются сотнями суток.
У некоторых переменных звезд пульсации совершаются довольно хаотично, без явных признаков периодичности. Их называют неправильными и полуправильными переменными звездами.