Атака на недра звезд

Огромные газовые шары, которые мы называем звездами, практически непрозрачны. Свет и тепло излучаются только очень тонким поверхностным слоем. Диаметр Солнца составляет около 1,4 млн. км, а наш "взгляд" способен проникнуть в глубь этой звезды всего лишь примерно на 450 км. Температура Солнца, измеренная с помощью спектроскопов,- это температура его поверхности; точно так же химический состав Солнца, определенный методом спектрального анализа, это только состав его тонкого поверхностного слоя. Поэтому, казалось бы, безнадежно пытаться что-то узнать о внутреннем строении звезд. Но без этой информации невозможно понять сущность звезд, а следовательно, и исследовать их эволюцию. К счастью, звезды представляют собой относительно простые образования, и наука способна проникнуть в их глубины, даже не располагая прямыми измерительными данными. Так, опираясь на упомянутую выше работу Лейна, ученые смогли путем теоретических построений познать тайны звезд и, сравнивая теоретические выводы с теми немногими результатами наблюдений, которые находились в их распоряжении, получить вполне надежные данные о внутреннем строении звезд.

Эддингтон с пятью другими ведущими британскими астрономами. Слева направо: проф. X. X. Пласкет, директор обсерватории Оксфордского университета; Гарольд Спенсер Джонс (Гринвичская королевская обсерватория); проф. А. Фаулер (Королевский колледж, Лондон); Артур Эддингтон, директор обсерватории Кембриджского университета; проф. Ф. Стреттон, директор Кембриджской обсерватории физики Солнца; К. К. Л. Грегори, директор обсерватории Лондонского университета

Лейн, как мы уже отмечали, опираясь на газовые законы, предпринял первую попытку познать внутреннее строение Солнца. За ним последовали и другие ученые, прежде всего Карл Шварцшильд и Роберт Эмден (1862-1940). Шварцшильд, в частности, занимался проблемой равновесия в солнечной атмосфере, а Эмден в 1907 г. написал свою знаменитую монографию "Газовые шары". Основываясь на их работах, английский астроном Артур Стэнли Эддингтон (1882-1944), один из крупнейших астрофизиков нашего столетия, заложил фундамент современной теории строения звезд, которая до сих пор уточняется и совершенствуется с учетом новых экспериментальных и теоретических данных.

Из чего исходит эта теория? Элементарное условие, необходимое для существования Солнца и большинства других звезд, заключается в равновесии сил, направленных внутрь и наружу звезды, и это равновесие должно соблюдаться в каждой ее точке. Масса звезды определяет гравитационную силу, которая заставляет газовый шар сжиматься. Нагретая же газовая мacca, напротив, создает давление, которое стремится расширить газовый шар. Как показывали наблюдения, звезды, в том числе и Солнце, имеют постоянный диаметр: Солнце не расширяется и не сжимается. Отсюда следовало, что эти две противоположно направленные силы, очевидно, в каждой точке звезды равны. Поскольку гравитационная сила увеличивается по мере удаления от поверхности в глубь звезды (так как возрастает масса вышележащих слоев), то температура газа тоже должна повышаться с глубиной. Рост температуры продолжается до тех пор, пока давление газа не уравновесит силу тяжести вышележащих газовых слоев.

Внутри звезды действует еще одна сила, направленная вовне, т.е. против сил гравитационного сжатия,- это давление излучения: чем глубже расположен слой в недрах звезды, тем интенсивнее его коротковолновое излучение и тем сильнее давление излучения. Отсюда вытекает принципиальная возможность предсказать соотношения температуры и давления внутри звезд.

Были разработаны различные модели звезд. Одни ученые считали, что энергия звезды освобождается только в непосредственной близости от ее центра-так называемая "модель точечного источника" энергии звезды. Другие полагали, что энергия выделяется повсюду внутри звезды. Ни одной модели нельзя было отдать предпочтение, да и не это главное. Независимо от модели, используемой в расчетах, как правило, всегда получалась одна и та же зависимость между массой, радиусом и светимостью звезды.

Примечательные результаты были получены Фогтом и Ресселом, которые проанализировали математические соотношения, описывающие структуру звезды. Оказалось, что внутреннее строение звезды определяется только ее химическим составом и массой. Подобный взгляд на строение звезд сыграл огромную роль в исследованиях. Конечно, понимание эволюции звезд немыслимо без знания энергетических процессов, происходящих в их недрах. Как показали Фогт и Рессел, звезда эволюционирует лишь тогда, когда изменяется либо ее масса, либо химический состав, либо и то и другое вместе, но при этом изменения должны протекать таким образом, чтобы звезда оставалась способной производить энергию.