Відстань до зірок. Чи далеко від нас зірки? Які далекі від нас зірки

та інші планети. Розглядаючи небо, вони змогли встановити, що Місяць, рухаючись небозводом, загороджує то одну, то іншу зірку, але самі зірки ніколи не буває перед . Іноді й планети загороджують зірки. Це говорить про те, що зірки розташовані далі за планети.

Але як далі? ще тоді вказав, що зірки знаходяться дуже далеко від Землі і тому зміщення положень зірок ми не можемо помітити. Але вони обов'язково повинні бути через рух Землі разом із зірками у світовому просторі.

Такі рухи зірок астрономам не вдалося побачити приблизно через три століття після . Хоча в той період було досягнуто великих успіхів у винаходах інструментів для спостереження за небом, а також точності спостережень. У середині XVIII ст. відомі вчені Брадлей (в Англії) і Ламберт (у Німеччині) встановили, що відстані до найближчих до нас зірок у багато разів перевищують від Землі до . Але точно дізнатися про відстань до зірок їм так і не вдалося.

Вперше в історії науки В. Я. Струве виміряв. Він багато разів вимірював положення Веги і дійшов висновку, що Вега зміщується за півроку на кут близько 1/4 секунди дуги. Під настільки малим кутом з Веги має бути видно діаметр земної орбіти - інакше кажучи, подвійне відстані від Землі до Сонця, саме це відстань - під кутом 1/8 секунди дуги.

Відомо, що коло ділиться на 360 градусів по 60 кутових хвилин у кожному градусі, кожна хвилина – на 60 секунд. Значить, у колі 1296000 кутових секунд.

Якщо радіус земної орбіти з Веги під кутом близько 1/8 частки секунди, або близько 1/10000000 частки кола (астрономи називають цей кут паралаксом цієї зірки), значить відстань до цієї зірки становить майже 250 трильйонів кілометрів.

Такі числа використовувати, звичайно, незручно. Зазвичай у разі астрономи використовують більші одиниці довжини. Наприклад світловий рік. Так коротко позначається відстань, яку світловий промінь проходить у період, рівний земному року зі швидкістю близько 300 000 км/сек. Світловий рік – це приблизно 9,5 трильйонів кілометрів. Коротко його можна записати так: 9,5 х 10 до 12 ступеня км.

Астрономи також користуються іншою системою вимірювання відстаней до зірок. Якщо коло містить 1296000 кутових секунд, то радіан дорівнює 206265 кутових секунд (57°,3). Якби радіус орбіти Землі був видно з якогось небесного тіла під кутом в 1 секунду кола, то це говорило б про те, що відстань до такого тіла в 206 265 разів більша за радіус орбіти Землі, і дорівнює приблизно 31 трильйон км або 374 світловий рік. Така величина називається паралакс-секунда або парсек.

Вега знаходиться від нас на відстані 8 парсеків, або 26,5 світлового року. Щоб пролетіти таку відстань, літаку ТУ-154 знадобилося сорок мільйонів років.

Вега дійсно одна з порівняно близьких до нас зірок, але не найближча. З яскравих зірок найближчою до нас є зірка альфа у сузір'ї Центавра, невидима з Росії. Її можна побачити у південних країнах. Світло від неї йде до нас 4,3 роки.

На цей час в такий спосіб встановлено відстані до багатьох тисяч зірок.

Але за всієї точності, якої досягли астрономи у вимірі зоряних паралаксів, цей спосіб застосовується лише визначення відстаней до порівняно близьких зірок. Для далеких зірок, віддалених від нас на сотні, тисячі і десятки тисяч світлових років, він не годиться: кути виявляються настільки мізерно малими (соті та тисячні частки секунди), що не піддаються виміру. Астрономи знайшли й інші цілком достовірні способи вимірювання відстаней далеких зірок. У результаті тепер відомі точні відстані до десятків тисяч окремих зірок, а ще більшого числа зірок відстань можна оцінити приблизно.

Якщо зірки можна бачити з неймовірно великих відстаней, значить вони повинні мати величезну силу світла (світність). Зірки – це дуже далекі від нас сонця. Деякі з них випромінюють світла набагато більше, ніж наше величезне

У травні 2015 року телескопом «Хаббл» був зафіксований спалах найдальшої, а значить і найстарішої відомої на сьогоднішній день галактики. Випроміненню знадобилося цілих 13,1 млрд. світлових років, щоб досягти Землі та бути зафіксованим нашою апаратурою. За підрахунками вчених, галактика народилася приблизно через 690 млн. років після Великого Вибуху.

Можна було б подумати, що якщо світло від галактики EGS-zs8-1 (а саме таке елегантне ім'я присвоїли їй вчені) летіло до нас 13,1 млрд. років, то і відстань до неї буде такою, що світло пройде за ці 13 1 млрд. років.

Але не можна забувати деякі особливості устрою нашого світу, які сильно вплинуть на обчислення відстані. Справа в тому, що всесвіт розширюється, причому робить це з прискоренням. Виходить, поки світло йшло 13,1 млрд. років до нашої планети, простір розширювався все більше і більше, і галактика віддалялася від нас все швидше і швидше. Наочний процес представлений нижче.

Враховуючи розширення простору, найдальша галактика EGS-zs8-1 зараз знаходиться від нас приблизно в 30,1 млрд. світлових років, що є рекордом серед усіх інших подібних об'єктів. Цікаво, що до певного моменту ми виявимо дедалі більші галактики, світло яких досі не дійшло до нашої планети. Можна впевнено сказати, що рекорд галактики EGS-zs8-1 у майбутньому буде побитий.

Це цікаво: часто виникає неправильне уявлення про розмір всесвіту. Її ширину порівнюють із її віком, що становить 13,79 млрд. років. При цьому не враховується, що всесвіт розширюється із прискоренням. За приблизними підрахунками, діаметр видимого всесвіту становить 93 млрд. світлових років. Але існує і невидима частина всесвіту, подивитися яку нам не вдасться ніколи. Докладніше про розмір всесвіту та невидимі галактики у статті ««.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Чумацький шлях - галактика, в якій розташована Земля,
всі зірки Сонячної системи та всі зірки, видимі неозброєним оком
Панорама Чумацького Шляху, зроблена в Долині Смерті, США, 2005 рік
Фотографія: National Park Service
Маса зірки Денеб у 200 разів перевищує масу Сонця. До Землі від неї понад тисячу світлових років. Отже, видиме нами світло Денеба було випущено десь у проміжку між зародженням Римської республіки та падінням Західної Римської імперії. Цікаві факти із життя зірок перераховує KIRI2LL. На безмежних просторах інтернету я якось натрапив на наступну картинку.
Звичайно, цей маленький гурток посеред Чумацького шляху захоплює дух і змушує задумати про багато речей, починаючи від тлінності буття і закінчуючи безмежними розмірами всесвіту, але все ж таки виникає питання: наскільки все це відповідає дійсності?

На жаль, упорядники зображення не вказали радіус жовтого кола, а оцінювати його на вічко – сумнівне заняття. Проте автори твіттера @FakeAstropix задалися таким же питанням, як і я, і стверджують, що ця картинка вірна десь для 99% зірок, які видно на нічному небі.
Інше питання полягає в тому, а скільки взагалі зірок можна побачити на небі, не користуючись оптикою? Вважається, що неозброєним оком із Землі можна спостерігати до 6000 зірок. Але насправді це число буде набагато менше - по-перше, у північній півкулі ми фізично зможемо бачити не більше половини від цієї кількості (це ж справедливо і для мешканців південної півкулі), по-друге йдеться про ідеальні умови спостереження, яких насправді практично неможливо досягти. Чого тільки варте одне світлове забруднення неба. А коли йдеться про найдальші видимі зірки, то в більшості випадків щоб помітити їх, нам потрібні саме ідеальні умови.

Але все ж таки, які з маленьких мерехтливих точок на небі є найдальшими від нас? Ось список, який мені поки що вдалося скласти (хоча, звичайно, зовсім не здивуюся, якщо я багато чого пропустив, так що не судіть суворо).

Денеб- найяскравіша зірка в сузір'ї Лебедя і двадцята за яскравістю зірка в нічному небі, з видимою зоряною величиною +1,25 (вважається, що межа видимості для ока людини +6, максимум +6.5 для людей з дійсно чудовим зором). Цей біло-блакитний надигагінт, який знаходиться від нас на відстані від 1500 (остання оцінка) до 2600 світлових років - таким чином, видиме нами світло Денеба було випущено десь у проміжку між зародженням Римської республіки та падінням Західної Римської імперії.
Тут і далі варто мати на увазі, що зважаючи на малий паралакс обчислити точну відстань до таких далеких об'єктів досить складно, тому різні джерела можуть давати різні цифри.

Маса Денеба більша за масу нашої зірки приблизно в 200 разів Сонця, а світність перевищує сонячну мінімум у 50 000 разів. Якби він був на місці Сіріуса, він би виблискував на нашому небі яскравіше, ніж повний Місяць.

VV Цефея А- Одна з найбільших зірок нашої галактики. За різними оцінками, її радіус перевищує сонячний від 1000 до 1900 разів. Вона знаходиться на відстані 5000 світлових років від Сонця. VV Цефея А є частиною подвійної системи - його сусід активно перетягує він речовина зірки- компаньйона. Видима зоряна величина VV Цефея приблизно дорівнює +5.
P Лебедязнаходиться від нас на відстані від 5000 до 6000 світлових років. Вона є яскраво-блакитним змінним гіпергігантом, чия світність перевищує сонячну в 600 000 разів. Відома тим, що за її спостережень її видима зоряна величина кілька разів змінювалася. Вперше зірка була відкрита у 17 столітті, коли вона раптово стала видимою – тоді її зіркова величина становила +3. Через 7 років яскравість зірки зменшилася настільки, що перестала бути видимою без телескопа. У 17 столітті було ще кілька циклів різкого збільшення, а потім такого ж різкого зменшення світності, за що її навіть прозвали постійною новою. Але у 18 столітті зірка заспокоїлася і з того часу її зіркова величина становить приблизно +4.8.

P Лебедя зроблена червоним

Мю Цефеявідома також як граната зірка Гершеля - червоних надгігант, можливо найбільша зірка, видима неозброєним оком. Її світність перевищує сонячну від 60 000 і 100 000 разів, радіус за останніми оцінками може бути в 1500 разів більше сонячного. Мю Цефея знаходиться на відстані 5500-6000 світлових років від нас. Зірка знаходиться наприкінці свого життєвого шляху і незабаром (за астрономічними мірками) часу перетвориться на наднову. Її видима зоряна величина змінюється від +3,4 до +5. Вважається, що вона є однією із найчервоніших зірок на північному небі.

Зірка Пласкеттазнаходиться на відстані 6600 світлових років від Землі в сузір'ї Єдинорога і є однією з найпотужніших систем подвійних зірок у Чумацькому шляху. Зірка А має масу в 50 сонячних та світність, що перевищує світність нашої зірки у 220 000 разів. Зірка B має приблизно таку ж масу, але її світність менша - «лише» в 120 000 сонячних. Видима зіркова величина зірки А становить +6.05 - отже, теоретично її можна побачити неозброєним оком.
Система Ця Кілязнаходиться від нас на відстані 7500 – 8000 світлових років. Вона складається з двох зірок, головна з яких – яскрава блакитна змінна, є однією з найбільших та нестійких зірок у нашій галактиці з масою близько 150 сонячних, 30 із яких зірка вже встигла скинути. У 17 столітті Ця Кіля мала четверту зоряну величину, до 1730 вона стала однією з найяскравіших в сузір'ї Кіля, але до 1782 знову стала дуже слабкою. Потім, в 1820 почалося різке збільшення яскравості зірки і в квітні 1843 вона досягла видимої зоряної величини -0,8, ставши на час другий за яскравістю на небі після Сіріуса. Після цього, яскравість Ця Кіля стрімко впала, і до 1870 зірка стала невидимою неозброєним оком.
Однак у 2007 році яскравість зірки знову зросла, вона досягла зіркової величини +5 і знову стала видимою. Нинішня світність зірки оцінюється мінімум у мільйон сонячних і вона, мабуть, є головним кандидатом на звання наступної наднової в Чумацькому шляху. Дехто навіть вважає, що вона вже вибухнула.
Ро Кассіопеї- це одна з найдальших зірок, видимих ​​неозброєним оком. Це вкрай рідкісний жовтий гіпергігант, що зі світністю перевищує сонцеву в півмільйона разів і радіусом у 400 разів більше, ніж у нашої зірки. За останніми оцінками, вона знаходиться на відстані 8200 світлових років від Сонця. Зазвичай її зіркова величина становить +4.5, але в середньому раз на 50 років на кілька місяців зірка тьмяніє, а температура її зовнішніх шарів зменшується з 7000 до 4000 градусів Кельвіна. Останній такий випадок стався наприкінці 2000 – на початку 2001 року. Згідно з розрахунками, за ці кілька місяців зірка викинула речовину, маса якої становила 3% від маси Сонця.
V762 Кассіопеї- це ймовірно найдальша зірка, видима з Землі неозброєним ока - принаймні, виходячи з наявних на даний момент даних. Інформації про цю зірку небагато. Відомо, що це червоний надгігант. Згідно з останніми даними, він знаходиться на відстані 16 800 світлових років від нас. Його видима зіркова величина становить від +5.8 до +6, отже побачити зірку можна якраз у ідеальних умовах.

Насамкінець варто згадати, що в історії були випадки, коли люди мали можливість спостерігати куди більш далекі зірки. Наприклад, у 1987 у Великій Магеллановій хмарі, що знаходиться від нас на відстані 160 000 світлових років, спалахнула наднова, яку можна було бачити неозброєним оком. Інша річ, що на відміну від усіх перерахованих вище надгігантів, спостерігати її можна було на протязі значно меншого проміжку часу.

Більш ніж у шести тисячах світлових роках від поверхні Землі знаходиться нейтронна зірка, що швидко обертається — пульсар Чорна Вдова. Вона має компаньйона, коричневого карлика, якого вона постійно обробляє своїм потужним випромінюванням. Вони звертаються один навколо одного кожні 9 годин. Спостерігаючи за ними в телескоп з нашої планети, ви можете подумати, що цей смертельний танець вас не стосується, що ви є лише стороннім свідком цього «злочину». Однак, це не так. Обидва учасники цього дійства притягують вас до себе.

І ви теж їх притягуєте — на відстані трильйони кілометрів, за допомогою гравітації. Гравітація - це сила тяжіння між будь-якими двома об'єктами, що мають масу. Це означає, що будь-який об'єкт нашого Всесвіту притягує будь-який інший об'єкт, що знаходиться в ньому, і одночасно притягується до нього. Зірки, чорні дірки, люди, смартфони, атоми – все це перебуває у постійній взаємодії. То чому ми не відчуваємо цього тяжіння з мільярдів різних сторін?

Причини лише дві — маса та відстань. Рівняння, за допомогою якого можна обчислити силу тяжіння між двома об'єктами, вперше сформульовано Ісааком Ньютоном в 1687 році. Розуміння гравітації відтоді дещо еволюціонувало, але найчастіше класична теорія тяжіння Ньютона застосовна до обчислення її сили й сьогодні.

Виглядає ця формула так — щоб дізнатися силу тяжіння між двома об'єктами, треба масу одного помножити на масу іншого, результат помножити на гравітаційну постійну, і все це поділити на квадрат відстані між об'єктами. Все, як бачимо, досить просто. Можемо навіть трохи поекспериментувати. Якщо ви подвоїте масу одного об'єкта, сила тяжіння збільшиться вдвічі. Якщо ви «відсунете» об'єкти один від одного в ті ж два рази, сила тяжіння становитиме одну четверту від того, що була раніше.

Сила тяжіння між вами та Землею тягне вас у напрямку центру планети, і ви відчуваєте цю силу як свою вагу. Це значення дорівнює 800 Ньютонам, якщо ви стоїте на рівні моря. Але якщо ви поїдете до Мертвого моря, то воно збільшиться на невелику частку відсотка. Якщо ж ви здійсните подвиг і заберетеся на вершину Евересту, значення знизиться — знову ж таки вкрай незначне.

Сила тяжіння Землі впливає на МКС, що знаходиться на висоті близько 400 кілометрів, практично з тією самою силою, що на поверхні планети. Якби ця станція була поставлена ​​на величезну нерухому колону, основу якої стояло б на Землі, то сила гравітації на ній становила б близько 90% від тієї, що ми відчуваємо. Астронавти перебувають у невагомості через ту просту причину, що МКС постійно падає на нашу планету. На щастя, станція при цьому рухається з тією швидкістю, яка дозволяє їй уникати зіткнення із Землею.

Летимо далі – на Місяць. Це вже 400 000 кілометрів від рідного будинку. Сила тяжіння Землі тут становить лише 0.03% від початкової. Зате повною мірою відчувається гравітація нашого супутника, яка у шість разів менша за звичну нам. Якщо ви вирішите полетіти ще далі, сила тяжіння Землі падатиме, але позбутися її остаточно не вдасться ніколи.

Коли ви перебуваєте на поверхні нашої планети, то відчуваєте тяжіння безлічі об'єктів - як дуже далеких, так і в безпосередній близькості. Сонце, наприклад, притягує вас до себе з силою півньютону. Якщо ви знаходитесь на відстані кількох метрів від свого смартфона, то вас тягне до нього не лише бажання перевірити отримані повідомлення, а й сила в кілька піконьютонів. Це приблизно дорівнює гравітаційному тяжінню між вами та галактикою Андромеди, що знаходиться на відстані 2.5 мільйона світлових років і має масу в трильйони разів більше, ніж у Сонця.

Якщо ж ви хочете зовсім позбавитися гравітації, то можете використовувати дуже хитрий прийом. Усі маси, що знаходяться навколо, постійно тягнуть нас до себе, але як вони поведуться, якщо ви прокопаєте дуже глибоку свердловину прямо до центру планети і спуститеся туди, уникнувши якимось чином усіх небезпек, що можуть зустрітися на цьому довгому шляху? Якщо припустити, що всередині ідеально сферичної Землі є порожнина, то сила тяжіння до її стін буде однакова з усіх боків. І ваше тіло несподівано опиниться у невагомості, у підвішеному стані – рівно посередині цієї порожнини. Отже, ви можете не відчувати гравітацію Землі — але для цього треба опинитися рівно всередині неї. Це закони фізики, і нічого з ними не вдієш.

Коли ви дивитесь на небо темної ночі за ясної погоди, ви бачите безліч зірок. Однак практично всі вони знаходяться в нашій галактиці, Чумацькому шляху. Навіть найдальші з тих, що ви можете розглянути без телескопа, знаходяться на відстані менше ніж двадцять тисяч світлових років від Землі. Може здатися, що це гігантська дистанція, але космос набагато більше безпосередніх наших околиць. Він справді величезний, і саме тому вченим неймовірно важко вивчати зірки, які знаходяться за межами нашої галактики. Найдальше світило, яке вдалося ізолювати від навколишнього стороннього світіння, знаходиться на відстані всього 55 мільйонів світлових років від нас.

Наукові досягнення

Однак, якщо астрономи ні в чому не помиляються, нещодавно цей рекорд був побитий. Згідно зі статтею, опублікованою в березні цього року в журналі «Nature Astronomy», він був розбитий на прах, зметений і розтоптаний. Він перейшов до зірки, яка знаходиться від нас, вдумайтеся лише у 14 мільярдах світлових роках! Слід зазначити, що астрономам нерідко вдається розглянути віддалені з нашої планети об'єкти. За допомогою телескопів вони можуть бачити найяскравіші наднові за 10 мільярдів світлових років від нас. Однак звичайні зірки неможливо розглянути навіть на відстані, в сотні разів меншій. І ось тут ми вперше згадуємо про «гравітаційне лінзування».

Це відбувається у тих випадках, коли величезна маса, що є у галактики або навіть скупчення галактик, викривляє, спотворює і посилює світло, джерело якого знаходиться за нею. Цей феномен можливий завдяки тому, що подібні об'єкти фактично викривляють простір навколо себе. Галактики, що створюють ефект гравітаційного лінзування, «підсилюють» яскравість у середньому в 50 разів.

Далекі Зірки

Та зірка, про яку сьогодні йде мова, знаходиться за скупченням галактик, що знаходиться за 6 мільярдів світлових років від нас, і її світло було посилено більш ніж у 2000 разів! У наукових каталогах вона значиться як MACS J1149 Lensed Star 1. Проте вчені, які її виявили, дали їй і неофіційну назву - Ікар. Дякуємо їм за це велике, нам теж так набагато зручніше.

Ікар був помічений, можна сказати, випадково, коли дослідники розглядали знімки наднової, зроблені космічним телескопом «Хаббл» у 2016 та 2017 роках. Недалеко від неї вони помітили невелику яскраву плямку. Воно з часом змінювало яскравість, але зовсім не так, як це роблять наднові. Колірна гама світла, що йде від цього об'єкта, залишалася незмінною протягом багатьох місяців. Подальший аналіз показав, що ми маємо справу із блакитним надгігантом.

Ці зірки набагато більші, масивніші, гарячіші за Сонце і в сотні тисяч разів яскравіші за нього. Це невелике нагадування про те, що будь-яке явище в космосі може мати воістину космічні масштаби. Всі блакитні надгіганти мають схожі характеристики, тому, порівнявши світло Ікара зі світлом таких же об'єктів нашої галактики, астрономи змогли розрахувати відстань до нього. З'ясувалося, що зірка має вік 9 мільярдів років, а через те, що Всесвіт розширюється, зараз до цього світила взагалі 14 мільярдів світлових років.

Як Ікару вдалося збільшити своє зображення в 2000 разів, якщо звичайне значення гравітаційного лінзування становить всього 50? Відповідь – мікролінзи. Це невеликі об'єкти, що знаходяться усередині великих лінз. Це можуть бути окремі зірки, які забезпечують додаткове наближення «картинки». Лінзи всередині лінзи. Цей ефект триває порівняно недовго, тому що мікролінзи постійно сходять із потрібної позиції та знову повертаються на неї. Однак, якщо ми уважно стежимо за тим, що відбувається, перед нами відкриваються величезні можливості. За допомогою мікролінзування вченим вдалося знайти навіть планети за межами Чумацького шляху!

Найдальша зірка

Ікар, до речі, може бути корисним не лише як володар рекорду, занесений до відповідної книги. Вивчаючи те, як діє нею з часом ефект наближення, астрономи сподіваються скласти точну модель розподілу матерії в «лінзуючому» скупченні галактик. Це, ймовірно, включає і темну матерію, яку ми все ніяк не можемо знайти, розглянути і помацати, але яка гравітаційно впливає на інші космічні об'єкти. Таким чином, Ікар може допомогти нам значно збільшити обсяг своїх знань про Всесвіт. Що ж, його давньогрецька тезка теж була дуже позитивним персонажем, хоч рекордсменом так і не став, як не намагався. Сподіваємось, що і наш Ікар не осоромить славного імені.