Среди параметров, характеризующих звезду, существуют два самых главных - это температуры и абсолютная звездная величина. Температурные показатели тесно связаны с цветом звезды, а абсолютная звездная величина - со спектральным классом. Имеется в виду классификация звезд по интенсивности линий в их спектрах. Согласно используемой в настоящее время классификации, звезды в соответствии с их спектрами делятся на семь основных спектральных классов. Они обозначены латинскими буквами О, В, A, F, G, К, М. Именно в этой последовательности температура звезд понижается от нескольких десятков тысяч градусов класса О   (очень   горячие   звезды)   до 2000-3000 градусов звезд типа М. Абсолютная звездная величина, т.е. мера блеска, указывает количество энергии, излучаемой звездой. Ее можно вычислить теоретически, зная расстояние до звезды.

Выдающаяся идея

Идея связать между собой два основных параметра звезды пришла в голову двум ученым в 1913 г., причем они вели работы независимо друг от друга.

Речь идет о голландском астрономе Эйнаре Герцшпрунге и американском астрофизике Генри Норрисе Ресселле. Ученые творили на расстоянии тысяч километров друг от друга. Они составили график, связавший воедино два основных звездных параметра. Горизонтальная ось отражает температуру, вертикальная - абсолютную звездную величину. В результате получилась диаграмма, которой присвоены имена двух ас-диаграмма Герцшпрунга-Ресселла, или, проще, диаграмма Г-Р.

Звезда — критерий

Посмотрим, как составляется диаграмм Г-Р. Прежде всего, необходимо выбрать звезду-критерий. Для этого подходит звезда, расстояние до которой известно, или другая - с уже вычисленной абсолютной звездной величиной.

Следует иметь в виду, что интенсивность светимости любого источника, будь то свеча, лампочка или звезда, изменяется в зависимости от расстояния. Математически это выражается так интенсивность светимости «I» на определенном расстоянии «d» от источника обратно пропорциональна «d2». Практически это означает, что если расстояние увеличивается вдвое, то интенсивность светимости уменьшается в четыре раза. Если расстояние увеличивается втрое, интенсивность светимости уменьшается в девять раз, и так далее.

Затем следует определить температуру выбранных звезд. Для этого надо идентифицировать их спектральный класс, цвет и после этого определить температуру. В настоящее время вместо спектрального типа используется другой эквивалентный ему показатель - «индекс цвета».

Далее надо измерить звездную величину звезды с двумя разными по длине волнами (например, использовать два фильтра, пропускающих только синий и желтый цвета). Подсчитать разницу.
Эти два параметра наносятся на одну плоскость с температурой, понижающейся слева направо, на абсциссе. Абсолютная светимость фиксируется на ординате (повышение отмечается снизу вверх).

Главная последовательность

На диаграмме Г-Р звезды располагаются вдоль диагональной линии, идущей снизу вверх и слева направо. Эта полоса называется Главная последовательность. Звезды, входящие в ее состав, называются звездами Главной последовательности. Солнце относится именно к этой группе. Это группа желтых звезд с поверхностной температурой примерно 5600 градусов. Звезды Главной последовательности находятся в наиболее «спокойной фазе» своего существования. В недрах их ядер атомы водорода перемешиваются, образуется гелий. Фаза Главной последовательности составляет 90% времени   существования   звезды.     Из 100 звезд 90  находятся именно в этой  фазе, хотя распределяются по разным позициям в зависимости от температуры и светимости.

Главная последовательность представляет собой «узкую область», это свидетельствует о том, что звезды с трудом сохраняют баланс между силой притяжения, которая тянет внутрь, и силой, образующейся в результате ядерных реакций, она тянет к внешней стороне зоны. Звезда, подобная Солнцу, с поверхностной температурой, равной 5600 градусам, для поддержания баланса должна иметь абсолютную звездную величину порядка +4,7. Это следует из диаграммы Г-Р.

Красные гиганты и белые карлики

Красные гиганты находятся в верхней зоне справа, расположенной с внешней стороны Главной последовательности. Характерной чертой этих звезд является очень низкая температура (примерно 3000 градусов), но при этом они ярче звезд, имеющих идентичную температуру и расположенных в Главной последовательности.

На диаграмме хорошо видно, какая абсолютная звездная величина соответствует какой температуре. Зная абсолютную и видимую звездную величину, не составит труда вычислить расстояние.
В заключение хочется еще раз подчеркнуть большое значение диаграммы Г-Р в современной астрофизике.


Естественно, возникает вопрос: если энергия, излучаемая звездой, зависит от температуры, то почему же звезды с одинаковой температурой имеют разную степень светимости. Объяснение следует искать в размере звезд. Красные гиганты более яркие потому, что их излучающая поверхность намного больше, чем у звезд из Главной последовательности.

Неслучайно этот тип звезд получил название «гиганты». Действительно, их диаметр может превышать диаметр Солнца в 200 раз, эти звезды могут занимать пространство в 300 миллионов км, что вдвое больше расстояния от Земли до Солнца! С помощью положения о влиянии размера звезды попробуем объяснить некоторые моменты в существовании других звезд - белых карликов. Они расположены внизу слева в диаграмме Г-Р.

Белые карлики - очень горячие, но совсем неяркие звезды. При одинаковой температуре с крупными и горячими бело-голубыми звездами Главной последовательности белые карлики намного меньше их по размерам. Это очень плотные и компактные звезды, они в 100 раз меньше Солнца, их диаметр примерно такой же, как земной. Можно привести яркий пример высокой плотности белых карликов - один кубический сантиметр материи, из которой они состоят, должен весить около одной тонны!

Диаграммы Г-Р и звездные скопления

Любопытно рассмотреть составляющие звездных скоплений на диаграмме Г-Р. Предположим, что все звезды скоплений находятся на одинаковом от нас расстоянии. Отсюда вытекает, что разница в степени светимости зависит не от удаленности от нас, а от каких-то «внутренних» причин. Для построения диаграммы Г-Р используем вместо абсолютной звездной величины относительную (она легче вычисляется). Что касается вопроса распределения звезд в скоплении, можно составить несколько вариантов диаграммы Г-Р. Например, диаграммы рассеянных звездных скоплений М8 или NGC 2264 будут значительно отличаться от «стандартных».

Звезды Главной последовательности в большей степени рассеяны, особенно в нижней зоне. Это связано с тем, что звезды рассеянных скоплений относительно молодые и имеют возраст от нескольких десятков до сотен миллионов лет. За такой короткий период времени менее крупные и яркие звезды не успевают «стабилизироваться», они эволюционируют очень медленно.В принципе, это звезды «до-последовательности».

Затем эти звезды проходят еще одну фазу, на диаграмме она находится в правой части Главной последовательности. По мере движения к этой фазе звезды постепенно обретают равновесие и стабильность.

Шаровые звездные скопления

При составлении диаграмм Г-Р шаровых звездных скоплений, а в них находятся в основном старые звезды, очень сложно определить Главную последовательность. Ее следы фиксируются в основном в нижней зоне, где концентрируются более холодные звезды. Это связано с тем, что горячие и яркие звезды уже прошли стабильную фазу своего существования и перемещаются вправо, в зону красных гигантов, а если миновали ее, то в зону белых карликов. Если бы люди были в состоянии проследить за свою жизнь все эволюционные стадии звезды (используя диаграмму Г-Р), они смогли бы увидеть, как она изменяет свои характеристики.

Например, когда водород в ядре звезды прекращает гореть, температура во внешнем слое звезды понижается, сам слой расширяется. Звезда выходит из фазы Главной последовательности и направляется в правую часть диаграммы. Это касается в первую очередь крупных по массе звезд, наиболее ярких, - именно этот тип эволюционирует быстрее.
С течением времени звезды выходят из Главной последовательности. На диаграмме фиксируется «turning point» - «поворотная точка», благодаря ей возможно довольно точно вычислить возраст звезд скоплений. Чем выше на диаграмме находится «поворотная точка», тем моложе скопление, и, соответственно, чем ниже на диаграмме она находится, тем старше по возрасту звездное скопление.

Значение диаграммы


Диаграмма Герцшпрунга-Ресселла оказывает огромную помощь в изучении эволюции звезд на протяжении их существования. За это время звезды претерпевают изменения, трансформации, в какие-то периоды они очень глубокие. Нам уже известно, что звезды отличаются не по собственным характеристикам, а по типам фаз, в которых они пребывают в то или иное время.

С помощью этой диаграммы можно вычислить расстояние до звезд. Можно выбрать любую звезду, находящуюся в Главной последовательности, с уже определенной поверхностной температурой (в принципе, ее легко вычислить) и посмотреть ее продвижения на диаграмме.

На диаграмме хорошо видно, какая абсолютная звездная величина соответствует какой температуре. Зная абсолютную и видимую звездную величину, не составит труда вычислить расстояние.

В заключение хочется еще раз подчеркнуть большое значение диаграммы Г-Р в современной астрофизике.