Практическая работа по астрономиии "Определение параметров звезд по диаграмме Герцшпрунга-Рассела"

Практическая работа №3

Тема: «Определение параметров звезд с помощью диаграммы Герцшпрунга–Рассела»

Цели работы: закрепить теоретический материал по теме «Характеристики звёзд», получить практические навыки в работе с диаграммой Герцшпрунга — Рассела.

Необходимо знать: основные характеристики звезд, состав, строение и расстояние до звезд.

Необходимо уметь: применять знания для решения практических задач, уметь работать с графиками.

Оборудование: инструкционные карты, справочные таблицы.

Основные теоретические положения

В 1905г Эйнар Герцшпрунг установил зависимость светимости звезд с их спектральными классами, сопоставляя данные наблюдений. В 1913г Генри Рассел также независимо установил данную зависимость и представил ее графически. Зависимость "спектр-светимость" получила название диаграммы Герцшпрунга-Рассела.

Диаграмма показывает зависимость между абсолютной звёздной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды. По соотношению спектра со светимостью звезды делятся на три «последовательности».

Большинство звезд относится к главной последовательности - это последовательность звезд разной массы. Самые большие (голубые гиганты) расположены в верхней части, а самые маленькие звезды – карлики находятся в нижней части главной последовательности. Звезды главной последовательности – это звезды похожие на Солнце, в которых водород сгорает в термоядерной реакции.

Красные гиганты и сверхгиганты располагаются над главной последовательностью справа, белые карлики – под ней слева, поэтому начало левой части главной последовательности представлена голубыми звёздами с массами ~50 солнечных, конец правой — красными карликами с массами ~0.08 солнечных.

Справа внизу диаграммы - самые тусклые и, как следствие, долгоживущие звезды. К ним в частности относятся наши ближайшие звезды, такие как: Проксима Центавра, Сириус, Альфа Центавра, Лейтен и т.д.

Переход звезд с различной массой с одной последовательности на другую, в ходе изменения их параметров со временем, называется эволюционным перемещением. В процессе эволюции проходят стадии от протозвезд до конечной стадии (в зависимости от массы) белых карликов, нейтронных звезд или черных дыр.

Диаграмма даёт возможность найти абсолютную звездную величину по спектральному классу. Также по диаграмме Герцшпрунга-Рассела можно рассмотреть эволюцию звезд.

Ход работы

И
спользуя диаграмму Герцшпрунга-Рассела выполните следующие задания.

Задание 1. Звезда главной последовательности имеет температуру поверхности 10 000 К. Какова ее светимость и спектральный класс?

Задание №2. Звезда главной последовательности имеет температуру поверхности 20 000 К. Какова ее светимость и спектральный класс?

Задание №3. Выберите два утверждения о звездах, которые соответствуют диаграмме.

1) Плотность белых карликов существенно меньше средней плотности гигантов.

2) Звезда Канопус относится к сверхгигантам, поскольку её радиус почти в 65 раз превышает радиус Солнца.

3) Температура звёзд спектрального класса G в 3 раза выше температуры звёзд спектрального класса А.

4) Солнце относится к спектральному классу В.

5) Звезда Альтаир имеет температуру поверхности 8000 К и относится к звёздам спектрального класса А.

Задание №4. Выберите два утверждения о звездах, которые соответствуют диаграмме.

1) Звезда Бетельгейзе относится к сверхгигантам, поскольку её радиус почти в 1000 раз превышает радиус Солнца.

2) «Жизненный цикл» звезды спектрального класса К главной последовательности более короткий, чем звезды спектрального класса В главной последовательности.

3) Звёзды-сверхгиганты имеют очень большую среднюю плотность.

4) Звезда Денеб имеет температуру поверхности 8550 К и относится к звездам спектрального класса М.

5) Звезда 40 Эридана В относится к белым карликам, поскольку её масса составляет 0,5 массы Солнца.

Задание 5.  Выберите правильное продолжение высказывания.

Звезда на диаграмме Герцшпрунга–Рассела после превращения водорода в гелий перемещается по направлению:

1. вверх по главной последовательности, к голубым гигантам.

2. от главной последовательности к красным гигантам и сверхгигантам.

3. в сторону низких светимостей.

4. в сторону ранних спектральных классов.

5. звезда, в процессе эволюции однажды попавшая на главную последовательность, от нее не отходит.

Задание 6. Пользуясь нижеприведенной таблицей, построить график зависимости между светимостью и температурой звезд, указав на том же графике основные спектральные классы.

Для заполнения диаграммы понадобятся следующие данные: спектральный класс и светимость звезды.

Значение абсолютной звездной величины можно найти по формуле:

М = m + 5 - 5 ,

где m - видимая звездная величина, D - расстояние до звезды в парсеках.

По значению абсолютной звёздной величины найдите значение светимость звезды по формуле:

,

где M₀ — абсолютная звёздная величина Солнца, равная +4,83, M — абсолютная звёздная величина звезды.

По полученным значениям светимости и температуре звезды указать расположение звезды на диаграмме.

Сделайте вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Какие объекты называются звездами в конечной стадии эволюции?

2. От чего зависит цвет звезды?

3. Сколько лет Солнце будет находиться на главной последовательности?

4. Какая звезда горячее: белый или красный карлик?

5. Плотность каких звезд больше: белых карликов или красных гигантов? з