Научные работы по астрономии для школьников. Научно-исследовательская работа "небесные тела"

«EXCELSIOR - 2012»

Секция АСТРОНОМИЯ

ЛЮДИ И ЗВЁЗДЫ

Игнатьева Вероника, МБОУ «Климовская средняя общеобразовательная школа»,

9 класс

Научный руководитель:

Белова Светлана Николаевна, учитель физики МБОУ «Климовская средняя общеобразовательная школа» Ибресинского района Чувашской республики

Введение.

Актуальность выбранной мною темы состоит в том, что многие ученики 9 класса теряются при выборе профессии и их всегда интересуют вопросы: влияет ли Вселенная на характер и судьбу человека при выборе профессии.

Цель моей исследовательской работы : выяснить, влияет ли Вселенная на характер и судьбу человека при выборе профессии.

Задачи исследовательской работы:

1. Выяснить, связаны ли две науки -астрономия и астрология- между собой.
2. Узнать, какие черты характера присущи носителям определенного знака зодиака и какие типы специальностей им соответствуют.
3. Выяснить, под какими знаками зодиака родились учащиеся моего класса.
4. Найти соответствие между предсказаниями звезд и наблюдениями в чертах характера моих одноклассников.
5. Сравнить, совпадают ли результаты исследований с теми, что «приписывают» звезды?

Объект исследования : человек.

Предмет исследования: характер человека, его знак зодиака.

Методы исследования: аналитико-статистическая работа со справочной, научно-познавательной и специальной литературой; поиск информации в интернет - ресурсах; проведение опроса среди учащихся нашего класса; подведение итогов.

Ценность полученных результатов: при выборе профессии каждый человек должен знать, какие профессии ему соответствуют по характеру и сделать правильный выбор в жизни.

Источники для написания работы: справочная, научно-познавательная и специальная литература; информации в интернет – ресурсах.

Краткий литературный обзор: 1) Энциклопедия для детей. Астрономия/ ред.коллегия: М. Аксенова и др.- М.: Мир энциклопедий Аванта. 2)Большая книга вопросов и ответов. Что? Зачем? Почему? /Пер. К.. Мишиной, А. Зыковой.-М.: Изд-во Эскимо 3) Интернет ресурсы. http://archive.1september.ru/fiz/

Степень изученности данной проблемы: над данной проблемой можно работать вечно, но полученные результаты можно использовать при выборе профессии. Характеристика личного вклада в решение избранной проблемы: я попыталась сопоставить предсказания звезд с личными качествами человека при выборе профессии.

У каждого свой знак Зодиака...

Звезды, планеты, спутники, Вселенная – все это было и есть не до конца разгаданной загадкой. О них писали и пишут свои труды ученые: математики, астрономы, философы, физики. Их воспевают поэты. Люди всегда интересовались тем, как устроен мир, в котором они живут, и задавались многим вопросам, в том числе какое место он занимает во Вселенной…

Е ще древние люди обращали внимание на звездное небо. Тысячелетиями ночуя у костра и глядя на небо, человек усвоил, что от вечера к вечеру звёзды одни и те же, не меняется и расстояния между звёздами. Человеческий глаз, не оснащенный никакими приборами, способен увидеть 3 тысячи звезд. Для того, чтобы ориентироваться на небе древние люди группировали яркие звёзды по взаимным расположением, со ставляющих какую-либо фигуру. Эти звёзды мыс ленно соединяли прямыми линиями. И эту группу звёзд называли созвездием. Например, созвездие Большой Медведицы - это семь очень ярких звёзд, соединённых прямыми линиями. Однако из-за своего длинного хвоста созвездие Большой Медведицы не похожа на медведицу, а напоминают, скорее ковш или кастрюлю. Так и с другими созвездиями… Почти ни когда в этих фигурах нет сходства с теми предметами, именами которых древние астрономы эти фигуры символически назвали. Ф антазия древних населила небо мифическими существами и зверями, из которых многих нет ни в одном зверинце на Земле. Эти названия сохранились и по настоящее время.

Сейчас под созвездием понимают целую область на небе внутри определённых границ. К созвездию относят все звёзды, которые видны в этой области неба. Астрономы насчитывают 88 созвездий. Каждое созвездие имеет свое имя. У всех у них очень красивые и поэтичные имена. Согласно мнению астрологов лишь 12 созвездий на небосводе влияют на жизнь и судьбу людей. Астрологи называют эти созвездия «знаками Зодиака». Так, согласно астрологам факт рождения под определённым знаком оказывает влияние на личность человека . Так ли это? Мне это и хотелось выяснить.

Что же такое астрология? Само слово «астрология» (греческое) от «астрон»- «звезда» и «логос»- «учение» . Астрология - это учение, которое пришло к нам из глубокой древности. В его основе лежит лишь древняя вера в то, что все события в жизни людей определяются небесными силами. Высказывания об астрологии очень разнообразны. Хотя большинство астрономов к астрологии относятся очень скептически, есть общепризнанный факт, что Солнце влияет на жизнь и здоровье людей. Значит Земля, её прошлое, настоящее и будущее действительно связано с космосом? И я думаю, раз мы верим в бога, почему бы не поверить в такую науку, как астрология?

Исследование 1.

Согласно астрологам каждому носителю определенного знака зодиака соответствуют определённые типы специальностей (Приложение1).

Я решила это проверить. Для этого по методике Голланда выяснила, какие типы специальностей по признаку предмета труда соответствуют моим одноклассникам и сравнила с теми, какие «приписывают» звёзды. Психолог Голланд создал специальную методику, которая позволяет точно определить социальный характер человека и его предрасположенность к той или иной профессии. В этом мне помогли результаты тестирований, которые проводила классная руководительница на уроках профессионального самоопределения (Приложение2). После сравнения получилось, что у 22 учащихся типы специальностей по признаку предмета труда по методике Голланда на 79% совпадают с теми, что «приписывают» звёзды.

Исследование 2.

Согласно астрологам каждому носителю определенного знака зодиака соответствуют также и определённые черты характера (Приложение 1).

Следующее исследование было направлено на то, чтобы выяснить , какие черты характера присущи носителям определенного знака зодиака среди моих одноклассников и совпадают ли черты характера с теми, что им приписывают астрологи. Я провела опрос среди учащихся своего класса. Из огромного количества тестов мы выбрали самый простой тест. Это тест на выявление характера. (Приложение 3). Тест заключается в выборе среди геометрических фигур той, которая более всего нравится. Можно выбрать или квадрат, или прямоугольник, или треугольник, или круг, или зигзаг. А после этого – узнать об особенностях характера каждого.

Здесь сопоставить было гораздо сложнее, так как характеры у всех разные. Примерных совпадений у меня получилось15, это 54%. Намного меньше, чем в первом исследовании. После этого исследования у меня создалось впечатление, что, наверное, лучше не стоит верить предсказаниям звёзд. Но я натолкнулась на одну очень интересную статью, называется « КОРОЛЬ И АСТРОЛОГ».

Интересный случай рассказывают об астрологе французского ко роля Людовика Х1 (1461-1483 п.), властелина жесткого и лукавого. Этот астролог имел несчастье предсказать смерть любимой дамы короля, она действительно умерла. Тогда король велел позвать астролога и приказал своим палачам быть наготове, чтобы по его знаку увести предсказателя и казнить. Когда астролог явился, король спросил его: «Ты вот считаешь себя искусным, что знаешь хорошо судьбы людей. Тогда скажи немедленно, сколько времени осталось жить тебе самому?» Астролог понял ловушку. Не растерявшись, он спокойно ответил: «Ваше величество! Звёзды показали мне, что я должен умереть за три дня до вaшeй кончины». Суеверный король не только отменил казнь, но и позаботился наилучшим образом о здоровье астролога и его полной безопасности . Если верить истории, то предсказание звёзд помогло сохранить человеку свою жизнь, а это многого стоит.

Заключение.

Проводя свои исследования я: 1) узнала, что науки астрономия и астрология - это абсолютно разные науки, хотя возможно, что они тесно связаны между собой и 2) пришла к выводу, что звезды всё - таки имеют влияние на характер, а возможно и на судьбу человека, хотя это научно не доказано. А также я считаю, что нужно заниматься исследованием этой темы и, возможно, через некоторое время можно будет безошибочно предсказать судьбу человека и определить, какое место он занимает во Вселенной, только один вопрос останется нерешенным: «захочет ли сам человек знать, что ждет его в будущем?» Ведь никто не ручается за то, что судьбы всех людей окажутся благополучными, а пока мы не знаем, что ждет нас впереди, мы счастливы… В заключении хочется отметить слова американского психолога Саманты Дэвис «Гороскоп - лишь схема, путь мы выбираем сами» …

Приложение 1.

12 созвездий на небосводе, которые влияют на жизнь и судьбу людей.

Каждому носителю определенного знака зодиака астрологи приписывают определённые черты характера.

1) Люди, родившиеся под знаком Овна: -по характеру: безрассудные первопроходцы, восторженные энтузиасты, эгоистичные, любят полную свободу и не терпят препятствий, оптимистичные и честолюбивые;

2) Люди, родившиеся под знаком Тельца: - по характеру: терпеливые, выносливые, упорные, трудолюбивые, любят уют, красоту, эмоциональные, но подозрительные и осторожные. Любит заводить знакомства.

По признаку предмета труда: "человек - природа", "человек - знаковая система", "человек - художественный образ".

3) Люди, родившиеся под знаком Близнецов: -по характеру: любопытные исследователи, обаятельные, интеллектуальные, общительные. Им свойственна двойственность психического склада. Они не знают и не понимают себя.

По признаку предмета труда: "человек -знаковая система", "человек - человек", "человек - художественный образ".

4) Люди, родившиеся под знаком Рака: -по характеру: мудрые, бескорыстные в любви, мечтательные. Они любят науку, увлекаются религией, имеют загадочный характер;

По признаку предмета труда: "человек - техника", "человек - человек", "человек - художественный образ", "человек - знаковая система", "человек- живая природа".

5) Люди, родившиеся под знаком Льва: -по характеру: властные, щедрые, вспыльчивые, любят делать другим богатые подарки и получать подарки от других, ставят себя всегда в центр мира. Лев - символ мужества и силы, мудрости. Умеют управлять людьми, обладают благородством, достоинством.

По признаку предмета труда: "человек - человек", "человек - живая природа", "человек - знаковая система", "человек- художественный образ".

6) Люди, родившиеся под знаком Девы. - по характеру: тщательные, скрупулезные, аккуратные, бережливые, изобретательные, отвергающие себя ради других. Они обладают острым аналитическим умом и практической сообразительностью.

По признаку предмета труда: "человек - человек", "человек - знаковая система", "человек - художественный образ".

7) Люди, родившиеся под знаком Весов: - по характеру: трудолюбивые, коллективные, неуверенные, требующие от других сплочения и совместных действий. Весы - символ приветливости, вежливости, справедливости. Родившиеся под этим знаком обладают развитым художественным вкусом, способностью к внутренней и внешней гармонии. Весы баловень судьбы.

По признаку предмета труда: "человек - художественный образ", "человек- техника", "человек- знаковая система", "человек - живая природа".

8) Люди, родившиеся под знаком Скорпиона: - по характеру: сверхчувствительные, проницательные, мстительные, упорные, готовые плыть против течения, железная воля. Люди этого знака малопонятны даже астрологам.

По признаку предмета труда: "человек - человек", "человек - знаковая система", "человек - живая природа", "человек - техника".

9) Люди, родившиеся под знаком Стрельца:

По характеру: мудрые, искренние, порядочные, честные, принципиальные, энергичные, самодовольные, при этом добрые, бескорыстные и покладистые. Они готовы помогать всем, кому нужна помощь.

По признаку предмета труда: "человек - человек", "человек - художественный образ".

10) Люди, родившиеся под знаком Козерога:

По характеру: бесстрастны, осторожны, бдительны, рассудительны, обладают сильным характером, домосед, упорны, стремятся достичь избранной цели, серьёзны, с огромным чувством долга, надеется только на себя.

По признаку предмета труда: "человек - художественный образ", "человек - человек", "человек - знаковая система".

11) Люди, родившиеся под знаком Водолея:

По характеру: бунтари, инстинктивно чувствуют, что старые традиции неправильны, что людям и миру нужны резкие перемены, подвержены мгновенным и совершенно неожиданным изменениям в жизни;

По признаку предмета труда: "человек - человек", "человек - знаковая система", "человек- художественный образ", "человек- живая природа".

12) Люди, родившиеся под знаком Рыбы:

По характеру: гордые, мечтательные, религиозные, нелогичные, живут в своих фантазиях, противоречивы, постоянно ищут лучшего.

По признаку предмета труда: "человек - художественный образ", "человек - человек", "человек - знаковая система", "человек - техника".

Приложение 2. Сравнительная таблица.

Первое исследование, которое я провела: совпадают ли типы специальностей по признаку предмета труда по методике Голланда с теми, какие «приписывают» звёзды (22 совпадения - это 79%).

Приложение 3.

Тест на выявление характера.

Тест заключается в выборе среди геометрических фигур той, которая более всего нравится. Можно выбрать или квадрат, или прямоугольник, или треугольник, или круг, или зигзаг.

*Если человек выбрал квадрат, ему присущи такие черты характера, как старательность, трудолюбие, стремление доводить дело до логического конца. Он - друг порядка и любит класть все вещи на отведённые для них места. В то же время его отличает некоторая придирчивость к другим.

*При выборе человеком прямоугольника, можно констатировать, что этот человек является интересным и любознательным, с лёгкостью усваивающим знания, любящим всё новое. Однако в ряде случаев для данного человека проблематично определение того, что ему более всего нравится, определение самого главного.

*Человек, которому нравится треугольник, отличается целенаправленностью. Его нелегко удержать, когда он следует к выбранной цели. Он не против покомандовать другими. Но для него вполне реально прийти к растерянности при возникновении у другого человека желания поверховодить.

*Выбравший круг человек - доброжелательный. Ему свойственно желание оказывать помощь другим, переживать за них. Однако не всегда его желания сопровождаются конкретными поступками.

*Для человека, выбравшего зигзаг характерно что-то постоянно выдумывать. И не всегда эти выдумки отличаются безобидностью. Поступки такого человека трудно предсказуемы, а словам едва ли стоит верить.

Здесь сопоставить гораздо сложнее. Совпадений -15, это 54%.

Содержание

Вступление................................................................................................. 2

Раздел 1. Рождение звёзд.

1.1.Молекулярное облако - звёздная колыбель.......................................2

1.2. Рождение протозвезды.......................................................................3

Раздел 2. Эволюция звезд.

2.1. Гарвардская спектральная классификация звезд.............................4

2.2. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Характеристика звёзд главной последовательности...................................................................................5

2.3. Строение звезд. Модели некоторых типов звезд..............................7

2.4. Дальнейшая эволюция звезды, выход из главной последовательности...................................................................................8

Раздел 3. Заключительный этап эволюции звезды.

3.1.Белые карлики......................................................................................9

3.2.Нейтронные звёзды............................................................................10

3.3.Чёрная дыра........................................................................................10

Раздел 4 .Жизненный цикл Солнца........................................................11

Заключение.............................................................................................. 12

Приложение к работе...............................................................................13

Список использованной литературы.......................................................18

Тема : «Чем звёзды похожи на людей».

Цель: Изучить основные характеристики звезд, эволюцию их жизненного пути, найти сходства между небесными светилами и жителями Земли, людьми.

Вступление

На Земле главные действующие лица - это люди, а во Вселенной главные объекты –звёзды.97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звёздах.

Звезд бесчисленное множество. Никто не в силах точно сказать, сколько существует звезд, тем более звезды как люди рождаются и умирают. Можно лишь приближенно заявить, что в нашей Галактике около 150 000 000 000 звезд, а во Вселенной неизвестное число миллиардов галактик... А вот сколько звезд можно увидеть на небе невооруженным глазом известно точнее: около 4,5 тысяч. Звезды - это эволюционирующие объекты, т.е. находятся в постоянном изменении, развитии. Они, как и люди, рождаются, живут и умирают.

1.Рождение звёзд

Ближайшие к нам области звездообразования - это тёмные облака в созвездиях Тельца Космос часто называют безвоздушным пространством, однако, это не так. Большая часть «пустого» пространства в галактике в действительности содержит от 0,1 до 1 молекулы на см³.В межзвездном пространстве есть пыль и газ. Межзвёздный газ более чем на 67% (по массе) состоит из водорода, на 28% из гелия, и менее 5% приходится на все остальные элементы, самые обильные среди которых - кислород, углерод и азот.

1.1Молекулярное облако- называемым звёздной колыбелью.

Межзвёздный газ в основном концентрируется в спиральных рукавах Галактики, а там разбит на отдельные крупные молекулярные облака. Приложение №1

Молекулярное облако имеет плотность около миллиона молекул на см³.Масса такого облака превышает массу Солнца в 100 000-10 000 000 раз, благодаря своему размеру: от 50 до 300 световых лет в поперечнике, температура около -200 °С. Пока холодное разрежённое облако, межзвёздного газа, свободно вращается вокруг центра родной галактики, то ничего не происходит. Но стоит возникнуть внешнему возмущению, слегка уменьшившему размер облака, то наступает . К примеру, облака могут столкнуться друг с другом, или одно из них может пройти через плотный рукав спиральной галактики. Другим фактором может стать близлежащий взрыв , ударная волна которого столкнётся с молекулярным облаком на огромной скорости. Кроме того, возможно столкновение галактик, способное вызвать всплеск звёздообразования, по мере того, как газовые облака в каждой из галактик сжимаются в результате столкновения. Приложение №2

Именно при таких условиях возникают неустойчивые к гравитационному сжатию отдельные уплотнения в облаке массой порядка массы Солнца, а это значит, что становится возможным формирование звёзд.

Большинство молекулярных облаков зарегистрировано только по радиоизлучению(их в Галактике всего несколько тысяч). Некоторые, впрочем, давно известны астрономам, например тёмная туманность Угольный Мешок, хорошо видимая глазом в южной части Млечного Пути. Диаметр этого облака 12 пк, но оно выглядит большим, поскольку удалено от нас всего на 150 пк. Его масса около 5 тыс. солнечных масс. В таких гигантских молекулярных облаках и располагаются главные очаги формирования звёзд.

1.2 Рождение протозвезды.

Облака под действием сил гравитации сжимаются, в процессе сжатия часть облака уплотняется, уменьшаясь в размерах и одновременно нагреваясь.Если достаточно массивное для образования звезды облако настолько прогревается, что начинает активно излучать тепло и, может быть, слабо светиться темно-красным цветом (еще до начала ядерного синтеза), такое облако принято уже называть протозвездой (до-звездой). Приложение №3

В начале радиус протозвезды примерно в миллион раз больше солнечного. Она совершенно непрозрачна для видимого света, но прозрачна для инфракрасного излучения с длиной волны больше 10 мкм. Излучение уносит излишки тепла, выделяющегося при сжатии, так что температура не повышается и давление газа не препятствует коллапсу, т.е. происходит быстрое сжатие, практически свободное падение вещества к центру облака.

Однако по мере сжатия протозвезда делается всё менее прозрачной, что затрудняет выход излучения и приводит к росту температуры газа. В определённый момент протозвезда становится практически непрозрачной для собственного теплового излучения. Температура, а вместе с ней и давление газа быстро возрастают, сжатие замедляется. Протозвезда быстро достигает состояния, когда сила тяжести практически уравновешена внутренним давлением газа.

Как только температура в центре протозвезды достигнет 10 000 000 К, начинается ядерный синтез, в результате чего 4 ядра водорода объединяются в одно ядро гелия. Процесс термоядерного синтеза, выделяющий энергию и изменяющий состав вещества звезды, в сочетании с гравитацией, являются основными движущими силами звёздной эволюции.
Сжатие протозвезды останавливается световым давлением, она становится звездой.

Эволюция звезды начинается в гигантском молекулярном облаке, также называемым звёздной колыбелью.

Процесс рождения звезды продолжительный. Всё зависит от массы, насколько быстро протозвезда превратится в звезду. Звезды типа Солнца (желтые карлика) тратят на эту стадию своего рождения 30 000 000 лет, звезды в три раза массивнее (голубые гиганты) - 100 000 лет, а в десятеро менее массивные (красные карлики)- 100 000 000 лет. Итак, массивные звезды рождаются быстрее, однако маленькие звёзды образуются значительно чаще, чем крупные. Астрономы умеют довольно точно определять места, где происходит или недавно происходило рождение звезд. Области звездообразования выдает, как правило, присутствие массивных горячих и ярких звезд. Их век недолог, и потому наличие этих звезд есть явное указание на то, что родились они где-то здесь неподалеку в течение ближайших миллионов лет. Молекулярные облака, эти "фабрики по производству звёзд", изготовляют звёзды всевозможных типов. В среднем в Галактике ежегодно рождается примерно десяток звёзд с общей массой около пяти масс Солнца.

Примерно половина звёзд рождаются одиночными; остальные образуют двойные, тройные и более сложные системы. Чем больше компонентов, тем реже встречаются такие системы. Рождение двойняшек и не только также присуще человечеству. Известны звёзды, содержащие до семи компонентов, более сложные пока не обнаружены. Приложение №4

Причины появления двойных и кратных звёзд вполне понятны: исходное вращение газового облака не позволяет ему сжаться в одну компактную звезду. Чем больше сжимается облако, тем быстрее оно вращается (известный "эффект фигуристки", который является следствием закона сохранения момента количества движения). Нарастающие при сжатии центробежные силы сначала делают облако плоским, как ватрушка, а затем вытягивают в "дыню" и разрывают пополам. Каждая из половинок, сжимаясь дальше, продолжает двигаться по орбите вокруг общего центра масс. Если дальнейшее сжатие не разрывает её на части, то образуется двойная звезда, а если деление продолжается - рождается более сложная кратная система.

Если масса сжимающегося вещества достаточна для того, чтобы в процессе сжатия внутри него начали происходить ядерные реакции, то из такого облака получается звезда.

Если сжимающееся облако менее массивно, но не уступает Солнцу в массе больше, чем в сто раз, такие облака образуют так называемые коричневые карлики. Коричневые карлики еще холоднее красных звезд. Эти объекты довольно сильно разогреваются силами гравитационного сжатия и излучают много тепла (инфракрасное излучение), а светятся едва-едва. Но ядерные реакции давлением газа изнутри, перестают выделяться новые порции энергии, и коричневые карлики за сравнительно небольшие сроки остывают.

2.Эволюция звезд.

Звёздная эволюция в астрономии - последовательность изменений, которым звезда подвергается в течение её жизни, то есть на протяжении сотен тысяч, миллионов или миллиардов лет, пока она излучает свет и тепло. В течение таких колоссальных промежутков времени изменения оказываются весьма значительными.

Астрономы не могут наблюдать жизнь одной звезды от начала до конца, потому что даже самые короткоживущие звезды существуют миллионы лет - дольше жизни всего человечества. Изменение со временем физических характеристик и химического состава звезд, т.е. звездную эволюцию, астрономы изучают на основе сопоставления характеристик множества звезд, находящихся на разных стадиях эволюции.

Исследование астрономами большого количества звезд показало, что они существенно отличаются друг от друга, как впрочем и люди. Они имею различную массу, размеры, температуру, светимость, различаются даже по цвету. Есть звёзды гиганты, радиусы которых в сотни и тысячи раз превосходят солнечный. И, наоборот, есть звёзды карлики, радиусы которых в десятки и сотни раз меньше радиуса Солнца. У людей тоже встречается подобное отклонение от нормы. Есть люди –карлики гиганты. У человечества представители различных рас отличаются цветом кожи. Приложение №5

2.1. Гарвардская спектральная классификация звезд

Как оказалось, среди сотен тысяч звёзд трудно обнаружить звезды излучающие одинаковые спектры. Звёзды как и люди –индивидуальны. И всё же, анализируя звёздные спектры создана Гарвардская спектральная классификация звезд по спектральным классам, по цвету: О,В,А -горячие или ранние, F , G -солнечные, К,М- холодные поздние. Цвет звезды напрямую зависит от её температуры. Например, звезда Арктур из созвездия Волопаса- желто-оранжевая, Ригель из созвездия Ориона -бело-голубая, Антаррес из созвездия Скорпиона – ярко-красная .

Приложение №6

(14.Слайд) Самые горячие – голубые звёзды, а холодные – красные Самые горячие – голубые звёзды, а холодные – красные.

Спектральная классификация звёзд

Спектр.

класс

Основные линии

Темпера-

тура, тыс.К

Цвет

Н,Н,Не

40-28

голубой

Не,Н

28-10

бело- голубой

10-7

белый

Н, Ga

желто –белый

Ga , Fe , Ti

жёлтый

Fe , Ti

5-3,5

оранжевый

Ti О

3,5-2.5.

красный

Срок жизни звезды и то, во что она превращается в конце жизненного пути, полностью определяется ее массой. Рождение и смерть – ничтожно малые мгновенья в жизни звезды.

2.2 Диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Характеристика звёзд главной последовательности.

Датский астроном Э.Герцшпрунг и американский астроном –Г.Рассела в 1905- 1913гг установили сущестование зависимости между светимостью звёзд и температурой и изобразили её виде диаграммы Герцшпрунга-Рассела. Смысл же всей диаграммы ГР заключается в том, чтобы нанести на нее как можно больше экспериментально наблюдаемых звезд (каждая из которых представлена соответствующей точкой) и по их расположению определить некие закономерности их распределения по соотношению спектра и светимости.

Как оказалось звёзды не заполняют поле диаграммы равномерно, а образуют несколько последовательностей. С эволюционной точки зрения главная последовательность - это то место диаграммы Герцшпрунга-Рассела, на котором звезда находится большую часть своей жизни. Молодые звёзды малой массы (до трёх масс Солнца), находящиеся на подходе к главной последовательности, полностью конвективные. Это ещё по сути протозвёзды, в центре которых только-только начинаются ядерные реакции, и всё излучение происходит в основном из-за гравитационного сжатия. То есть светимость звезды убывает при неизменной эффективной температуре. По мере приближения молодой звезды к главной последовательности сжатие замедляется.

У звезды находящейся на главной последовательности потери энергии на излучения компенсируются за счет энергии, выделяющейся в ходе ядерных реакции. Излучение звезд поддерживается в основном за счет двух типов термоядерных реакций. У массивных звезд это реакции углерод-азотного цикла, а у маломассивных звезд типа Солнца это протон-протонные реакции. В первых углерод играет роль катализатора: сам не расходуется, но способствует превращению других элементов, в результате чего 4 ядра водорода объединяются в одно ядро гелия. Таким образом, «сжигая» водород в процессе термоядерной реакции, звезда не дает силам гравитационного притяжения сжать себя до сверхплотного состояния, противопоставляя гравитационному коллапсу непрерывно возобновляемое внутреннее термическое давление, в результате чего возникает устойчивое энергетическое равновесие. О звездах на стадии активного сжигания водорода говорят, что они находятся на «основной фазе» своего жизненного цикла или эволюции. Чем массивнее звезда, тем большим запасом водородного топлива она располагает, но для противодействия силам гравитационного коллапса ей приходится сжигать водород с интенсивностью, превосходящей по темпу роста темп роста запасов водорода по мере увеличения массы звезды . Таким образом, чем массивнее звезда, тем короче время ее жизни, определяемое исчерпанием запасов водорода, и самые крупные звезды в буквальном смысле сгорают за «какие-то» десятки миллионов лет. Самые мелкие звезды, с другой стороны, «безбедно» живут сотни миллиардов лет. Так что по этой шкале наше Солнце относится к «крепким середнякам».

90% звёзд, ближайших к Солнцу, образуют главную последовательность, пересекающую поле диаграммы от её верхнего левого угла к правому нижнему. В правом нижнем углу находяться звёзды поздних спектральных классов K , М с малой светимостью –красные карлики. В левом верхнем углу – звёзды ранних спектральных классов О,В- голубые гиганты, в середине последовательности располагается Солнце и ему подобные звёзды – жёлтые карлики.

Над главной последовательностью располагается группа гигантов поздних классов G ,К, М. с большой светимостью(Поллукс из созв. Близнецов). В верхнем правом углу находятся сверхгиганты (Бетельгейзе из созв. Ориона). На 1000 звёзд главной последовательности приходится один гигант, а на 1000 гигантов –один сверхгигант. . Красные гиганты и сверхгиганты в правом верхнем углу - это доживающие свой век звезды с до предела раздувшейся внешней оболочкой (через 6,5 млрд. лет такая участь постигнет и наше Солнце - его внешняя оболочка выйдет за пределы орбиты Венеры). Они излучают в пространство примерно то же количество энергии, что и звезды основного ряда, но, поскольку площадь поверхности, через которую излучается эта энергия, превосходит площадь поверхности молодой звезды на несколько порядков, сама поверхность гиганта остается относительно холодной.

Ниже основной последовательности располагается последовательность субкарликов и белых карликов с маленькой светимостью. Это очень горячие звезды - но очень мелкие, размером, обычно, не больше нашей Земли. Поэтому, излучая в космос относительно немного энергии, они, по причине весьма незначительной (на фоне других звезд) площади их поверхностной оболочки, светятся в достаточно ярком спектре, поскольку она оказывается достаточно высокотемпературной.

Вообще, по диаграмме Герцшпрунца-Рассела можно проследить весь жизненный путь звезды. Сначала звезда главной последовательности (подобная Солнцу) конденсируется из газо-пылевого облака (см. Гипотеза газопылевого облака) и уплотняется до создания давлений и температур, необходимых для разжигания первичной реакции термоядерного синтеза, и, соответственно появляется где-то в основной последовательности диаграммы ГР. Пока звезда горит (запасы водорода не исчерпаны), она так и остается (как сейчас Солнце) на своем месте в основной последовательности, практически не смещаясь. После того, как запасы водорода исчерпаны, звезда сначала перегревается и раздувается до размеров красного гиганта или сверхгиганта, отправляясь в правый верхний угол диаграммы, а затем остывает и сжимается до размеров белого карлика, оказываясь слева внизу. На самом деле, три этих последовательности на диаграмме ГР строго соответствуют трем этапам жизненного цикла звезд.

Прослеживается в диаграмме и зависимость месторасположения звезды от её массы. Массивные звёзды расположены над основной последовательностью. Нужно заметить, что звёзды одного спектрального класса,т.е. температуры могут быть гигантами и карликами, астрономы их отличают по виду спектральных линий(ширине, интенсивности.) В предложенной таблице прослеживается зависимость продолжительности жизни звезды на главной последовательности от её массы.

Интенсивность выделения энергии (светимость) звезд очень быстро возрастает с ростом их массы. Маленькие, холодные красные карлики медленно сжигают запасы водорода и остаются на главной последовательности сотни миллиардов лет, в то время как массивные сверхгиганты уйдут с главной последовательности уже через несколько миллионов лет после формирования. Поэтому более массивные звезды гораздо быстрее сжигают свое горючее, чем маломассивные.

Яркие массивные звезды верхней части главной последовательности (спектральные классы О, В и А) живут значительно меньше, чем звезды типа Солнца и еще менее массивные члены нижней части главной последовательности. Поэтому родившиеся одновременно с Солнцем звезды классов О, В и А уже давно закончили свою эволюцию, а те, что наблюдаются сейчас (например, в созвездии Ориона), должны были родиться относительно недавно. В окрестности Солнца встречаются звезды различного физического и эволюционного возраста.

Характеристика звёзд главной последовательности

Спектр.класс

Масса, Мс

Радиус,

R с

Светимость L с

Время жизни на ГП, года

Темпера-

тура, тыс.К

Цвет

17- 3, 2

9-2,8

30 000-100

8 ∙10 6 -400 ∙10 6

28-10

бело- голубой

3,2-1,5

2,8-1,25

100-4,8

400 ∙10 6 - 4 ∙10 9

10-7

белый

1,5-1,02

1,25-1,2

4,8-1,2

4 ∙10 9 -11∙10 9

желто –белый

1,02-0,74

1,02-0,74

1,2-0,35

11∙10 9 -17∙10 9

жёлтый

0,74-0,31

0,74-0,33

0,35-0,03

17∙10 9 -280 ∙10 9

5-3,5

оранжевый

2.3. Строение звезд. Модели некоторых типов звезд.

Строение звёзд зависит от массы и места которое она занимает на диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Приложение №7

В недрах ярких звездах верхней части главной последовательности происходит интенсивное перемешивание вещества (конвекция), подобно кипящей воде. Такую область называют конвективным ядром звезды. Чем больше звезда, тем большую её часть составляет конвективное ядро, в котором находится источник энергии. Перенос энергии от ядра осуществляется излучением.

У звезд нижней части главной последовательности (красных –карликах) конвективное ядро отсутствует. Термоядерные реакции протекают в центральной части ядра, являющейся лучистой зоной переноса энергии. В центральной области водород горит, превращаясь в гелий. Перенос энергии к поверхности звезды осуществляется конвекцией, с переносом вещества. Когда водород сгорает полностью, звёзды медленно сжимаются и за счёт энергии сжатия могут существовать ещё очень длительное время.

Солнце и подобные ему звёзды представляют собой промежуточный случай. У Солнца имеется маленькое конвективное ядро, но не очень чётко отделённое от остальной части. Ядерные реакции горения водорода протекают как в ядре, так и в его окрестностях. Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии, где она распространяется через поглощение и излучение веществом порций света – квантов. Плотность, температура и давление уменьшаются по мере удаления от ядра, и в этом же направлении идёт поток энергии. В целом процесс этот крайне медленный. Перенос энергии от центра к поверхности (фотосфере) длится миллионы лет. На своём пути через внутренние солнечные слои поток энергии встречает такую область, где непрозрачность газа сильно возрастает. Это конвективная зона Солнца. Здесь энергия передаётся уже не излучением, а конвекцией. Огромные потоки горячего газа поднимаются вверх, где отдают своё тепло окружающей среде, а охлаждённый солнечный газ опускается вниз.

У Красных гигантов имеют центральное небольшое изотермическое ядро из гелия, температура в пределах которого одинакова. Это ядро окружено узкой зоной, в которой происходят ядерные реакции, затем небольшая лучистая зона. Далее идет широкий слой, где энергия передается конвекцией. Белые карлики однородны и состоят из вырожденного газа.

2.4. Дальнейшая эволюция звезды, выход из главной последовательности. Звезда- красный гигант, взрыв сверхновой звезды.

В работе рассказывается об истории возникновения праздника День космонавтики, представлена краткая биография Юрия Алексеевича Гагарина.

Городская научно-практическая конференция учащихся

Секция «Астрономия»

Исследование переменности звезды А 382

шарового скопления Мессье 4

Еременко Максим,

Матейко Александр,

10 класс, ГБОУ ДОД СОДЭБЦ

Научный руководитель:

педагог дополнительного образования

ГБОУ ДОД СОДЭБЦ Заусаева О.Г .

Введение. 1. Об исследованиях переменных звезд ………………………………3

2. Шаровое звездное скопление М 4.…………………………………..4

3. Переменные звезды в М 4….………………………………..……… 5

Основная часть.

1. Определение блеска переменных звезд и способы их обработки. Построение кривой блеска. …………………………………………………………5

2. Переменные звезды в шаровых скоплениях……………………….7

3. Метод Лафлера – Кинмана………………………………………….8

Заключение…………………………………………………………………………...9

Библиографический список………………………………………………………..10

Приложение 1………………………………………………………………………11

Приложение 2………………………………………………………………………12 - 14

Введение .

Об исследованиях переменных звезд.

Переменность блеска – явление, широко распространенное в звездном мире. В широком смысле слова физически переменными звездами оказываются вообще все звезды: все они с большей или меньшей скоростью меняют блеск в силу процессов эволюции, многие из них пульсируют, испытывают вспышки и т.п.

Большое значение исследований переменных звезд для астрономии имеет ряд причин:

Во-первых, своими колебаниями блеска переменные звезды сами заявляют о своем существовании как объектов особенных. Методика открытия переменных звезд и их дальнейшей классификации не требует сложной специальной аппаратуры и мощных телескопов…

Во-вторых, обнаруженные у переменных звезд закономерности, связывающие их абсолютные величины с физическими характеристиками, дают возможность определять расстояние до каждой из них…

В-третьих, исследование физических процессов, развивающихся в атмосферах переменных звезд, а, может быть, и в их недрах, дает неисчерпаемый материал для понимания природы строения звезд. Сопоставление этих данных с пространственными и возрастными характеристиками сулит очень большие возможности в отношении понимания процессов развития звезд .

Сотни астрономов-специалистов и тысячи любителей исследуют переменные звезды. Одна только Американская ассоциация наблюдателей переменных звезд насчитывает свыше 2000 членов. Но все еще очень много звезд, даже ярких, остаются малоизученными, и это едва ли не самая благодарная и полезная для науки сфера деятельности любителей астрономии. Среди переменных звезд много уникальных объектов, находящихся на критических стадиях эволюции или составляющих двойные системы с компактными объектами. Вслед за любительскими наблюдениями, обнаруживающие интересные звезды, на них наводятся большие телескопы .

В конце 19 века развитие научной фотографии дало возможность получать на снимках изображения даже слабых звезд, применяя весьма скромные оптические средства. В ряде обсерваторий стали накапливаться коллекции фотографических снимков неба. Изучение звезд по снимкам дает возможность восстановить историю звезды. В частности, появилась возможность исследовать переменные звезды в шаровых скоплениях.

Цель нашей работы: попытаться определить тип переменности неисследованной звезды А 382 в шаровом скоплении М 4.

Для этого нужно решить следующие задачи :

обработать наблюдения;

построить кривую блеска;

исследовать кривую блеска на переменность.

Предмет исследования: переменные звезды шарового скопления М 4.

Объект исследования : звезда А 382.

Гипотеза : Возможно, это звезда типа RR Лиры.

Шаровое скопление М 4.

Шаровые скопления – самые старые звездные коллективы. Они образовались миллиарды лет тому назад, входившие в их состав звезды высокой светимости уже давно проэволюционировали и стали (в зависимости от массы) черными дырами, нейтронными звездами или белыми карликами. Звезды этих типов присутствуют в шаровых скоплениях.

Было обнаружено, что в некоторых из них очень много переменных звезд. В Третьем каталоге переменных звезд в шаровых скоплениях Сойер-Хогг содержатся данные о 2119 звезд.

Самым близким шаровым скоплением, по-видимому, является М 4 (NGC 6121), расположенным чуть больше 1к западу от Антареса. По определению A лькаино , его расстояние 1,75 пк. Если бы не закрывающая его темная туманность Скорпиона- Змееносца, оно было бы на 1.8 ярче и наблюдалось бы невооружённым глазом. Поглощение межзвёздной среды окрашивает свет, идущий от скопления, в красноватые тона, на фотографиях оно бывает слегка оранжевым или коричневатым. Скопление удаляется от нас со скоростью 70,4 км/с. В 1987 году в скоплении был обнаружен пульсар. Период его обращения = 3,0 мс, т.е. он делает более чем 300 оборотов в секунду, что в десять раз больше, чем у пульсара Крабовидной туманности. В августе 1995 г. космический телескоп "Hubble" сфотографировал белые карлики в М 4, которые являются одними из самых старых звёзд нашей Галактики. В июле 2003 г. с помощью всё того же космического телескопа на орбите одного из этих белых карликов была обнаружена планета. Эта планета, в 2,5 раза превышающая Юпитер по массе, является, возможно, столь же старой, как и само М 4, возраст которого оценен в 13 млрд. лет, что почти в три раза превышает возраст нашей Солнечной системы .

Это скопление – своего рода «подарок» для астрономов, служащий ближайшей лабораторией для изучения общих законов жизни этих старых звездных систем.

3. Переменные звезды в М 4.

В Третьем каталоге переменных звезд в шаровых скоплениях Х. Сойер-Хогг в М 4 числилось 43 переменных звезды, 41 – типа RR Лиры, одна звезда типа RV T ельца и одна, предположительно, неправильная .

В 1975 году Алькаино при проведении BV -фотометрии переменных звезд в шаровом скоплении М 4 были заподозрены в переменности еще пять звезд. . Некоторые из этих звезд (в частности, А 382) были пронаблюдены (но не обработаны) на Гиссарской астрономической обсерватории.

В 2001 году подготовлена компьютерная версия дополнения к каталогу Сойер-Хогг, составленная уже после смерти Х. Сойер-Хогг ее сотрудницей К. Кутс-Клемент . За 30 лет было открыто еще три десятка переменных звезд, но звезда А382 по-прежнему числится только заподозренной в переменности.

Перед нами была поставлена задача: обработать наблюдения, построить кривую блеска и попытаться определить тип переменности этой звезды.

Основная часть .

1. Определение блеска переменных звезд и способы их обработки . Построение кривой блеска.

Предоставленные нам наблюдения выполнены методом Нейланда-Блажко. В этом методе используются две звезды сравнения: одна с большим блеском (а ), а другая - с меньшим блеском (b ), чем переменная. Блеск наблюдаемой звезды v замыкается между этими звездами сравнения. Оценивается различие блесков между а и v , между b и v , а затем сравниваются интервалы блесков и между собой. Оценка записывается в виде a m v n b . Достаточное количество наблюдений переменной звезды, выполненных этим методом, позволяет определить шкалу блесков ее звезд сравнения. Разность блесков a и b , т.е. величина интервала , очевидно, равна m +n . Из каждой оценки получаем свое значение m +n и из них вычисляем среднее: суммируем все величины и делим на число индивидуальных определений. Обозначая блеск звезды а символом (а ), блеск b – (b ), …, получаем совокупность средних значений разностей:

(b ) – (a ) = ; (с ) – (b ) = ; (d ) – (c ) =… Количество разностей на одну меньше количества звезд сравнения. Поэтому для решения этой системы уравнений принимают блеск одной из звезд за нуль. Тогда (а ) = 0; (b )= ; (с ) = ; (d ) = … т.е. мы получили шкалу блеска звезд сравнения, (степени возрастают с ослаблением блеска звезды).

Следующий этап – преобразование степенной шкалы в звездные величины. Это можно сделать по формуле:

m = m + ps , (1)

где m – визуальная звездная величина звезды сравнения, s – ее блеск, выраженный в степенях, m - нуль-пункт шкалы степеней и p – цена степени. Напишем систему условных уравнений:

m = m + ps

m = m + ps

m = m + ps …

Решая эту систему способом наименьших квадратов, определяем m и p . Затем, подставляя в формулу степени s , вычисляем «улучшенные» или «индивидуальные» для данного наблюдателя звездные величины звезд сравнения. Подставляя степенное выражение блеска переменной звезды в формулу (1), можно вычислить ее соответствующую звездную величину .

Нами было обработано 235 наблюдений. Звездные величины звезд сравнения взяты из работы Алькаино . Вначале была получена степенная шкала звезд сравнения:

а = 0а = 13.47 (Зв. сравнения Алькаино)

b = 8 b = 14.21

c = 13 c = 14.75

Составив систему условных уравнений и решив ее способом наименьших квадратов, мы получили формулу для определения индивидуальных величин звезд сравнения:

m = 0.0979 s + 13.46

Теперь можно вычислить звездные величины из оценок блеска (они приведены в таблице 1 приложения 2).

Наблюдениями охвачен период Y .D .2440034 – 2443345 . Кривая блеска за весь период наблюдений показана на рис. 2. (приложение 1). На рис. 3 (приложение 1) показан характер изменения блеска в период наиболее плотных по времени наблюдений. Амплитуда изменения блеска ~ 0.5.

Для того, чтобы узнать, к какому типу переменности может принадлежать данная звезда, нам предстояло выяснить, переменные каких типов (с амплитудой около 0.5) встречаются в шаровых звездных скоплениях.

2. Переменные звезды в шаровых скоплениях.

Наиболее распространены в шаровых скоплениях переменные типа RR Лиры. Число звезд, уверенно относимых ко всем прочим типам переменности, составляет всего 8% от общего числа переменных звезд. Кроме звезд типа RR Лиры, в шаровых скоплениях известны цефеиды сферической составляющей (типа W Девы), звезды типа RW Тельца, типа Миры Кита, красные полуправильные и неправильные переменные, желтые полуправильные переменные (типа SRd ), новые звезды, переменные типа U Близнецов. Не исключено членство в шаровых скоплениях нескольких затменных-переменных . Из всех этих типов переменности небольшую амплитуду изменения блеска имеют только звезды типа RR с Лиры, а также неправильные и полуправильные переменные. Полуправильные переменные звезды (SR ) являются гигантами или сверхгигантами, обладающими заметной периодичностью, временами нарушаемой различными неправильностями в изменении блеска. Периоды полуправильных звезд заключены в очень широких пределах – приблизительно от 20 до 1000 дней, есть звезда с периодом 2070 дней. У неправильных переменных звезд (L ) изменения блеска лишены каких-либо признаков периодичности. Отнесение многих переменных к звездам типа L обусловлено часто лишь их недостаточной изученностью , .

Для того, чтобы проверить, не является ли данная звезда периодической переменной типа RR с Лиры или полуправильной SR , мы использовали программу Горанского В.П. (ГАИШ) «Эффект» для поиска периодических изменений блеска (методом Лафлера-Кинмана).

3. Метод Лафлера-Кинмана.

Метод Лафлера-Кинмана был предложен для определения периодов изменения блеска короткопериодических переменных звезд при ограниченном числе неточных разрозненных наблюдений, разделенных значительными промежутками времени. Испытывается ряд пробных периодов Р , заполняющих по определенному правилу интервал, в котором может содержаться искомый период Р. Для каждого пробного периода находятся фазы всех наблюдений; эти фазы располагаются в порядке их возрастания, а затем для звездных величин, соответствующих упорядоченным фазам, вычисляется значение параметра :

где N – число наблюдений. Параметр зависит от степени рассеяния точек относительно средней кривой блеска и принимает максимальные значения при хаотическом расположении этих точек. Период, соответствующий минимальному значению , в принципе должен быть близок к истинному .

Поиск периода велся в интервале Р = 0.2 - 1 (на случай, если звезда окажется типа RR Лиры) и в интервале 20 - 300 (если звезда – полуправильная). Ни в том, ни в другом случае период четко не выявляется. Поэтому было сделано заключение, что, звезда является, возможно, неправильной с небольшой амплитудой изменения блеска. Для окончательного вывода необходимо иметь более плотный ряд наблюдений, а также знание спектра переменной.

Заключение

В результате выполненной работы мы узнали, что такое шаровые скопления нашей Галактики, и какие переменные звезды в них встречаются.

Познакомились также с методами обработки и исследования переменных звезд;

Были обработаны 235 наблюдений звезды А382 в шаровом скоплении М 4 и построена кривая блеска (Y .D . 2440034 – 2443345);

Освоена работа с программой Горанского В.П. «Эффект»;

C делана попытка отыскать периодичность в изменении блеска данной переменной;

В заключение можно предположить, что звезда А382 является, возможно, неправильной с небольшой амплитудой изменения блеска. Для окончательного вывода необходимо иметь более плотный ряд наблюдений, а также знание спектра переменной.

Библиографический список.

Alcaino G. Astr. Ap. Suppl. S ., 21 , №1, 1975, 9.

Ерлексова Г.Е. Переменные звезды. Приложение, 2 , №10, 1975, 247.

Ефремов Ю.Н. Вглубь Вселенной. Звезды, галактики и мироздание. М.: УРСС, 2003, 68.

Самусь Н.Н. Переменные звезды. Сб. Звезды и звездные системы (под ред. Д.Я.Мартынова). М.: Наука, 1981, 119.

Самусь Н.Н. Шаровые звездные скопления. Сб. Звезды и звездные системы (под ред. Д.Я.Мартынова). М.: Наука, 1981, 218.

Сб. Методы исследования переменных звезд (под ред. В.Б.Никонова). М.: Наука, 1971, 308.

Сб. Пульсирующие звезды (под ред. В.Б.Никонова). М.: Наука, 1971, 350.

Sawyer H . DDO Publ, 3, № 6, 38, 1973.

Страйжис В. Звезды с дефицитом металлов. Вильнюс: Мокслас, 1982, 28.

Цесевич В.П. Переменные звезды и способы их исследования. М.: Педагогика, 1970, 166.

Цесевич В.П. Переменные звезды и их наблюдение. М.: Наука, 1980, 176.

. astro.utoronto.ca/~cclement/read.html

http://www.ka-dar.ru/files/GOR_WINEFK.zip

Астронет. Пресс-релиз STScl – 2003 – 19.

Приложение 1

Рис. 2. Кривая блеска за весь период наблюдений.

Рис. 3. Кривая блеска за период Y .D . 2440734 – 2440739.

Приложение 2.

Наблюдения переменной A 382 в шаровом скоплении М 4

Y .D .