Zvaigznes kā smilšu graudi

Piena ceļš. Avots: http://www.eso.org

Skaidrā naktī un izejiet pagalmā un paverieties debesīs! Gandrīz 100% garantija, ka nekad nenožēlosiet to skatu, ko ieraudzīsiet!

Visas debesis ir kā nosētas ar tūkstošiem zvaigžņu punktiņu!
Lielākas un mazākas, spožākas un blāvākas, vienpates un bariņos – tās ir zvaigznes – brīnišķā nakts rota.

Nav tāda cilvēka, kas tādos naksnīgās debess novērojumu brīžos nav iedomājies par Visuma uzbūvi, par to, kas ir tur tālu, tālu pie vistālākās zvaigznes.

Nevar apgalvot, ka cilvēks zina daudz par Visuma uzbūvi. Visums ir novērots un pētīts, veikti aprēķini.
Cilvēces zināšanas pieaug, taču cik šie dati ir pilnīgi un precīzi?

Šajā rakstā NeoGeo.lv vēlas vienkāršā valodā informēt par dažiem galvenajiem jautājumiem, kuri pašreiz ir zināmi par vienu no Visuma elementiem – zvaigznēm.

Kas ir zvaigzne?

Zvaigzne ir debesu ķermenis, kurā notika, notiek vai notiks dabas radīts kodolsintēzes process.
Lai notiktu kodolsintēze, ir jābūt ļoti augstai temperatūrai un spiedienam, kā rezultātā tiek pārvarēts atomu kodolu atgrūšanās spēks un tie saplūst.
Tātad kodolsintēze ir process, kas „darbina” zvaigznes, tai skaitā mūsu Zemes „sildītāju” – Sauli.

Saules kodolā, kur ir 10 – 15 miljonu oC temperatūra, ūdeņradis kodolsintēzes reakcijā pārvēršas hēlijā. Šādā temperatūrā viela pārvēršas par plazmu, kurā elektroni ir pilnībā atdalīti no atomu kodoliem. Kodolsintēzes rezultātā atbrīvojas milzīgs enerģijas daudzums, kas uztur Sauli karstu.

Saule (attēls mainās automātiski uz pēdējo aktuālāko). Foto: http://sohowww.nascom.nasa.gov

Tādējādi lielāko daļu no zvaigznēm varam nosaukt par masīvām plazmas lodēm, kuras gravitācijas rezultātā ir izveidojušās no putekļu un gāzu vides (pārsvarā ūdeņraža un hēlija).

Lielāko daļu no savas dzīves cikla zvaigzne spīd, pateicoties kodolsintēzei tās dzīlēs, kā rezultātā atbrīvojas enerģija, kura tālāk nonāk līdz zvaigznes virsmai un tiek izstarota kosmosā elektromagnētiskā starojuma un dažādu elementārdaļiņu veidā.

Cik zvaigžņu Visumā?

Ar labu redzi apveltīts cilvēks skaidrās zvaigžņotās naktīs Zemes ziemeļu puslodē varot saskatīt ap 3 000 zvaigžņu. Tāds pats zvaigžņu daudzums ir redzams arī dienvidu puslodē – ap 3 000 zvaigznēm.
Izmantojot dažādas uzbūves un jaudas teleskopus, ieraugāmo zvaigžņu daudzums pieaug tūkstoškārt.

Neviens astronoms mūsdienās nespēs dot precīzu atbildi par kopējo zvaigžņu skaitu Visumā.
Zvaigznes Visumā nav „izsvaidītas” pa vienai, bet veido savdabīgus kopojumus milzu grupās, ko sauc par galaktikām. Galaktikās, kas ir ar kopēju gravitāciju sasaistītas sistēmas, bez zvaigznēm ir arī izdzisušu zvaigžņu atliekas, starpzvaigžņu mākoņi un cita starpzvaigžņu vide. Visi galaktikā esošie objekti rotē ap kopīgu masas centru.

Mūsu zvaigzne Saule atrodas Piena ceļa galaktikā.
Astronomi ir aprēķinājuši, ka tikai mūsu Piena ceļa galaktikā atrodas apmēram 100 miljardu (100 000 000 000) zvaigžņu!

Saule Piena ceļa galaktikā Foto:NASA

Bet, ja Visumā ir 100 miljardu galaktiku, tad iespējamais zvaigžņu skaits jau sniedzas astronomiskā skaitlī – 10 ²² ( 10 000 000 000 000 000 000 000)! Tas ir tikai ļoti, ļoti aptuvens pieņēmuma skaitlis, jo galaktikas Visumā ir dažādas.

Jebkurā gadījumā, saskaitīt visas zvaigznes ir nodarbe, kas pielīdzināma smilšu graudiņu saskaitīšanai Baltijas jūras pludmalēs. Neiespējami!

Jāatzīmē, ka Visumā nemitīgi dzimst jaunas zvaigznes un citas mirst.

Kā dzimst zvaigznes?

Zvaigznes dzimšana sākās gigantiskā molekulārā mākonī, kurā molekulu skaits vienā 1 cm³ telpas sasniedz vismaz 1 miljonu molekulu. Šādi milzu molekulārie mākoņi (diametrā 50 – 200 gaismas gadi) riņķo ap savas galaktikas centru līdz brīdim, kamēr notiek kādas būtiskas izmaiņas gravitācijā.

Zvaigznes dzimšana molekulārā mākonī. Foto:http://map.gsfc.nasa.gov

Gravitācijas kolapsu vai radikālu izmaiņu molekulārā mākoņa gravitācijā var izraisīt dažādi iemesli. Piemēram:
• divu molekulāro mākoņu sadursme;
• tuvākās novas vai pārnovas eksplozija;
• galaktiku sadursme.

Jebkurā gadījumā, Visuma radītā gravitācijas neviendabība molekulārajā mākonī izraisa procesu, kad gāzes molekulas gravitācijas ietekmē sāk saspiesties ap nākošās zvaigznes centru.
Šāds gāzu saspiešanās process norit ilgstoši un, piemēram, Saulei, tas noritēja 50 miljonus gadu.
Molekulu saspiešanās process izraisa temperatūras un spiediena pieaugumu.

Sarežģītu gravitācijas, temperatūras un spiediena mijiedarbības spēku rezultātā dzimst jauna zvaigzne. Sākas kodolsintēzes process, un sākas jaunas zvaigznes mūžs.

Cik ilgs zvaigžņu mūžs?

Zvaigžņu mūžs ir atkarīgs no to izmēra un var ilgt no miljoniem līdz miljardiem gadu. Galvenais zvaigznes mūža ilguma priekšnosacījums ir kodolsintēzei nepieciešamās degvielas (ūdeņraža) apjoms.

Kad ūdeņraža krājumi zvaigznē samazinās, tās apvalks izplešas, virsmas temperatūra pazeminās un zvaigzne kļūst par sarkano milzi. Tālākā zvaigznes evolūcija atkarīga no tās masas un arī no ķīmiskā sastāva.

Mūsu Saules mūžs tiek vērtēts, ka apmēram 4,5 – 5 miljardus gadi un ūdeņraža daudzums kodolsintēzes procesam būs pietiekams vēl apmēram 5 miljardiem gadu. Tālāk Saule pārvērtīsies par sarkano milzi un tad — par balto punduri.

Visumā visvairāk ir galvenās secības zvaigžņu, mazāk ir balto punduru un sarkano milžu, bet pārmilzu zvaigzņu ir pavisam nedaudz.
Galvenās secības zvaigznes tāpat kā Saule sastāv no ūdeņraža un hēlija, kā arī to uzbūve ir līdzīga Saules uzbūvei. To iekšienē notiek kodoltermiskās reakcijas, kurās ūdeņradis kodolsintēzes procesos pārvēršas hēlijā.

Sarkanais milzis. Foto:http://map.gsfc.nasa.gov

Sarkanajiem milžiem ir neliels blīvs kodols un milzīgs, retināts apvalks.
Baltie punduri ir zvaigznes vēlā attīstības stadijā, un tajos vairs nenotiek kodolsintēzes procesi. Tie izstaro savus enerģijas krājumus un pakāpeniski atdziest.

Kura ir Saulei tuvākā zvaigzne?

Interesanti ir tas, ka nav vienas zvaigznes, kas ir tuvākā Saulei, jo pārmaiņus vistuvākās Saulei ir veselas trīs zvaigznes.

Saules sistēmas tuvākie kaimiņi. Foto:http://wikipedia.org

Saulei tuvākā zvaigžņu sistēma ir Centaura Alfa, kura atrodas 4,36 gaismas gadu attālumā no Zemes.

Centaura Alfa ir trīskārša zvaigžņu sistēma, kas sastāv no dubultzvaigznēm Centaura Alfa A un Centaura Alfa B, ap kuru riņķo trešā, no Zemes ar neapbruņotu aci nesaskatāma zvaigzne — sarkanais punduris Centaura Proksima.
Divas galvenās zvaigznes Centaura Alfa A un Centaura Alfa B pieder pie galvenās secības zvaigznēm un pēc raksturlielumiem ir līdzīgas Saulei.

Centaura Alfa zvaigznes salīdzinot ar Sauli. Foto:http://wikipedia.org

Centaura Alfa zvaigžņu sistēmas vecums tiek lēsts pie 6 miljardiem gadu.
Abas Centaura Alfa zvaigznes pēc izmēra un masas ir ļoti līdzīgas Saulei.
Centaura Alfa A rādiuss ir aptuveni 1,23 reizes lielāks par Saules rādiusu (Saules rādiuss aptuveni 0,7 miljoni km) un arī masa aptuveni 1,1 reizes lielāka nekā Saulei (Saules masa aptuveni 2 000 000 000 000 000 000 000 000 000 tonnas). Savukārt Centaura Alfa B – rādiuss aptuveni 0,86 no Saules rādiusa un masa – aptuveni 0,9 no Saules masas.
Abas Centaura Alfa zvaigznes rotē ap kopējo masas centru ar apriņķošanas periodu – 79,24 gadi.

Sarkanā pundura Centaura Proksima diametrs un arī masa ir 7 reizes mazāks nekā Saulei.

Tā kā Centaura Alfa ir Saulei tuvākā zvaigžņu sistēma, tad fantastikas literatūrā un kino darbos šo zvaigžņu sistēmu bieži izmanto. Piemēram, režisors Džeims Kamerons Centaura Alfa sistēmā iekļāva izdomātu planētu Pandora, uz kuras norisinās fantastikas filmas „Avatar” darbība.

Kopumā 20 gaismas gadu attālumā apkārt Saulei atrodas aptuveni simts dažādas zvaigznes.

Kura no zvaigznēm ir vislielākā?

Par lielāko šobrīd zināmo zvaigzni uzskata VY Canis Majoris.

VY Canis Majoris ir sarkanais supergigants, kas atrodas Lielā suņa zvaigznājā aptuveni 4 900 gaismas gadu attālumā no Zemes.

Zvaigznes rādiuss (1,2 – 1,5 miljardi km) ir aptuveni 1 800 līdz 2 100 reizes lielāks par Saules rādiusu. Ja VY Canis Majoris novietotu Saules vietā, tad tā ārējā robeža atrastos vēl aiz Saturna orbītas. Gaismai vajag vairāk kā 8 stundas, lai pilnībā apriņķotu ap zvaigzni tās ekvatorā.

VY Canis Majoris ir līdz šim lielākā zināmā zvaigzne, bet nav izslēgts, ka Piena ceļa galaktikā ir vēl lielākas zvaigznes, kuras slēpjas aiz putekļu un gāzu mākoņiem. Kur nu vēl zvaigznes citās galaktikās, kuras neviens pat necer izpētīt pilnībā tuvākajā laikā!

Zvaigznes VY Canis Majoris stāvoklis tiek vērtēts, kā ļoti nestabils.
Izmantojot Habla kosmisko teleskopu, astronomi izteica pieņēmumu, ka tuvāko 100 000 gadu laikā VY Canis Majoris varētu beigt savu mūžu pārnovas sprādzienā.

Teorētiķus nodarbina jautājums par to, cik liela varētu būt teorētiski lielākā zvaigzne.
Zinātniece Roberta Hamfreija no Minesotas universitātes, kura izskaitļoja zvaigznes VY Canis Majoris izmērus, uzskata, ka vislielākās zvaigznes ir arī visaukstākās.

Lielākajām zvaigznēm vajadzētu būt aukstiem supergigantiem.
VY Canis Majoris temperatūra ir tikai 3 000 °C un masa 30 – 40 reizes lielāka nekā Saulei, kas norāda uz ļoti nelielu zvaigznes blīvumu. Zvaigznes blīvums ir tikai aptuveni 0,00001 kg/m³ (salīdzinājumam gaisa blīvums pie 0 °C ir 1,2929 kg/m³).

Roberta Hamfreija uzskata, ka lielākā, teorētiski iespējamā zvaigzne arī ir aptuveni VY Canis Majoris izmēra zvaigzne – 3000 °C karsta un 2600 reizes lielāka par Sauli.

Zvaigžņu lieluma salīdzināšanas video
httpv://www.youtube.com/watch?v=HEheh1BH34Q