Что такое звезда

Каждую секунду Солнце превращает около 4.26 миллиона тонн своей массы в свет и тепло.

Газовый шар, удерживаемый собственным притяжением

В ясную ночь каждая неподвижная светлая точка на небе представляет собой звезду: такое же солнце, как наше, только гораздо дальше. NASA описывает звёзды как гигантские шары горячего газа, преимущественно водорода с примесью гелия и небольшим количеством других элементов. Солнце мы можем изучать вблизи. По числу атомов его видимая поверхность состоит примерно из 91% водорода и 9% гелия; кислород, углерод, неон, азот, железо и некоторые другие элементы составляют миллионные доли.

В звезде непрерывно идёт борьба сил. Гравитация тянет каждую частицу газа к центру. Давление горячего газа действует наружу. При равновесии звезда сохраняет постоянный размер миллионы или миллиарды лет. Солнце настолько велико, что для этого равновесия нужно огромное давление в центре: модель NASA даёт центральное давление примерно в 250 миллиардов раз выше атмосферного на уровне моря и температуру около 15.7 миллиона кельвинов.

Откуда берётся энергия

При такой температуре ядра водорода, то есть одиночные протоны, сталкиваются достаточно сильно, чтобы сливаться. В цепочке реакций четыре протона в итоге образуют одно ядро гелия. Гелий весит немного меньше исходных четырёх протонов, а недостающая масса выделяется в виде энергии по формуле Эйнштейна E = mc². В справочных данных Солнца указана скорость превращения массы 4260 миллионов кг в секунду, или 4.26 миллиона тонн. Это кажется огромным числом, но масса Солнца составляет 1.9884 × 10³⁰ кг, так что топлива хватит на миллиарды лет.

Энергия выходит не сразу. По данным NASA, свет из ядра многократно рассеивается в зоне лучистого переноса, а затем поднимающиеся объёмы горячей плазмы переносят энергию вверх через конвективную зону. Путь от ядра до верхней границы конвективной зоны занимает около 170 000 лет. От поверхности солнечному свету нужно всего около 8.3 минуты, чтобы пересечь 149.6 миллиона км до Земли. Полная мощность излучения, светимость Солнца, равна 3.828 × 10²⁶ ватт. Астрономы используют её как единицу: звезда со светимостью 10 излучает энергию десяти Солнц.

Обычная звезда

Диаметр Солнца 1.39 миллиона км, в 109 раз больше земного; в его объёме поместилось бы 1.3 миллиона Земель. И всё же NASA называет его звездой среднего размера. В модели двигай ползунок «Масштаб» вправо: оранжевый гигант Арктур примерно в 25 раз шире Солнца, а Бетельгейзе примерно в 700 раз. Двигай влево: красный карлик Проксима Центавра, ближайшая после Солнца звезда, имеет лишь около одной седьмой солнечного диаметра. По оценке NASA, только в Млечном Пути больше 100 миллиардов звёзд, а во Вселенной их может быть до одного септиллиона, единицы с 24 нулями.

Обозначение Солнца G2 V. Буква G и цифра 2 описывают температуру поверхности, 5772 K, а римская цифра V указывает на карлик: звезду главной последовательности, в ядре которой ещё идёт синтез гелия из водорода. NASA оценивает возраст Солнца в 4.6 миллиарда лет: оно прожило чуть меньше половины своей жизни, и до того, как оно раздуется в красный гигант, остаётся около 5 миллиардов лет. Обе классификации объясняются в следующих уроках.