Номер 2, страница 387 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

2. Чем различаются звёзды одного спектрального класса, но принадлежащие к разным группам?

Звёзды, принадлежащие к одному спектральному классу (например, классу G), имеют одинаковую или очень близкую температуру поверхности. Температура определяет, какие химические элементы в атмосфере звезды ионизированы и какие спектральные линии поглощения будут наиболее заметны в её спектре.

Однако звёзды одного и того же спектрального класса могут принадлежать к разным группам, которые называются классами светимости (например, карлики, гиганты, сверхгиганты). Эти группы обозначаются римскими цифрами (I, II, III, IV, V) и указывают на абсолютную светимость звезды.

Основное различие между звёздами одного спектрального класса, но разных классов светимости, заключается в их физических характеристиках, которые вытекают из их размера и стадии эволюции:

1. Светимость и радиус. При одинаковой температуре ($T$) светимость звезды ($L$) прямо пропорциональна площади её поверхности, а значит, квадрату её радиуса ($R$). Это описывается законом Стефана-Больцмана: $L = 4\pi R^2 \sigma T^4$. Следовательно, чтобы звёзды с одинаковой температурой имели разную светимость, они должны иметь разные радиусы. Например, сверхгигант (класс светимости I) будет иметь в сотни раз больший радиус и, соответственно, будет в тысячи и миллионы раз ярче, чем звезда-карлик (класс V) того же спектрального класса.
2. Плотность и давление в атмосфере. Звёзды-гиганты и сверхгиганты имеют огромные, но очень разреженные внешние слои. Плотность и давление в их атмосферах значительно ниже, чем в атмосферах более компактных звёзд-карликов.
3. Ширина спектральных линий. Это ключевое наблюдательное различие. В плотных атмосферах звёзд-карликов частицы чаще сталкиваются друг с другом, что приводит к уширению линий поглощения в спектре (так называемое "уширение давлением"). В разреженных атмосферах гигантов и сверхгигантов столкновения происходят реже, поэтому их спектральные линии оказываются более узкими и чёткими. Именно по ширине спектральных линий астрономы определяют класс светимости звезды.
4. Стадия эволюции. Звёзды разных классов светимости находятся на разных этапах своей жизни. Звезда-карлик (класс V) находится на главной последовательности и сжигает водород в своём ядре. Звезда-гигант (класс III) уже исчерпала водород в ядре и сошла с главной последовательности. Сверхгигант (класс I) — это массивная звезда на поздних стадиях своей эволюции.

Ответ: Звёзды одного спектрального класса, но принадлежащие к разным группам (классам светимости), имеют одинаковую температуру, но кардинально различаются по своим размерам (радиусу) и светимости. Это, в свою очередь, ведёт к различиям в плотности их атмосфер и проявляется в наблюдаемых спектрах: у более крупных звёзд (гигантов и сверхгигантов) спектральные линии уже, чем у меньших по размеру звёзд-карликов. Также они находятся на разных стадиях эволюционного развития.