Номер 5, страница 273 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

5. Как определяют истинную светимость звезд?

Как определяют истинную светимость звезд?

Истинная светимость звезды ($\text{L}$) — это полная энергия, которую звезда излучает в пространство за единицу времени. Это фундаментальная внутренняя характеристика звезды, в отличие от видимого блеска, который зависит от расстояния до наблюдателя. Определить светимость напрямую нельзя.

Ключевой принцип для определения светимости — это закон обратных квадратов для света. Чтобы найти светимость $\text{L}$, необходимо знать две величины: освещённость $\text{E}$ (или видимый блеск), создаваемую звездой на Земле, и расстояние $\text{r}$ до звезды. Связь между этими величинами выражается формулой: $L = 4 \pi r^2 E$

Таким образом, задача сводится к определению этих двух величин.

Освещённость $\text{E}$ измеряется с помощью фотометров — приборов, которые регистрируют поток света от звезды. В астрономии для этого используется шкала видимых звёздных величин ($\text{m}$), которая логарифмически связана с освещённостью.

Определение расстояния $\text{r}$ является наиболее трудной задачей и выполняется различными методами в зависимости от удалённости объекта:
• Метод годичного тригонометрического параллакса: самый точный и прямой метод для близких звёзд. Он основан на измерении видимого смещения звезды на небесной сфере, вызванного обращением Земли вокруг Солнца. Расстояние $\text{r}$ в парсеках вычисляется как $r = 1/p$, где $\text{p}$ — параллакс в угловых секундах.
• Использование «стандартных свеч»: для далёких звёзд и галактик. Это класс астрономических объектов, истинная светимость которых известна. Измерив их видимый блеск, можно вычислить расстояние. Важнейшими стандартными свечами являются цефеиды (пульсирующие звёзды, у которых период пульсаций строго связан со светимостью) и сверхновые типа Ia (взрывы звёзд, имеющие почти одинаковую максимальную светимость).
• Метод спектрального параллакса: по спектру звезды определяют её температуру (спектральный класс) и размер (класс светимости). Это позволяет найти её место на диаграмме Герцшпрунга — Рассела и, таким образом, определить её абсолютную звёздную величину ($\text{M}$), которая является мерой истинной светимости. Сравнивая абсолютную величину $\text{M}$ с видимой $\text{m}$, вычисляют расстояние $\text{r}$ в парсеках по формуле модуля расстояния: $m - M = 5 \lg(r/10)$.

После того как расстояние до звезды определено одним из методов и её видимый блеск измерен, астрономы вычисляют её истинную светимость.

Ответ: Истинную светимость звезды определяют расчётным путём на основе двух измеряемых величин: её видимого блеска (освещённости) и расстояния до неё. Видимый блеск измеряют фотометрическими методами. Расстояние является ключевым и наиболее сложно определяемым параметром; для его нахождения используют метод тригонометрического параллакса (для близких звёзд), метод «стандартных свеч» вроде цефеид (для далёких объектов) или метод спектрального параллакса. Зная расстояние $\text{r}$ и освещённость $\text{E}$, светимость $\text{L}$ находят по формуле закона обратных квадратов $L = 4 \pi r^2 E$.