Miluji jednoduché otázky, které končí komplikované – nebo alespoň ne přímé -. Například astronomové se otáčejí do uzlů se snaží definovat, co je planetaI když to vypadá, že byste to věděli, když to vidíte. Totéž platí pro měsíce; Ve skutečnosti Mezinárodní astronomická unie, oficiální strážce jmen a definic pro nebeské objekty, dokonce ani ne pokus Prohlásit, co je měsíc. To je pravděpodobně pro to nejlepší Protože to také není tak snadné.
A co hvězdy? Mají také nějakou chutnou definici?
Ve velmi širokém smyslu je hvězda jednoduše jedním z těch twinklingových bodů světla, které můžete vidět na noční obloze. Ale to není strašně uspokojivé v lexikologickém ani fyzickém termínu. Koneckonců, také víme, že Slunce je hvězda – ale podle definice to nikdy nevidíme na noční obloze Země a rozhodně to není tečka (Pokud si to nehlížíte z dobře minulého Pluta, to je).
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Pokud nás taková základní definice zanechá trochu suché, možná můžeme udělat lépe. Od staletí vědeckých pozorování a teoretické fyziky můžeme říci více. Hvězdy jsou masivní, horké a zhruba sférické. Jsou drženi pohromadě svou vlastní gravitací a skládají se z plazmy (plyn se zahřívá natolik, že elektrony jsou zbaveny atomů složek). A samozřejmě jsou světelné. Oni leskcož je pravděpodobně jejich nejzákladnější charakteristika.
To je jistě popisné, ale stále nám to neřekne, co je hvězda je. Co se liší od planety, řekněme, planeta? Může existovat nejmenší hvězda nebo největší?
Abychom rozumně odpověděli na takové otázky, musíme pochopit základní mechanismus, který na prvním místě činí hvězdu. Pak můžeme toto porozumění použít k lepšímu definování toho, co je nebo není hvězda.
Historicky byli astronomové o tom už nějakou dobu ve tmě. Bylo navrženo mnoho mechanismů, ale až do počátku 20. století se kvantová mechanika přišla na záchranu a představila lidstvo (k lepšímu nebo horšímu) konceptu jaderné fúze. V tomto procesu by subatomické částice, jako jsou protony a neutrony – a dokonce i celá atomová jádra – by mohly být rozbita dohromady, spojující se a vytvořily těžší jádra a uvolnily obrovské množství energie.
V jádru hvězdy Fusion zabírá úžasnou teplotu a tlak, který je poskytován drtivou gravitací převyšující hmoty hvězdy. Aby byla hvězda relativně stabilní, musí být vnější síla energie generované fúzí v jeho jádru vyváženo vnitřním tahem gravitace hvězdy.
Existuje několik různých cest pro fúzi ve hvězdách, jako je Slunce, ale nakonec oba přinášejí v podstatě stejný výsledek: čtyři vodíková jádra (každá jeden proton) plus různé další subatomické částice se spojují dohromady za vzniku jádra helia a tento proces vystřelí spoustu vysoce energetického záření jako vedlejšího produktu. Na slunci tento proces přeměňuje asi 620 milionů metrických tun vodíku na helium každou sekundu. To vytváří dostatek energie, dobře, pohánějí hvězdu.
Kritickým aspektem je, že jakmile tato reakce začne v jádru hvězdy, pokračuje tak dlouho, dokud existuje dostatek jaderného materiálu, aby jej podpořil. A zatímco se spojuje stovkami milionů metrických tun za sekundu, zní pro vás a mě hodně, pro hvězdu, je to nekonečně nepatrně zlomek jeho hmoty, což jí umožňuje neustále lesknout miliardy let.
Nyní tedy můžeme s větší jistotou říci, co je hvězda: obrovská gravitačně vázaná hmota světelné plazmy, ve které je energie generovaná z trvalé jaderné fúze v jejím jádru vyvážena gravitací. Huzzah!
Kromě (a ty věděl Přicházelo „kromě“) je k udržení fúze potřebná dolní hranice teploty a tlaku.
U normálních hvězd je to asi 75násobek hmotnosti Jupiteru nebo jedna dvanáctý hmotnost slunce. Pod touto hmotností není dostatek tlaku na to, aby se zahájil proces fúze. Možná si však můžete všimnout, že nikdo netrpělivě prohlásí nic desítky, které je za to, že je „planetou“. Obecně, Objekty Middling příliš masivní na to, aby byly planety, ale příliš lehké na to, aby se staly hvězdami, se nazývají hnědé trpaslíci.
To je místo, kde jsou věci nejasné – protože se ukáže, že hnědí trpaslíci mohou také udržet určité druhy fúzních reakcí. Například v atomovém jádru spojují deuterium, izotop vodíku s extra neutronem. Někteří mohou dokonce spojit lithium s protony za vzniku berylia a oba tyto procesy se mohou vyskytnout při nižších teplotách a tlacích než standardní fúze „jednorázového vodíku“, kterou jsem popsal dříve. Hnědí trpaslíci mohou takové podmínky udržet ve svém jádru, i když pouze po pouhých desítkách milionů let. Otázkou však zůstává: Jsou tyto objekty hvězdy?
Pro jednoduchost by astronomové raději udržovali hnědé trpaslíky ve své vlastní skupině a neřekli jim hvězdy. (Možná bychom mohli říci, že projdou krátkou „hvězdnou fází“ fúze poté, co se narodili.) Většina z nás by tedy řekla, že hvězda musí udržovat fúzi vodíku s jedním protonem. Je to stále trochu svévolné – dokonce i po všem tento Fusion se nakonec zastaví, i když to může trvat až několik bilionů let pro některé pomalu hořící hvězdy. Ale nastavení tohoto jasného limitu dává smysl.
Hvězdy mají také horní hranici své hmoty. Masivní hvězdy gravitačně stisknou jejich jádro ještě těžší, což může výrazně zvýšit rychlost fúzních reakcí. Ale to zase nesmírně zvyšuje produkci energie, takže hvězda činí teplejší a jasnější. Pokud se hvězda stane příliš masivní, může se stát tak světelným, že se doslova roztrhá. Tento limit není dobře definován, ale je to někde v sousedství 200násobku hmotnosti slunce. Vidíme hvězdy poblíž této horní hranice, například Eta CarinaeA jsou násilně nestabilní, házeny hvězdnými paroxysmy, které vyfukují plyn do humongous eruptions.
Co se tedy stane, poté, co hvězda vyčerpá jaderné palivo? Nakonec vodík dojde a zanechává jádro vyrobené z helia. To se může dostat velmi komplikované, ale některé masivní hvězdy pak mohou toto helium spojit do těžších prvků a ty prvky do těžších. Pro skutečné hvězdné těžké váhy—Stars s více než osminásobkem hmoty slunce – konec přichází jako katastrofická exploze supernovy, která zanechává za sebou neutronová hvězda nebo černá díra. Menší, více sluneční hvězdy mají více uklidňujícího zániku Nakonec odfoukne své vnější vrstvy, aby odhalily své husté, horké jádro do vesmíru. Tyto pomalu chladné hvězdné mrtvoly nazýváme bílé trpaslíky.
Kromě černých děr – které jsou tak extrémní, že si zaslouží kategorii, mají astronomové tendenci odkazovat na tyto hvězdné zbytky jako na hvězdy, ale lexikologie je nebezpečnější. Tyto objekty byly součástí hvězdy, která kdysi utrpěla fúzi, ale už ne. Takže když můžeme volání Hvězdy, víme, že se odlišují od „pravidelných“ hvězd, jako je Slunce. Laypeople je trochu matoucí, ale astronomové mají nejrůznější podmínky, které začaly s dobrými úmysly, ale jsou nyní zastaralé nebo by měly být zastaralé.
To dává smysl; Koneckonců, hlavním principem vědy je to, že učí se. Dostáváme více dat a změníme názor, i když podmínky, které používáme, mohou chvíli dohnat. Takže prozatím jsme uvízli několika slovy, která možná (doufejme) vypadnou v budoucnu.
Planety, měsíce, hvězdy: Astronomové znají rozdíl a vědí, že na okrajích mohou tyto podmínky krvácet do sebe. Přes fuzzy hranice těchto kategorií je rozpoznávání rozdílů mezi objekty uvnitř nich, co nám pomáhá pochopit vesmír ještě lépe.
