pedagogick? v?dy

• Kulkov Alexej Vladimirovi?, mistr, student
• Smolensk? st?tn? univerzita, Smolensk

• FYZIKA
• HV?ZDY
• PRAKTICK? PR?CE
• ASTRONOMIE
• HERTZSHPRUNG-RUSSELL DIAGRAM
• PO??TA?

P??sp?vek p?edstavuje praktickou pr?ci z astronomie „Vypl?ov?n? Hertzsprung-Russellova diagramu“, jej?? realizace je zalo?ena na vyu?it? po??ta?ov?ho programu Stellarium – virtu?ln? planet?rium a vyu?it? dovednost? vyhled?v?n? informac? na internetu. P?i pr?ci se ??ci seznamuj? s fyzik?ln?mi vlastnostmi r?zn?ch hv?zd, utv??ej? si p?edstavu o typech hv?zd a jejich odli?nostech.

• Nutnost a metody v?uky astronomick?ho materi?lu ve ?koln?m kurzu fyziky
• Porovn?n? programovac?ch jazyk? na p??kladu ?azen? pol?
• ?e?itelsk? individu?ln? z?v?re?n? projekt student? fyziky
• Hlavn? pot??e s porozum?n?m ?e?i sluchem, jejich p?ekon?n?

V r?mci kurzu fyziky v 11. ro?n?ku je vyhrazeno mal? mno?stv? ?asu na studium ??sti "Astronomie". Nap??klad pro z?kladn? ?rove? jsou p?id?leny pouze asi 3-4 hodiny a pro ?rove? profilu - 6-8 hodin [ivf]. Tento ?as nesta?? na ?pln? vysv?tlen? astronomick?ho materi?lu ?kol?k?m a jejich asimilaci jimi. Povzbu?te studenty k samostatn?mu studiu p?edm?tu (nebo alespo? k jeho sezn?men?) t?m, ?e jim v?t?p?te z?jem o astronomii. Nejv?t?? z?jem bude o studium astronomie na po??ta?i, tedy vyu?it? po??ta?ov?ch program?, virtu?ln?ch laborato??, interaktivn?ch model? a tak d?le. Astronomie je v?da, kter? se vyzna?uje nep??stupnost? jev? a proces? smyslov?mu vn?m?n?, abstraktnost? pojm? a integrac? znalost? z r?zn?ch obor?. V?t?inu vesm?rn?ch a univerz?ln?ch objekt?, jejich pohyb a strukturu nelze vid?t „na?ivo“, v tomto p??pad? p?ich?zej? na pomoc po??ta?ov? n?stroje. Mezi takov?mi objekty lze rozli?it hv?zdy.

N?sleduje praktick? pr?ce z astronomie „Vypl?ov?n? Hertzsprung-Russellova diagramu“, jej?? realizace je zalo?ena na vyu?it? po??ta?ov?ho programu Stellarium – virtu?ln? planet?rium a vyu?it? dovednost? vyhled?v?n? informac? na internetu. P?i pr?ci se ??ci seznamuj? s fyzik?ln?mi vlastnostmi r?zn?ch hv?zd, utv??ej? si p?edstavu o typech hv?zd a jejich odli?nostech.

Praktick? pr?ce "Vypl?ov?n? Hertzsprung-Russellova diagramu"

C?le pr?ce:

1. Upevnit teoretick? materi?l na t?ma "Charakteristika hv?zd."
2. Z?skejte praktick? dovednosti v pr?ci s programem Stellarium a vyhled?v?n? informac? na internetu.
3. Vypl?te Hertzsprung-Russell diagram.

Pokrok

Cvi?en? 1. Zapi?te si f?ze v?voje hv?zd (?ivotn? dr?hu hv?zdy).

Oblak mezihv?zdn?ho plynu ?

?kol 2. Vypl?te Hertzsprung-Russell diagram (obr?zek 1).

Obr?zek 1. Hertzsprung?v-Russell?v diagram

Postup pro vypln?n? diagramu:

1. K vypln?n? grafu budete pot?ebovat n?sleduj?c? ?daje o hv?zd?ch: spektr?ln? typ, sv?tivost (ve sv?tivosti Slunce) a teplotu hv?zdy. Ke zji??ov?n? t?chto ?daj? se pou??v? program "Stellarium" (virtu?ln? planet?rium) a web "Wikipedie - bezplatn? encyklopedie".
2. Otev?ete program Stellarium. P?izp?sobte si rozhran? programu Stellarium v panelu nastaven? (panel nastaven? vypad? jako na obr?zku 2)

Aktivujte n?sleduj?c? ikony: "N?zev souhv?zd?", "Linie souhv?zd?". Deaktivujte n?sleduj?c? ikony: "Zem?", "Atmosf?ra". Ve v?sledku se v?m naskytne pohled na hv?zdnou oblohu s n?zvy souhv?zd? a jejich obrysy. Obr?zek 3 ukazuje souhv?zd? Velk? medv?dice.

1. Pro vypln?n? tabulky mus?te vybrat 1 souhv?zd? obsahuj?c? alespo? 4 hv?zdy.
2. Klikn?te na hv?zdu v souhv?zd?. V d?sledku toho se v lev?m horn?m rohu obrazovky objev? informace o hv?zd? (obr?zek 4).

1. Z obdr?en?ch informac? budou pro vypln?n? diagramu pot?eba n?sleduj?c? ?daje: spektr?ln? t??da a absolutn? magnituda.
2. Podle hodnoty absolutn? hv?zdn? velikosti zjist?te hodnotu sv?tivosti hv?zdy ve sv?tivosti Slunce pomoc? vzorce:

,

kde je sv?tivost hv?zdy ve sv?tivosti Slunce ( L 0 - sv?tivost slunce), M 0 - absolutn? velikost Slunce, rovna +4,83, M je absolutn? velikost hv?zdy.

1. Postupujte podle tohoto odkazu https://en.wikipedia.org pro vstup na str?nku "Wikipedie - bezplatn? encyklopedie". Do vyhled?vac?ho pole zadejte n?zev vybran? hv?zdy a klikn?te na hledat. Zobraz? se datov? str?nka pro vybranou hv?zdu. V sekci "Fyzik?ln? charakteristiky" najd?te informace o teplot? hv?zdy, jej?m spektr?ln?m typu a sv?tivosti (obr?zek 5).

Porovnejte z?skanou hodnotu sv?tivosti ve sv?tivosti Slunce, kter? je vypo?tena podle vzorce a uvedena na webu Wikipedie.

1. K vypln?n? Hertzsprung-Russellova diagramu tedy existuj? v?echny pot?ebn? ?daje: spektr?ln? typ, sv?tivost (v jednotk?ch slune?n? sv?tivosti) a teplota hv?zdy. Um?st?te vybranou hv?zdu na mapu podle z?skan?ch dat.
2. Postupujte podle krok? d-h pro v?echny hv?zdy ve vybran?m souhv?zd?.
3. Ud?lejte z?v?r o typech hv?zd zahrnut?ch do souhv?zd?, kter? jste si vybrali.

Pozn?mka: Pro sta?en? programu Stellarium klikn?te na odkaz http://www.stellarium.org/ru/ nebo pou?ijte QR k?d zobrazen? na obr?zku 6.

Tuto praktickou pr?ci lze student?m nab?dnout jako dom?c? ?kol i p?i pr?ci ve t??d?. P?i pr?ci ve t??d? je vhodn? t??du rozd?lit do skupin, z nich? ka?d? nab?dne svou vlastn? konstelaci. P?i kolektivn? skupinov? pr?ci si m??ete Hertzsprung-Russell?v diagram vytisknout na velk? form?t a pov?sit na tabuli a vypln? se hromadn?, kdy? ka?d? skupina spln? ?kol.

V r?mci praktick? pr?ce „Vypl?ov?n? Hertzsprung-Russellova diagramu“ si studenti utv??ej? nejen p?edstavy o z?kladn?ch pojmech astronomie, ale tak? rozv?jej? dovednosti skupinov? pr?ce, badatelsk? schopnosti a dovednosti vyhled?v?n? informac?, jejich zpracov?n? a prezentaci v dostupn?m prost?ed?. formul??.

Mezi charakteristikami hv?zd existuje vztah. Byl objeven p?ed v?ce ne? 80 lety - v roce 1914.

Hertzsprung-Russell diagram

Hv?zdy zn?zorn?me jako body na Hertzsprung-Russellov? diagramu, kde jsou spektr?ln? t??dy (nebo jim odpov?daj?c? barevn? indexy) vyneseny pod?l osy ?se?ky a absolutn? hodnoty, kter? jsou m?rou sv?tivosti odpov?daj?c?ch hv?zd, jsou pod?l svisl? osy (obr. 1). Z obr. 1 je vid?t, ?e hv?zdy na tomto diagramu nele?? n?hodn?, ale tvo?? jasn? vyj?d?en? posloupnosti. V?t?ina hv?zd se nach?z? v relativn? ?zk?m p?smu t?hnouc?m se od lev?ho horn?ho rohu diagramu k prav?mu doln?mu rohu. Jedn? se o takzvanou „hlavn? sekvenci“ hv?zd. V prav?m horn?m rohu jsou hv?zdy seskupeny do pom?rn? neuspo??dan? hromady. Jejich spektr?ln? t??dy jsou G, K a M a jejich absolutn? hodnoty jsou v rozmez? (+2)-(-6). ??k? se jim „?erven? ob?i“, i kdy? jsou mezi nimi ?lut? hv?zdy. Nakonec v lev?m doln?m rohu diagramu vid?me mal? po?et hv?zd. Jejich absolutn? magnitudy jsou slab?? ne? +10 a jejich spektr?ln? typy se pohybuj? od B do F. Jedn? se tedy o velmi hork? hv?zdy s n?zkou sv?tivost?. N?zk? sv?tivost p?i vysok? povrchov? teplot? v?ak m??e b?t zjevn? pouze tehdy, kdy? jsou polom?ry hv?zd dostate?n? mal?. V t?to ??sti diagramu spektrum-sv?tivost jsou tedy velmi mal? hork? hv?zdy. Takov? hv?zdy se naz?vaj? „b?l? trpasl?ci“.

Po?et bod? na diagramu "spektrum - sv?tivost" na obr. 1 ned?v? spr?vnou p?edstavu o relativn?m po?tu hv?zd r?zn?ch t??d v Galaxii. Nap??klad v tomto diagramu je ne?m?rn? mnoho ob??ch hv?zd s vysokou sv?tivost? ve srovn?n? s "trpasl?ky" s n?zkou sv?tivost?. Je to d?no podm?nkami pozorov?n?: d?ky vysok? sv?tivosti jsou ob?i viditeln? z velmi velk?ch vzd?lenost?, zat?mco mnohem po?etn?j?? trpasl?ci na takov? vzd?lenosti jsou velmi obt??n? pozorovateln? (pokud mluv?me o spektr?ln?ch pozorov?n?ch).

Hertzsprung-Russell diagram pro bl?zk? hv?zdy

Ur?itou p?edstavu o relativn?m po?tu hv?zd r?zn?ch sekvenc? lze z?skat vynesen?m do diagramu "spektrum - sv?tivost" v?echny hv?zdy, bez v?jimky, um?st?n? ve vzd?lenosti nep?esahuj?c? 5 ps (16,3 sv?teln?ch let) od Slunce. Takov? sch?ma je na obr.2. Pozoruhodn? je absence alespo? jednoho obra. Prav? doln? ??st hlavn? sekvence je ale vyj?d?ena velmi jasn?. Vid?me, ?e v tomto kulov?m objemu o polom?ru 5 ps (zcela typick? pro Galaxii) je naprost? v?t?ina hv?zd slab?? a chladn?j?? ne? Slunce. Jedn? se o takzvan? „?erven? trpasl?ky“ le??c? v prav? doln? ??sti hlavn? sekvence. Na?e Slunce je zakresleno na stejn?m diagramu. Pouze t?i hv?zdy (z asi 50 v tomto objemu) vyza?uj? siln?ji ne? Slunce. Toto je Sirius – nejjasn?j?? z hv?zd viditeln?ch na obloze, Altair a Procyon. Ale na obr. 2 vid?me p?t b?l?ch trpasl?k?. Z prost?ho faktu, ?e tak znateln? mno?stv? b?l?ch trpasl?k? je pozorov?no v mal?m objemu o polom?ru 5 ks, vypl?v?, ?e jejich po?et v cel? Galaxii je velmi velk?. V?po?ty ukazuj?, ?e po?et b?l?ch trpasl?k? v na?em hv?zdn?m syst?mu se rovn? p?inejmen??m n?kolika miliard?m a mo?n? dokonce v?ce ne? 10 miliard?m (p?ipome?me, ?e celkov? po?et hv?zd v?ech typ? v cel? Galaxii je asi 50 miliard). Po?et b?l?ch trpasl?k? je desetitis?ckr?t v?t?? ne? u obr? s vysokou sv?tivost?, tak hojn? zastoupen?ch v diagramu na obr. 1. Tento p??klad p?esv?d?iv? ukazuje, jakou v?znamnou roli v astronomii (ale i v jin?ch p??rodn?ch v?d?ch) hraje pozorovac? v?b?r.

V diagramu "spektrum - sv?tivost" (nebo "barva - sv?tivost") jsou krom? vyzna?en? hlavn? sekvence a seskupen? ?erven?ch obr? a b?l?ch trpasl?k? je?t? n?kter? dal?? sekvence. Ji? na obr. 1 je na?rtnut sled hv?zd, kter? se nach?z? pon?kud pod tou hlavn?. Jde o takzvan? „podtrpasl?ky“. I kdy? je t?chto hv?zd v bl?zkosti Slunce pom?rn? m?lo, jejich po?et je obrovsk? v centr?ln?ch oblastech Galaxie, stejn? jako v kulov?ch hv?zdokup?ch. Subtrpasl?ci jsou sp??e slab? koncentrov?ni sm?rem ke galaktick? rovin?, ale velmi siln? sm?rem ke st?edu na?eho hv?zdn?ho syst?mu. Podle v?eho jsou nejpo?etn?j??m typem hv?zd v Galaxii. Subtrpasl?ci se od hv?zd hlavn? posloupnosti li?? relativn? n?zk?m mno?stv?m t??k?ch prvk?. Rozd?l v chemick?m slo?en? je d?vodem rozd?lu sv?tivosti p?i stejn? teplot? povrchov?ch vrstev.

Skute?nost, ?e diagram "spektrum - sv?tivost" ?zce souvis? s probl?mem hv?zdn? evoluce, astronomov? intuitivn? poc?tili hned po objeven? tohoto diagramu. Nejprve se p?edpokl?dalo, ?e se hv?zdy vyv?jely hlavn? pod?l hlavn? sekvence. Podle t?chto naivn?ch p?edstav je p?vodn? vytvo?en? hv?zda ?erven?m obrem, jeho? teplota se p?i smr??ov?n? zvy?uje, a? se zm?n? v „modr?ho obra“, um?st?n?ho v lev?m horn?m rohu diagramu spektr?ln? sv?tivosti. Jak se vyv?j? pod?l hlavn? sekvence, st?v? se „studen?j??m“ a m?n? vyza?uje. Ozv?nou t?chto my?lenek je terminologie, kter? mezi astronomy st?le existuje: spektr?ln? typy O, B, A a ??ste?n? F se naz?vaj? „ran?“ a G, K, M se naz?vaj? „pozdn?“. Pokud p?jdeme po hlavn? posloupnosti od spektr?ln?ch typ? O-B po K-M, pak hmotnosti hv?zd plynule klesaj?. Nap??klad hv?zdy t??dy O maj? hmotnosti dosahuj?c? n?kolika des?tek hmotnost? Slunce a hv?zdy B maj? p?ibli?n? 10.

Slunce m? spektr?ln? typ G2 (viz obr. 2). Hv?zdy pozd?j??ch t??d ne? Slunce maj? men?? slune?n? hmotnost. Trpasl?ci spektr?ln?ho typu M maj? hmotnost asi 10kr?t men?? ne? hmotnost Slunce. Jeliko? se hmota i sv?tivost pr?b??n? m?n? pod?l hlavn? sekvence, existuje mezi nimi empirick? vztah. Obr?zek 3 ukazuje vztah mezi hmotnost? a sv?tivost? u hv?zd hlavn? sekvence.

Diagram hmotnosti a sv?tivosti pro hv?zdy hlavn? posloupnosti

Pokud p?edpokl?d?me, ?e se hv?zdy n?jak?m zp?sobem vyv?jej? pod?l hlavn? posloupnosti, pak je nutn? doj?t k z?v?ru, ?e neust?le ztr?cej? v?znamnou ??st sv? po??te?n? hmotnosti. Takov? reprezentace ?el? nep?ekonateln?m pot???m. P?esto?e byly u?in?ny pokusy sestavit teorii v?voje hv?zd pod?l hlavn? posloupnosti na z?klad? p?edstav o jejich kontinu?ln? ztr?t? hmoty, byly zcela ne?sp??n?. Spr?vn? teorie hv?zdn?ho v?voje, zalo?en? na modern?ch p?edstav?ch o zdroj?ch hv?zdn? energie a na bohat?m pozorovac?m materi?lu, byla vyvinuta v pades?t?ch letech.

Hertzsprung-Russell diagram

Hv?zdy, kdy? jsou zmapov?ny podle jejich fyzik?ln?ch charakteristik, jsou rozd?leny do p?esn? definovan?ch skupin odpov?daj?c?ch r?zn?m f?z?m jejich v?voje.

Hv?zdy p?ich?zej? v mnoha typech. Existuj? hv?zdy, jejich? pr?m?r je 30kr?t v?t?? ne? pr?m?r Slunce, a existuj? hv?zdy, kter? maj? velikost pouze velk?ho m?sta na Zemi. Existuj? hv?zdy tak hork?, ?e hlavn? barva jejich emisn?ho spektra je fialov?, a hv?zdy tak „studen?“, ?e i tmav? ?erven? sv?tlo v jejich spektru je extr?mn? slab?. V 19. stolet? nastal v astronomii zlom – v?dci za?ali opou?t?t r?hovanou cestu klasick? astronomie („Kde to je, a jak a kde se to pohybuje?“) a p?e?li na koleje astrofyziky („Co to je a jak to funguje?"). Jedn?m z prim?rn?ch ?kol? na t?to cest? byl ?kol alespo? vn?j??ho uspo??d?n? klasifikace hv?zd pozorovan?ch ve vesm?ru. To vedlo k nez?visl?mu vytvo?en? diagramu dv?ma astrofyziky, kter? se dnes b??n? naz?v? Hertzsprung-Russell diagram (nebo na jejich po?est zkr?cen? „HR diagram“).

GR diagram – jak u? to ve v?d? b?v? – byl vyvinut t?m?? sou?asn? dv?ma v?dci, kte?? pracovali zcela nez?visle na dvou r?zn?ch kontinentech. Henry Norris Russell, jeden z nejv?t??ch americk?ch astronom? po??tku 20. stolet?, se zaj?mal o probl?m popisu ?ivotn?ho cyklu hv?zd po mnoho let a zjevn? dosp?l k z?kladn? my?lence diagramu ji? v roce 1909, ale d?lo s jeho vyobrazen?m vy?lo a? v roce 1913. D?n Einar Hertzsprung do?el ke stejn?m z?v?r?m jako Russell o n?kolik let d??ve ne? jeho americk? kolega, ale byly publikov?ny (v letech 1905 a 1907) ve vysoce specializovan?m „Journal of Scientific Photography“ (Zeitschrift f?r Wissenschaeftliche Photographie), vydan?m k tomu. ale v n?m?in? a tuto publikaci si astronomov? nejprve jednodu?e nev?imli. Proto a? do poloviny 30. let bylo zvykem naz?vat tento diagram jednodu?e „Russell?v diagram“, dokud nebyl objeven incident, po kter?m byl D?novi vzd?n hold, a nyn? diagram nese jm?na obou v?dc?.

GR diagram je graf, na kter?m se pod?l svisl? osy m??? sv?tivost (intenzita vyza?ov?n? sv?tla) hv?zd a pod?l vodorovn? osy se m??? pozorovan? teplota jejich povrch?. Oba tyto kvantitativn? ukazatele jsou p??stupn? experiment?ln?mu m??en? za p?edpokladu, ?e je zn?ma vzd?lenost od Zem? k odpov?daj?c? hv?zd?. ?ist? historicky se tak stalo, ?e pod?l vodorovn? osy x je povrchov? teplota hv?zd vynesena v obr?cen?m po?ad?: tedy ??m je hv?zda teplej??, t?m je v?ce vlevo; to je ?ist? konvence a nevid?m smysl o tom diskutovat a zpochyb?ovat. Smyslem cel?ho GR diagramu je um?stit na n?j co nejv?ce experiment?ln? pozorovan?ch hv?zd (ka?d? z nich je reprezentov?na odpov?daj?c?m bodem) a podle jejich um?st?n? ur?it ur?it? vzorce jejich rozlo?en? z hlediska pom?ru spektrum a sv?tivost.

Ukazuje se, ?e toto rozd?len? nen? v ??dn?m p??pad? n?hodn?: podle pom?ru spektra ke sv?tivosti se hv?zdy d?l? do t?? dosti striktn?ch kategori? nebo, jak se jim v astrofyzice b??n? ??k?, „sekvenc?“. Takzvan? hlavn? sekvence se t?hne od lev?ho horn?ho rohu k prav?mu doln?mu. Pat?? sem zejm?na na?e Slunce. V horn? ??sti hlavn? sekvence jsou nejjasn?j?? a nej?hav?j?? hv?zdy a vpravo dole jsou nejslab?? a v d?sledku toho dlouhov?k?.

Samostatn? – vpravo a naho?e – je skupina hv?zd s velmi vysokou sv?tivost?, ne?m?rnou jejich teplot?, kter? je pom?rn? n?zk? – jedn? se o tzv. rud? obry a veleobry. Tyto obrovsk? hv?zdy, relativn? ?e?eno, z???, ale neh?ej?. Dole a nalevo od hlavn? sekvence jsou trpasl?ci - skupina relativn? mal?ch a studen?ch hv?zd. Je?t? jednou podot?k?me, ?e naprost? v?t?ina hv?zd pat?? do hlavn? posloupnosti a energie v nich vznik? termonukle?rn? f?z? helia z vod?ku (viz V?voj hv?zd).

Ve skute?nosti tyto t?i sekvence na GR diagramu p?esn? odpov?daj? t?em f?z?m ?ivotn?ho cyklu hv?zd. Rud? ob?i a veleobri v prav?m horn?m rohu jsou hv?zdy, kter? p?e??vaj? sv?j ?ivot s vn?j??m obalem nafouknut?m na hranici mo?nost? (za 6,5 miliardy let postihne tento osud i na?e Slunce – jeho vn?j?? obal se dostane za dr?hu Venu?e). Vyza?uj? do vesm?ru p?ibli?n? stejn? mno?stv? energie jako hv?zdy hlavn? ?ady, ale proto?e povrchov? plocha, kterou je tato energie vyza?ov?na, p?esahuje povrchovou plochu mlad? hv?zdy o n?kolik ??d?, samotn? povrch obra z?st?v? pom?rn? chladno.

Nakonec se oto??me do lev?ho doln?ho rohu GR diagramu: zde vid?me tzv. b?l? trpasl?ky (viz Chandrasekharova mez). Jsou to velmi hork? hv?zdy – ale velmi mal?, obvykle ne v?t?? ne? na?e Zem?. Proto vyza?uj? do vesm?ru relativn? m?lo energie a d?ky velmi mal? (na pozad? jin?ch hv?zd) oblasti jejich povrchov? sko??pky z??? v pom?rn? jasn?m spektru, proto?e se ukazuje jako pom?rn? vysok? - teplota.

Obecn? lze podle Hertzshprunz-Russellova diagramu vysledovat celou ?ivotn? dr?hu hv?zdy. Za prv?, hv?zda hlavn? posloupnosti (podobn? Slunci) kondenzuje z oblaku plynu a prachu (viz hypot?za o formov?n? hv?zd v mlhovin?) a kondenzuje, aby vytvo?ila tlaky a teploty nezbytn? k zap?len? prim?rn? f?zn? reakce, a proto se objev? n?kde v hlavn? sekvence diagramu GR. Dokud hv?zda ho?? (nevy?erpaj? se z?soby vod?ku), z?st?v? (stejn? jako nyn? Slunce) na sv?m m?st? v hlavn? posloupnosti, prakticky se neposouv?. Po vy?erp?n? z?sob vod?ku se hv?zda nejprve p?eh?eje a nabobtn? do velikosti ?erven?ho obra nebo veleobra, p?ejde do prav?ho horn?ho rohu diagramu, a pot? se ochlad? a zmen?? na velikost b?l?ho trpasl?ka a skon?? na vlevo dole.

Henry Norris RUSSELL

Henry Norris Russell, 1877-1957

Americk? astrofyzik. Narodil se v Oyster Bay v New Yorku presbyteri?nsk?mu ministrovi. Studoval na Princetonsk? univerzit?, kde vyst??dal sv?ho u?itele C. Junga ve funkci profesora astronomie a ?editele m?stn? observato?e, kterou zast?val do roku 1947. Russell se dlouhou dobu zab?val studiem vztahu mezi spektry hv?zd a jejich sv?tivost?, aby pochopil, jak se sv?tidla vyv?jej?. V roce 1913 nez?visle na Hertzsprungovi sestavil diagram spojuj?c? spektr?ln? charakteristiky a sv?tivost hv?zd (kter? se nyn? naz?v? Hertzsprung-Russell diagram) na z?klad? v?sledk? studia sn?mk?, kter? z?skal na fotografick?ch desk?ch na observato?i Princetonsk? univerzity. V?dec bohu?el z v?sledn?ho diagramu vyvodil myln? z?v?r, ?e hv?zdy se rod? ve form? ?erven?ch obr? a nakonec se zvrhnou v b?l? trpasl?ky.

Einar HERTSSHPRUNG

Ejnar Hertzsprung, 1873–1967

d?nsk? astronom. Narodil se ve m?st? Frederiksborg nedaleko Kodan?. Studoval na Koda?sk?m polytechnick?m institutu, z?skal specializaci chemick?ho in?en?ra. Po absolvov?n? ?stavu (1898) p?sobil t?i roky v Petrohrad?. Po n?vratu do vlasti za?al studovat astronomii a sou?asn? prov?d?t fotografick? pozorov?n? na observato?i Koda?sk? univerzity a mal? observato?i Urania. Jeho v?zkum zap?sobil na ?editele Postupimsk? observato?e K. Schwarzschilda, kter? pozval Hertzsprunga nejprve na univerzitu v G?ttingenu a pot? na observato? v Postupimi (1909). Od roku 1919 p?sobil Hertzsprung na Leidensk? hv?zd?rn?, v roce 1935 se stal jej?m ?editelem. Po odchodu do d?chodu se vr?til do D?nska a pokra?oval ve v?zkumu na observato?i v Brorfeldu. Vzd?l?n? fotochemika umo?nilo v?dci vyvinout technologii, kter? byla v t?ch letech jedine?n? pro v?po?et sv?tivosti hv?zd z jejich fotografick?ch sn?mk?. Porovn?n?m z?skan?ch v?sledk? s ?daji o spektrech studovan?ch hv?zd dosp?l Hertzsprung ke sv? vlastn? klasifikaci hv?zd, podle kter? se d?l? na obry, trpasl?ky a hlavn? ?ady.

Bibliografie

Pro p??pravu tohoto ?l?nku byly pou?ity materi?ly z internetu z ve?ejn? dom?ny.

Origin?l p?evzat z taurus_ek v Hertzsprung-Russellov? diagramu (Lab)

P?ed sto lety dva astronomov?, Hertzsprung a Russell, nez?visle na sob? navrhli zp?sob, jak vizualizovat fyzik?ln? parametry hv?zd. Ozna?ili polohu ka?d? hv?zdy na sou?adnicov? rovin? ve dvou sou?adnic?ch: spektr?ln?m typem na vodorovn? ose a sv?telnost? na svisl?. To znamen?, ?e hork? modr? hv?zdy jsou um?st?ny na diagramu vlevo, studen? ?erven? hv?zdy jsou vpravo; sv?tl? - naho?e, tlumen? - dole.

Na takov?m diagramu je snadn? vid?t o?ima souvislost mezi dv?ma charakteristikami - jasem a teplotou hv?zd - a podle t?chto parametr? pochopit statistiku hv?zdn? populace.

Pokud by v?echny hv?zdy byly podobn? Slunci, pak by spadaly do jedn? kompaktn? oblasti ve st?edu diagramu. Pokud by hv?zdy m?ly, ?ekn?me, stejnou teplotu, a tedy stejnou barvu, ale r?znou jasnost, pak by diagram byl svisl? pruh. Pokud by byly v?echny hv?zdy jin? a neexistovala by ??dn? korelace mezi sv?tivost? a teplotou, pak by byl Hertzsprung-Russell?v diagram rovnom?rn? poset te?kami, jako je star? fotografie ve venkovsk?m dom? zamo?en? mouchami. A tak d?le.

Uk?zalo se v?ak, ?e struktura takov?ho diagramu je pom?rn? komplikovan?.

Hv?zdy tvo?? na diagramu z?eteln? vypln?n? oblasti, zat?mco v jin?ch ??stech diagramu zcela chyb?. Studium struktury umo?nilo odhalit „v?tve“, kter? jsou tvo?eny hv?zdami r?zn?ch t??d sv?tivosti. P?s za??naj?c? v lev?m horn?m rohu mezi jasn?mi hork?mi hv?zdami a klesaj?c? dol? do slab? oran?ov? a pot? ?erven? - tzv. hlavn? sekvence“, v?etn? hlavn? hmoty, 90 % v?ech hv?zd; napravo od n? je velk? skupina ob?i, nad n? - veleobr?. Nyn? astronomov? rozli?uj? osm t??d sv?tivosti od 0 - hypergiants po VII - b?l? trpasl?ky, a dokonce p?id?vaj? podt??dy.

Pozd?ji se uk?zalo, ?e na Hertzsprungov?-Russellov? diagramu lze nal?zt mnoho z?konitost? a rys?: astrometrick?, astrofyzik?ln?, evolu?n? - pro kreslen? hmotnostn?ch k?ivek, evolu?n?ch stop atd. Celkov? vzato se uk?zalo, ?e je to velmi siln? n?stroj v astronomii.

dlouho jsem cht?l p?esv?d?it se vlastn?ma rukama?e Hertzsprung?v-Russell?v diagram je skute?n? sestaven a skute?n? vypad? jako nakreslen? v u?ebnic?ch. S online uveden?m Katalogu jasn?ch hv?zd se to uk?zalo jako docela jednoduch?, co? jsem ve sv?m voln?m ?ase ud?lal s pot??en?m a osobn? jsem se ujistil: ano, Hertzsprung-Russell diagram nen? fale?n?! :) Na konci p??sp?vku je to ona.

Pro? jsem to nazval „laboratorn? pr?ce“?

Zakreslil jsem to do katalogu jasn?ch hv?zd, co? znamen?, ?e na map? nejsou ??dn? matn? hv?zdy. Ale existuje mnohem v?ce slab?ch hv?zd ne? jasn?ch! Skute?n? H-R diagram pokra?uje dol?, sm?rem ke slab?m hv?zd?m se stejn?m rozsahem jasnosti, hlavn? sekvence v oblasti slab?ch ?erven?ch hv?zd je st?le hust??. V m?m diagramu nejsou ??dn? cel? t??dy hv?zd, jako jsou b?l? trpasl?ci.

V??e uveden? obr?zek tedy nen? ani ilustrac? astronomick?ho term?nu „Hertzsprung-Russel?v diagram“ a nav?c nen? n?strojem pro anal?zu, ale typick?m laboratorn? pr?ce.

Hv?zdy, kdy? jsou zmapov?ny podle jejich fyzik?ln?ch charakteristik, jsou rozd?leny do p?esn? definovan?ch skupin odpov?daj?c?ch r?zn?m f?z?m jejich v?voje.

Hv?zdy p?ich?zej? v mnoha typech. Existuj? hv?zdy, jejich? pr?m?r je 30kr?t v?t?? ne? pr?m?r Slunce, a existuj? hv?zdy, kter? maj? velikost pouze velk?ho m?sta na Zemi. Existuj? hv?zdy tak hork?, ?e hlavn? barva jejich emisn?ho spektra je fialov?, a hv?zdy tak „studen?“, ?e i tmav? ?erven? sv?tlo je v jejich spektru extr?mn? slab?. V 19. stolet? do?lo v astronomii ke zlomu – v?dci za?ali sch?zet z r?hovan? cesty klasick? astronomie („Kde tohle je a jak a kde se pohybuje?“) a p?epn?te na koleje astrofyziky („Co tohle je, a jak je to uspo??d?no?). Jedn?m z prim?rn?ch ?kol? na t?to cest? byl ?kol alespo? vn?j??ho uspo??d?n? klasifikace hv?zd pozorovan?ch ve vesm?ru. To vedlo k nez?visl?mu vytvo?en? diagramu dv?ma astrofyziky, kter? se dnes b??n? naz?v? Hertzsprung-Russell diagram (nebo na jejich po?est zkr?cen? „HR diagram“).

GR diagram – jak u? to ve v?d? b?v? – byl vyvinut t?m?? sou?asn? dv?ma v?dci, kte?? pracovali zcela nez?visle na dvou r?zn?ch kontinentech. Henry Norris Russell, jeden z nejv?t??ch americk?ch astronom? po??tku 20. stolet?, se zaj?mal o probl?m popisu ?ivotn?ho cyklu hv?zd po mnoho let a zjevn? p?i?el se z?kladn? my?lenkou diagramu ji? v roce 1909. , ale d?lo s jeho vyobrazen?m vy?lo a? v roce 1913. D?n Einar Hertzsprung do?el ke stejn?m z?v?r?m jako Russell o p?r let d??ve ne? jeho americk? kolega, byly v?ak publikov?ny (v letech 1905 a 1907) ve vysoce specializovan?m Journal of Scientific Photography. (Zeitschrift f?r Wissenschaeftliche Photographie), kter? vych?z? i v n?m?in?, a tato publikace zprvu prost? z?stala astronomy bez pov?imnut?. Proto a? do poloviny 30. let bylo zvykem naz?vat tento diagram jednodu?e „Russell?v diagram“, dokud nebyl objeven incident, po kter?m byl D?novi vzd?n hold, a nyn? diagram nese jm?na obou v?dc?.

GR diagram je graf, ve kter?m je sv?tivost (intenzita sv?tla) hv?zd m??ena pod?l vertik?ln? osy a pozorovan? teplota jejich povrch? je m??ena pod?l horizont?ln? osy. Oba tyto kvantitativn? ukazatele jsou p??stupn? experiment?ln?mu m??en? za p?edpokladu, ?e je zn?ma vzd?lenost od Zem? k odpov?daj?c? hv?zd?. ?ist? historicky se tak stalo, ?e pod?l vodorovn? osy X povrchov? teplota hv?zd je vykreslena v obr?cen?m po?ad?: to znamen?, ?e ??m je hv?zda teplej??, t?m je v?ce vlevo; to je ?ist? konvence a nevid?m smysl o tom diskutovat a zpochyb?ovat. Smyslem cel?ho GR diagramu je um?stit na n?j co nejv?ce experiment?ln? pozorovan?ch hv?zd (ka?d? z nich je reprezentov?na odpov?daj?c?m bodem) a podle jejich um?st?n? ur?it ur?it? vzorce jejich rozlo?en? z hlediska pom?ru spektrum a sv?tivost.

Ukazuje se, ?e toto rozd?len? nen? v ??dn?m p??pad? n?hodn?: podle pom?ru spektra ke sv?tivosti se hv?zdy d?l? do t?? dosti striktn?ch kategori? nebo, jak se jim v astrofyzice b??n? ??k?, „sekvenc?“. Z lev?ho horn?ho rohu do prav?ho doln?ho se t?hne tzv hlavn? sekvence. Pat?? sem zejm?na na?e Slunce. V horn? ??sti hlavn? sekvence jsou nejjasn?j?? a nej?hav?j?? hv?zdy a vpravo dole jsou nejslab?? a v d?sledku toho dlouhov?k?.

Samostatn? – vpravo a naho?e – je skupina hv?zd s velmi vysokou sv?tivost?, ne?m?rnou jejich teplot?, kter? je pom?rn? n?zk? – jedn? se o tzv. rud? obry a veleobry. Tyto obrovsk? hv?zdy, relativn? ?e?eno, z???, ale neh?ej?. Dole a nalevo od hlavn? sekvence jsou trpasl?ci - skupina relativn? mal?ch a studen?ch hv?zd. Je?t? jednou podot?k?me, ?e naprost? v?t?ina hv?zd pat?? do hlavn? posloupnosti a energie v nich je generov?na termonukle?rn? f?z? helia z vod?ku ( cm. v?voj hv?zd).

Ve skute?nosti tyto t?i sekvence na GR diagramu p?esn? odpov?daj? t?em f?z?m ?ivotn?ho cyklu hv?zd. ?erven? ob?i a veleobr? v prav?m horn?m rohu jsou hv?zdy, kter? dos?hnou sv?ho st??? s vn?j??m obalem nafouknut?m na hranici mo?nost? (za 6,5 miliardy let ?ek? na?e Slunce stejn? osud - jeho vn?j?? obal se dostane za ob??nou dr?hu Venu?e). Vyza?uj? do vesm?ru p?ibli?n? stejn? mno?stv? energie jako hv?zdy hlavn? ?ady, ale proto?e povrchov? plocha, kterou je tato energie vyza?ov?na, p?esahuje povrchovou plochu mlad? hv?zdy o n?kolik ??d?, samotn? povrch obra z?st?v? pom?rn? chladno.

Nakonec se oto??me do lev?ho doln?ho rohu GR diagramu: zde vid?me tzv b?l?ch trpasl?k?(cm. Chandrasekhar?v limit). Jsou to velmi hork? hv?zdy – ale velmi mal?, obvykle ne v?t?? ne? na?e Zem?. Proto vyza?uj? do vesm?ru relativn? m?lo energie a d?ky velmi mal? (na pozad? jin?ch hv?zd) oblasti jejich povrchov? sko??pky z??? v pom?rn? jasn?m spektru, proto?e se ukazuje jako pom?rn? vysok? - teplota.

Obecn? lze podle Hertzshpruntz-Russellova diagramu vysledovat celou ?ivotn? dr?hu hv?zdy. Za prv?, hv?zda hlavn? posloupnosti (podobn? Slunci) kondenzuje z mra?na plynu a prachu ( cm. Hypot?za oblaku plynu a prachu) a kondenzuje za vzniku tlak? a teplot nezbytn?ch k za?ehnut? prim?rn? reakce termojadern? f?ze, a proto se objevuje n?kde v hlavn? sekvenci GR diagramu. Dokud hv?zda ho?? (nevy?erpaj? se z?soby vod?ku), z?st?v? (stejn? jako nyn? Slunce) na sv?m m?st? v hlavn? posloupnosti, prakticky se neposouv?. Po vy?erp?n? z?sob vod?ku se hv?zda nejprve p?eh?eje a nabobtn? do velikosti ?erven?ho obra nebo veleobra, p?ejde do prav?ho horn?ho rohu diagramu, a pot? se ochlad? a zmen?? na velikost b?l?ho trpasl?ka a skon?? na vlevo dole.

Henry Norris RUSSELL (RESSELL)
Henry Norris Russell, 1877-1957

Americk? astrofyzik. Narodil se v Oyster Bay v New Yorku presbyteri?nsk?mu ministrovi. Studoval na Princetonsk? univerzit?, kde vyst??dal sv?ho u?itele C. Junga ve funkci profesora astronomie a ?editele m?stn? observato?e, kterou zast?val do roku 1947. Russell se dlouhou dobu zab?val studiem vztahu mezi spektry hv?zd a jejich sv?tivost?, aby pochopil, jak se sv?tidla vyv?jej?. V roce 1913 nez?visle na Hertzsprungovi sestrojil diagram spojuj?c? spektr?ln? charakteristiky a sv?tivost hv?zd (nyn? naz?van? Hertzsprung-Russell diagram) z v?sledk? studia fotografi?, kter? po??dil na fotografick? desky na observato?i Princetonsk? univerzity. V?dec bohu?el z v?sledn?ho diagramu vyvodil myln? z?v?r, ?e hv?zdy se rod? ve form? ?erven?ch obr? a nakonec se zvrhnou v b?l? trpasl?ky.

Einar HERTSSHPRUNG
Ejnar Hertzsprung, 1873-1967

d?nsk? astronom. Narodil se ve m?st? Frederiksborg nedaleko Kodan?. Studoval na Koda?sk?m polytechnick?m institutu, z?skal specializaci chemick?ho in?en?ra. Po absolvov?n? ?stavu (1898) p?sobil t?i roky v Petrohrad?. Po n?vratu do vlasti za?al studovat astronomii a sou?asn? prov?d?t fotografick? pozorov?n? na observato?i Koda?sk? univerzity a mal? observato?i Urania. Jeho v?zkum zap?sobil na ?editele Postupimsk? observato?e K. Schwarzschilda, kter? pozval Hertzsprunga nejprve na univerzitu v G?ttingenu a pot? na observato? v Postupimi (1909). Od roku 1919 p?sobil Hertzsprung na Leidensk? hv?zd?rn?, v roce 1935 se stal jej?m ?editelem. Po odchodu do d?chodu se vr?til do D?nska a pokra?oval ve v?zkumu na observato?i v Brorfeldu. Vzd?l?n? fotochemika umo?nilo v?dci vyvinout technologii, kter? byla v t?ch letech jedine?n? pro v?po?et sv?tivosti hv?zd z jejich fotografick?ch sn?mk?. Porovn?n?m z?skan?ch v?sledk? s ?daji o spektrech studovan?ch hv?zd dosp?l Hertzsprung ke sv? vlastn? klasifikaci hv?zd, podle kter? se d?l? na obry, trpasl?ky a hlavn? ?ady.