AllPhysics.ru

ЗВЁЗДЫ, в обычном (стационарном) состоянии раскалённые газовые (плазменные) шарообразные небесные тела, находящиеся в гидродинамич. и тепловом равновесии. Гидродинамич. равновесие обеспечивается равенством сил тяготения и сил внутр. давления, действующих на каждый элемент массы З. Тепловое равновесие соответствует равенству энергии, выделяемой из недр З., и энергии, излучаемой с её поверхности. З. (кроме ближайшей З.— Солнца) находятся на столь больших расстояниях от Земли, что даже в самые сильные телескопы видны как светящиеся точки разл. яркости и цвета. Осн. видимая хар-ка З.— её блеск, к-рый определяется мощностью излучения (светимостью) З. и расстоянием до неё.

Осн. параметрами состояния З. явл. светимость L, масса M} и радиус R. Их численные значения принято выражать в солн. ед. (L_солн=3,86•10³³ эрг/с,

M_солн=1,99•10³³ г, R_солн=6,96•10¹⁰ см). Значения масс З. заключены в пределах от ~0,03 до ~60M_солн. Светимости стационарных З. лежат в интервале от ~10^-4 до 10⁵ l_солн, а радиусы — от ~10 км (нейтронные звёзды) до —10³ r_солн (сверхгиганты). З. представляют

большой интерес для физики, т. к. в них реализуются условия, недостижимые в земных лабораториях (темп-ры до 10⁹ К, плотности до 10¹⁴ г/см³, магн. поля напряжённостью до 10¹⁴ Э), и наблюдаются характерные для этих условий процессы. Огромную информацию даёт изучение спектров З. (определение их хим. состава, темп-ры поверхности, магн. полей, скоростей движения и вращения, расстояний до З.).

З. по состоянию в-ва в недрах разделяют на три главные группы: 1) нормальные З., гидростатич. равновесие к-рых поддерживается давлением классической идеальной плазмы, существующей благодаря термич. ионизации атомов (эффекты неидеальности становятся важными только в З. малой массы £0,5M_солн); 2) белые карлики, к-рые удерживаются в равновесии фермиевским давлением эл-нов вырожденной плазмы (ионизованной даже при низких темп-pax давлением); 3) нейтронные З. с высокой ср. плотностью (r³10¹² г/см³), при к-рой ферми энергия эл-нов столь высока, что энергетически выгоден процесс нейтронизации вещества, т. е. слияние протонов и эл-нов, из-за чего в-во внеш. слоев З. состоит из ядер, обогащённых нейтронами, а внутренних — из свободных нейтронов (с малой примесью протонов и эл-нов).

Осн. источник излучения З. (фотонного и нейтринного, а также корпускулярного) — реакции термояд. синтеза (см. Термоядерные реакции). На непродолжит. стадиях перехода от одной реакции к другой, сопровождающихся сжатием З., существенным становится также выделение потенциальной гравитац. энергии. Наиболее энергетически эфф. процессом, идущим при самой низкой темп-ре (~10⁷ К), явл. процесс превращения водорода в гелий. Поскольку водородный цикл реакций обязательно содержит к.-л. реакцию, идущую по слабому взаимодействию, этот процесс явл. и самым медленным. Поэтому б. ч. наблюдаемых З. находится в стадии водородного горения в центре. При данном хим. составе условия теплового и механич. равновесия дают для этих З. однозначную

связь светимости, массы и радиуса. Вследствие этого на диаграммах «светимость — темп-pa поверхности» и «масса — радиус» большинство З. группируется вдоль определ. линии, т.н. главной последовательности. После выгорания водорода в центре, сжатия ядра и повышения его темп-ры (см. Вириала теорема) становится возможным (при достаточно большой массе З.) горение всё более тяжёлых элементов (повышение темп-ры создаёт условия для преодоления более высокого, чем у водорода, кулоновского барьера при слиянии тяжёлых ат. ядер).

Б. ч. своей жизни З. находятся в стационарном состоянии (напр., светимость Солнца примерно постоянна уже неск. млрд. лет). Равновесность З. при непрерывной потере энергии обусловлена сильным различием характерных времён протекающих в них процессов. Время установления механич. равновесия определяется отношением (радиус/ср. скорость звука), равным 10³•r^-1/2с (для Солнца ~1 ч); время диффузии фотонов от центра к поверхности определяется отношением (гравитац. энергия/светимость), равным для Солнца ~3•10⁷ лет; время термояд. эволюции ~10^-3M с²/L (для Солнца ~10¹⁰ лет).

Нарушение механич. равновесия, напр. снижение давления в З., приводит к сжатию З. и превращению части гравитац. энергии в теплоту. В результате внутр. давление возрастает, механич. равновесие восстанавливается. З. представляют собой, т. о., саморегулирующуюся систему. Если устойчивость З. нарушается, она становится нестационарной. Различные виды нестационарности имеют своё характерное время и могут проявляться в виде автоколебаний (цефеиды), гравитационного коллапса и др. При неустойчивости теплового равновесия нестационарность проявляется в виде вспышки с характерным временем диффузии фотонов. На поздних стадиях эволюции ядра З. становятся компактными, характерные времена сближаются, картина эволюции усложняется. Амплитуда проявлений нестационариости может быть самой разной: от долей процента при слабых пульсациях до вспышек с увеличением светимости в ~10¹⁰ раз у сверхновых звёзд. У большинства З. малой массы наблюдаются также вспышки, не связанные с их внутр. равновесием. Они происходят в верхних слоях (атмосферах З.), по-видимому, из-за аннигиляции в к.-л. области атмосферы противоположных по направлению магн. полей (аналогично хромосферным вспышкам на Солнце).

Общая картина эволюции З. может быть охарактеризована след. образом: З. возникают в результате конденсации межзвёздных пыли и газа, богато-

го водородом (процесс звездообразования продолжается). Затем следует наиболее длит. стадия звёздной эволюции — период термояд. реакций превращения водорода в гелий в центре З. Когда водород в центре исчерпан, ядро сжимается и нагревается, а оболочка сильно расширяется, причём, несмотря на рост светимости, темп-ра поверхности падает — З. становится красным гигантом. После этого в ядре З. становится возможным термояд. загорание гелия и более тяжёлых элементов, сопряжённое в ряде случаев со сбросом водородной оболочки и образованием т. н. планетарной туманности. Остаток З. остывает, переходя в стадию белого карлика. В зависимости от нач. массы, а возможно и от момента вращения, З. могут закончить свою эволюцию взрывом сверхновой (с остатком в виде нейтронной звезды либо без остатка). Согласно общей теории относительности Эйнштейна, наиб. массивные З., если они сохранили свою массу вплоть до исчерпания термояд. горючего, должны коллапсировать в состояние чёрной дыры.

Справедливость осн. положений теории строения и эволюции З. подтверждается успешным объяснением: зависимости светимость — спектр. класс и др. закономерностей для З. главной последовательности; распространённости разных типов З.; пульсаций цефеид и др. Термояд. эволюция подтверждается распространённостью хим. элементов, а также наличием гелиевых З., углеродных З. и др. с аномалиями хим. состава на поздних стадиях. Теория предсказала подтверждающуюся наблюдениями зависимость масса — радиус для белых карликов, а также существование нейтронных З., открытых в виде пульсаров.

• Звезды и звездные системы, под ред. Д. Я. Мартынова, М., 1981; Зельдович Я. Б., Блинников С. И., Ш а к у р а Н. И., Физические основы строения и эволюции звезд, М., 1981; Зельдович Я. В., Новиков И. Д., Теория тяготения и эволюция звезд, М., 1971; Шкловский И. С., Звезды. Их рождение, жизнь и смерть, 2 изд., М., 1977; К а п л а н С. А., Физика звезд, 3 изд., М., 1977; Тейлер Р., Строение и эволюция звезд, пер. с англ., М., 197З. С. И. Блинников.

ЗВУК, в широком смысле — колебательное движение ч-ц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или тв. средах— то же, что упругие волны;, в узком смысле — явление, субъективно воспринимаемое органом слуха человека и животных. Человек слышит З. в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц. Неслышимый З. с частотой ниже 16 Гц наз. инфразвуком, выше 20 кГц — ультразвуком, а самые ВЧ упругие волны в диапазоне от 10⁹ до 10¹²—10¹³ Гц — гиперзвуком.

Важной хар-кой З. явл. его спектр, получаемый в результате разложения

З. на простые гармонич. колебания (т. н. частотный звука анализ). Осн. частота определяет при этом воспринимаемую на слух высоту звука, а набор гармонич. составляющих — тембр звука. В спектре З. речи имеются форманты — устойчивые группы частотных составляющих, соответствующие определ. фонетич. элементам. Энергетич. хар-кой звук. колебаний явл. интенсивность звука, к-рая зависит от амплитуды звукового давления, а также от св-в самой среды и от формы волны. Субъективной хар-кой З., связанной с его интенсивностью, явл. громкость звука, зависящая от частоты. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в области частот 1—5 кГц.

Источником звука могут быть любые явления, вызывающие местное изменение давления или механич. напряжения. Широко распространены источники З. в виде колеблющихся тв. тел (напр., диффузоры громкоговорителей и мембраны телефонов, струны и деки музыкальных инструментов); в УЗ диапазоне частот это пластинки и стержни из пьезоэлектрических материалов или магнитострикционных материалов. Обширный класс источников З.— электроакустические преобразователи.

К приёмникам З. относится, в частности, слуховой аппарат человека и животных. В технике для приёма З. применяются гл. обр. электроакустич. преобразователи: в воздухе — микрофоны, в воде — гидрофоны, в земной коре — геофоны.

Распространение звук. волн характеризуется в первую очередь скоростью звука. В ряде случаев наблюдается дисперсия скорости звука, т. е. зависимость скорости его распространения от частоты. При распространении звук. волны происходит постепенное затухание звука, т. е. уменьшение его интенсивности и амплитуды, к-рое обусловливается в значит. степени поглощением звука, связанным с необратимым переходом звук. энергии в др. формы (гл. обр. в теплоту). При распространении волн большой амплитуды (см. Нелинейная акустика) происходит постепенное искажение синусоидальной формы волны и приближение её к форме ударной волны.

• Стретт Дж. В. (лорд Рэлей), Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 1—2, М., 1955; Красильников В. А., Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах, 3 изд., М., 1960; Исакович М. А., Общая акустика, М., 197З.

И. П. Голямина.