|
|
ГЛАВА I "ЧТО ТАКОЕ ДВОЙНАЯ СИСТЕМА?"
Кривая блеска
В конце XVIII века английский астроном-любитель Джон Гудрайк заметил, что блеск Алголя меняется строго периодически. Через каждые двое суток, 20 часов и 49 минут его блеск воспроизводился до прежнего уровня. Для описания периодических процессов удобно ввести фазу. Фаза ≈ это время, выражаемое в долях периода . На практике фазу вычисляют следующим образом. Выбирают какой-нибудь момент времени за начальный и приписывают ему фазу, равную нулю. При наблюдении звезд, как правило, начальный момент (момент нулевой фазы) совпадает с минимумом блеска звезды. Далее замечают время наблюдения, вычитают из него начальный момент времени и делят на период. Дробный остаток деления и будет фазой. Блеск переменной звезды обычно измеряется по отношению к какой-либо постоянной звезде, находящейся поблизости. График зависимости блеска звезды от фазы называется кривой блеска.
Кривая блеска Алголя, найденная Гудрайком, имела за период два минимума ≈ ⌠глубокий■ первичный (главный минимум) на фазе нуль и ⌠мелкий■ вторичный на фазе 0,5 (рис. 20). Понять такой характер кривой блеска можно, лишь предположив, что Алголь ≈ это не одна звезда, а две. (Схема явления поясняется рис. 20.) Вращаясь одна вокруг другой с периодом 2,9 дня, звезды попеременно закрывают от нас друг друга.
Рис.20. Кривая блеска Алголя
Закрывают, правда, не полностью, а частично. Возникает вопрос: почему один минимум глубокий, а другой мелкий? Ведь каждая из звезд затмевает одинаковую площадь своей соседки (эта площадь попросту равна площади общей части двух пересекающихся кругов). Давайте подумаем:
что такое глубина затмения, чем она определяется? Вне затмения мы видим обе звезды одновременно, и блеск системы есть сумма блесков звезд. Когда одна звезда ⌠наползает■ в проекции на другую, блеск двойной падает ровно на столько, сколько излучает закрытая часть звезды. Чтобы вычислить количество энергии, излучаемое закрытой частью поверхности звезды, нужно помножить энергию, излучаемую единицей поверхности, на площадь этой самой части поверхности. Отсюда ясно, что разница в глубинах минимумов связана с различиями в количествах энергии, излучаемой единицей поверхности звезд, т. е. в потоках, идущих от каждой звезды. В первом приближении можно считать, что звезды излучают как ⌠абсолютно черные■ тела. Примером такого ⌠абсолютно черного■ тела может быть тело, имеющее постоянную температуру. Для абсолютно черных тел< справедлив закон Стефана- Больцмана, согласно которому поток с единицы поверхности пропорционален четвертой степени температуры:
F = sigma T4. Здесь sigma = 5,67 10 -8 Дж/ (M2 ∙ К4 ∙ сек) -≈ постоянная Стефана-Больцмана. Собственно, пока этот закон нужен нам лишь для того, чтобы сказать довольно очевидную вещь ≈ чем горячее тело, тем оно ярче. Теперьясно, что Алголь состоит из звезд с разными температурами, причем на фазе нуль затмевается более горячая звезда.Кривые блеска типа Алголя очень распространены среди переменных звезд. Сейчас известно несколько тысяч таких звезд. Для всех них характерно наличие двух минимумов с примерно постоянными участками блеска между ними. Постоянство оказывается только примерным. Почему? Ведь между затмениями мы видим обе звезды целиком, а блеск системы есть просто сумма блесков звезд. Постоянство должно быть точным. Но на кривой блеска (рис. 20) хорошо видно, что после первичного минимума блеск системы потихоньку растет к фазе 0,5, и если бы не вторичное затмение, то в этом месте был бы максимум.
Усиление блеска объясняется эффектом отражения. Вспомним, что одна из звезд Алголя горячее другой. Более горячая звезда подсвечивает с одной стороны холод- ную, поэтому один бок холодной звезды, обращенный к горячей звезде, становится чуть ярче. Горячая звезда как бы отражается в холодной. На самом деле происходит не отражение, а переизлучение, причем переизлучение с изменением длины волны света. Кстати, отражение видимого света в зеркале ≈ это тоже переизлучение. Переизлучают электроны в тонком слое металла, нанесенного на стекло. Но в зеркале длина волны не меняется, поэтому если вам кажется, что вы в зеркале рыжий, вы и в самом деле рыжий.
Давайте запомним получше фазовую зависимость эффекта отражения. На фазе нуль холодная звезда затмевает горячую, и значит, мы видим тыльную, наиболее холодную часть более темной звезды. По мере орбитального вращения, с увеличением фазы, мы видим все большую и большую часть подсвеченной стороны этой звезды ≈ общий блеск системы медленно увеличивается, и к фазе 0,5 холодная звезда разворачивается своей наиболее горячей частью. Эффект отражения становится максимальным. Затем блеск системы симметрично падает к фазе 1. В системе Алголя эффект отражения мал и играет второстепенную роль. Главное ≈ это затмения. Но представьте, что система расположена так, что компоненты не затмевают друг друга, или им нечего и нечем затмевать (такое тоже возможно!). Тогда единственной причиной изменения блеска двойной может быть эффект отражения. Дальше мы еще встретимся с двойными, у которых эффект отражения в десятки раз сильнее, чем у Алголя.
