Известно, что атом всякого элемента может поглощать свет. При этом он поглощает свет совершенно определённых частот. Когда атом поглотит порцию световой энергии или, как говорят, световой квант данной частоты, он переходит в возбуждённое состояние, определяемое тем, что его внешний электрон удаляется от ядра атома. В возбуждённом состоянии атом находится ничтожную долю секунды, после чего электрон возвращается на своё обычное место, а атом при этом излучает порцию световой энергии. Когда свет от раскалённой поверхности звезды проходит через её более холодную атмосферу, находящиеся там атомы различных элементов поглощают свет определённых, свойственных этим атомам, частот. Если атом поглотит квант достаточно высокой частоты, обладающий высокой энергией, то внешний электрон будет не просто перемещён несколько дальше, а будет оторван от ядра; атом станет ионизированным. С другой стороны, чем выше температура звезды, тем больше световой энергии она излучает. Но от температуры звезды зависит и состав квантов её излучения. Чем выше температура, тем больше доля высокочастотных квантов и меньше доля низкочастотных, что определяет разнообразие спектров звёзд.
Чтобы иметь представление о цвете звёзд, проследим, как меняется цвет раскалённого металлического слитка по мере повышения его температуры. Он меняется от тускло-красного к жёлтому, а затем к ослепительно белому цвету. Так и звёзды. У холодных звёзд класса М цвет красноватый. У класса К — оранжевый. Наше Солнце и другие звёзды класса G — жёлтые. У класса F светло-жёлтый цвет. Звёзды класса А кажутся совершенно белыми, а B и O голубоватыми. Звёзды класса O, имеющие очень высокую температуру, будут иметь фиолетовый оттенок. Но в астрономии, как в любой точной науке, все понятия выражаются количественно, и поэтому цвет в астрономии не только качество, но и величина (количество). Цвет в астрономии измеряют. Делают это очень просто. Фотографируют звезду на двух пластинках. Одна из них обыкновенная, чувствительная к синим и фиолетовым лучам. Вторая пластинка покрыта особым светочувствительным слоем, более чувствительным к жёлтым и красным лучам и менее чувствительным к синим и фиолетовым лучам. Такая пластинка по способности воспринимать свет различных цветов близка к человеческому глазу. Ведь глаз человека в ходе эволюции выработал наибольшую чувствительность к лучам того цвета, который преобладает в излучении освещающего нашу планету Солнца, — к лучам жёлтого цвета. По почернению на той и другой пластинке определяют видимую звёздную величину звезды. Видимая звёздная величина, определённая при помощи обыкновенной пластинки, обозначается mpg и называется фотографической звёздной величиной, а видимая звёздная величина, полученная при помощи второй пластинки, обозначается mpv и называется фотовизуальной звёздной величиной. Разность этих величин называется показателем цвета:
Следовательно, у красной звезды показатель цвета CI положительный, а у голубых звёзд — отрицательный. По показателю цвета можно приближённо определить спектральный класс и температуру звезды.
Исследования Крабовидной туманности
А теперь перейдём к изложению замечательной истории возникновения и развития Крабовидной туманности. Эта туманность в астрономической науке играет исключительную роль. Недаром среди астрономов бытует шутка, что современную астрофизику можно разделить на физику Крабовидной гуманности и… всё остальное.
Дело в том, что Крабовидная туманность возникла и развивалась на глазах у астрономов — уникальный случай! — и, более того, в ней был обнаружен весь спектр загадочных астрономических явлений, которые присутствуют во многих объектах Вселенной.
В 1054 году, тогда, когда ещё не было ни телескопов, ни фотографии, китайские и японские астрономы[18], каждую ночь внимательно наблюдая за изменениями, происходящими в звёздном мире, обнаружили в созвездии Тельца новую звезду, назвали её «звездой — гостьей», срисовали её, установили её координаты и продолжали за ней наблюдать.
На глазах у ошеломлённых наблюдателей эта звезда, с каждым днём увеличивая свой блеск, превзошла по яркости Венеру — самое яркое светило неба после Солнца и Луны — и была видна даже днём.