446
7. Квазары
448
Глава
VIII.
Внутреннее строение звёзд
452
§ 35. Уравнения равновесия звезды
1. Уравнение механического равновесия
453
2. Плотность, давление и температура внутри звезды
455
3. Гравитационная энергия звезды
457
4. Уравнение энергетического равновесия
460
5. Стандартная модель звезды
461
§ 36. Физические процессы внутри звёзд
464
1. Уравнение состояния звёздного вещества
464
2. Вырождение газа
466
3. Перенос энергии внутри звезды
470
4. Ядерные реакции как источник звёздной энергии
473
§ 37. Строение и эволюция звёзд
476
1. Основные уравнения
476
2. Методы расчёта звёздных моделей
478
3. Модели звёзд
481
4. Уравнения развития звезды
483
5. Строение белых карликов
485
6. Нейтронные звёзды
490
7. Проблема эволюции звёзд
493
Таблицы основных физических и астрономических постоянных
497
Предметный указатель
498
ПРЕДИСЛОВИЕ К ТРЕТЬЕМУ ИЗДАНИЮ
Первое издание этой книги вышло в свет в 1967 г., а второе — в 1975 г. В течение последнего двадцатилетия теоретическая астрофизика развивалась чрезвычайно быстро, однако основы этой науки изменились в небольшой степени. Поэтому и третье издание книги не сильно отличается от предыдущих (хотя во многих местах текст сокращён, а в других существенно дополнен). Новейшие достижения астрофизики обычно излагаются в специальных курсах, читаемых для студентов после изучения ими «Курса теоретической астрофизики».
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Второе издание «Курса теоретической астрофизики» отличается от первого издания в основном рядом дополнений, отражающих наиболее важные достижения астрофизики последних лет. Кроме того, значительно обновлены приложенные к каждой главе списки литературы. Сделаны также небольшие изменения в тексте (исправлены замеченные опечатки, уточнены некоторые сведения и т.д.). Для более глубокого изучения вопросов, затронутых в учебнике, можно обратиться к монографиям из серии «Проблемы теоретической астрофизики», опубликованным издательством «Наука». Ссылки на них имеются в соответствующих местах учебника.
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Настоящая книга написана на основе лекций, читавшихся автором в Ленинградском университете в течение последних двадцати лет.
За прошедшие годы теоретическая астрофизика претерпела существенные изменения. Прежде всего чрезвычайно расширился круг наблюдательных данных, которые теоретическая астрофизика должна интерпретировать. В значительной мере это связано с появлением и быстрым развитием радиоастрономии и заатмосферной астрофизики. С другой стороны, в самой теоретической астрофизике возник ряд новых важных представлений: об огромной роли ядерных реакций в энергетике и эволюции звёзд, о большом влиянии электромагнитных сил на состояние звёздных атмосфер и межзвёздной среды и т.д. Вместе с тем в этой науке были разработаны новые сильные методы (в частности, в теории переноса излучения), а также произведено усовершенствование известных методов с целью использования возможностей, даваемых электронными вычислительными машинами.
Предлагаемая книга состоит из восьми глав. В двух первых из них рассматриваются проблемы образования непрерывного и линейчатого спектров звёзд. Подробно исследуются процессы поглощения и испускания лучистой энергии, происходящие в элементарном объёме, а также процессы переноса лучистой энергии через поверхностные слои звезды. Здесь же показывается как по наблюдаемым звёздным спектрам определяются физические условия в поверхностных слоях звёзд и их химический состав.
Глава III специально посвящена солнечной атмосфере. Близость к нам Солнца позволяет изучить детали на его диске, а также самые внешние слои солнечной атмосферы — хромосферу и корону. В гл. IV речь идёт о планетных атмосферах, светящихся, как известно, вследствие рассеяния ими солнечного излучения.
В главе V изложена физика газовых туманностей, представляющая собой сравнительно простой и очень хорошо разработанный раздел астрофизики. Здесь много места уделено вопросам ионизации и возбуждения атомов, образования эмиссионных спектров и др. Результаты, полученные при изучении газовых туманностей, применяются затем при рассмотрении нестационарных звёзд (в гл. VI) и межзвёздной среды (в гл. VII). Книга заканчивается главой, посвящённой теории внутреннего строения звёзд.
При работе над книгой автор не ставил перед собой задачи изложить в ней все разделы теоретической астрофизики с одинаковой полнотой. Если бы поступить иначе, то при заданном объёме книги она состояла бы из частей, очень далёких друг от друга, и по ней нельзя было бы учиться. В книге рассмотрены главным образом проблемы, связанные с полями излучения космических объектов и с образованием их спектров в разных диапазонах. Другие теоретические проблемы освещены менее подробно. Такой характер курса теоретической астрофизики следует считать вполне естественным, так как изучение спектров космических объектов составляет основу этой науки.
Рукопись настоящей книги была прочитана сотрудниками кафедры астрофизики Ленинградского университета В. В. Ивановым и И. Н. Мининым, сделавшими много ценных замечаний. Ряд важных предложений, направленных к улучшению книги, сделал С. А. Каплан. Автор выражает им за это искреннюю благодарность.
В. В. Соболев
Глава I ЗВЁЗДНЫЕ ФОТОСФЕРЫ
Фотосферой звезды называется слой, от которого доходит до наблюдателя излучение в непрерывном спектре. Выше фотосферы расположена атмосфера звезды, дающая линейчатый спектр. Разумеется, между фотосферой и атмосферой нет резкой границы, но все же спектральные линии возникают в среднем в более высоких слоях, чем непрерывный спектр. Под фотосферой находятся недоступные для наблюдений звёздные недра. Мы увидим дальше, что для подавляющего большинства звёзд фотосфера является сравнительно тонкой, т.е. толщина фотосферы гораздо меньше радиуса звезды.
Свечение фотосферы и определяет собой блеск звезды (отсюда и произошло название «фотосфера» — сфера света). Однако в самой фотосфере энергия не вырабатывается. Источники энергии находятся в более глубоких слоях звезды, а через фотосферу энергия лишь переносится наружу.
Уже в первых исследованиях по теории фотосфер было установлено, что перенос энергии в фотосфере осуществляется в основном лучеиспусканием. Перенос энергии теплопроводностью не играет существенной роли вследствие малости коэффициента теплопроводности газов. Перенос энергии конвекцией может иметь значение лишь для отдельных мест в фотосфере.
Изучение переноса лучистой энергии через фотосферу — основная задача теории фотосфер. Решение этой задачи связано с выяснением строения фотосферы, т.е. с нахождением зависимости плотности, температуры и других физических величин от глубины.