Мета уроку: дати загальні уявлення про подвійні та фізичні змінні зорі, їхні фізичні характеристики та процеси що в них проходять;  про метод «цефеїд» визначення відстаней до галактик; розвивати вміння робити висновки; виховувати в учнів інтерес до астрономії; формувати науковий світогляд.

Наочність: комп’ютер, мультимедійний проектор, презентація Power Point.

Хід уроку

І. Організаційний момент

Привітання.

ІІ. Актуалізація опорних знань

(Фронтальне опитування з використанням мультимедійної презентації)

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

(Фронтальна бесіда з використанням презентації Power Point)

План вивчення нової теми

Фізичні подвійні зорі.
Затемнювано-подвійні зорі.
Спектрально-подвійні зорі.
Тісні подвійні системи.
Фізичні змінні зорі.
Пульсуючі змінні зорі – цефеїди.
Нові зорі.
Наднові зорі.
Пульсари.

Фізичні подвійні зорі. Деякі зорі виявляються лише оптично-подвійними, тобто близькість таких двох зір є результатом випадкової проекції їх на небо. Насправді в просторі вони далекі одна від одної. А якщо під час спостережен­ня з'ясовується, що вони утворюють єдину систему і обертаються під дією взаємного притягання навколо спільного центра мас, то їх називають фізичними подвійними.

Подвійні зорі називаються візуально-подвійними, якщо їхню подвійність можна помітити під час безпосередніх спостережень у телескоп. Прикладом візуально-подвійної зорі, видимої навіть неозбро­єним оком, є ζ  Великої Ведмедиці, друга зоря від кінця «ручки» її «ковша». При нормальному зорі зовсім близько біля неї видно другу слабку зірочку, її помітили ще стародавні араби й назвали Алькор (Вершник). Яскравій зорі вони дали назву Міцар.

Системи з кількістю зір n ³3 називаються кратними. Так, у бінокль видно, що ε Ліри складається з двох однакових зір 4-ї зоряної величини, відстань між якими 3'. При спостереженні в телескоп ε Ліри — візуально-четверна зоря.

Затемнювано-подвійні зорі. При взаємному обертанні компоненти подвійної системи можуть по черзі заступати один одного. Такі зорі називаються затемнено-подвійними або алголями, за назвою свого типового представника β Персея. Під час затемнень загальна яскравість пари, компонентів якої ми нарізно не бачимо, слабшатиме (положення 1 і 3). Решту часу в проміжках між затемненнями вона майже стала і тим довша, чим коротша тривалість затемнень і чим більший радіус орбіти. Якщо супутник великий, але сам дає мало світла, то сумарна яскравість системи зменшується зовсім ненабагато, коли яскрава зоря заступає супутник.

Стародавні араби назвали β Персея Алголем (перекручене ель ґуль), що означає «диявол». Можливо, вони помітили його дивну поведінку: протягом 2 днів 11 год яскравість Алголя стала, потім за 5 год вона слабшає від 2,3 до 3,5 зоряної величини, далі за 5 год яскравість повертається до попереднього зна­чення.

Спектрально-подвійні зорі. Якщо компоненти подвійної зорі при взаємному обертанні підходять близько один до одного, то навіть у найсильніший телескоп їх не можна бачити нарізно. В цьому разі подвійність можна виявити за спектром. Такі зорі називатимуться спектраль­но-подвійними. Через ефект Доплера лінії в спектрах зір зміщу­ватимуться в протилежні боки (коли одна зоря віддаляється від нас, інша наближається). Зміщення ліній змінюється з періодом, що дорівнює періоду обертання пари. Якщо яскравості й спектри зір, які становлять пару, подібні, то в спектрі подвійної зорі спо­стерігається періодично повторюване роздвоювання спектральних ліній. У зорі, яка наближається, спектральної лінії зміщуються до синього кінця спектра, а в тієї, що від­даляється.— до червоного. Якщо одна із зір світиться слабо, то буде видно лінії тільки другої зорі, що періодично зміщуються.

Взагалі подвійність зір — дуже поширене явище. Статистика показує, що близько 30 % усіх зір, очевидно, подвійні.

Тісні подвійні системи. Пари зір, відстані між якими сумірні з їхніми розмірами, називаються тісними подвійними системами. За тісного розташування зір частинки газу починають належати не окремомому компоненту, а системі в цілому. Починається процес обміну речовиною між зорями. Якщо одна зоря розширюється, перетворюючись у червоного гіганта, то її речовина починає вільно перетікати на другий компонент, утворючи навуоло неї широкий диск. Речовина гальмується, нагрівається, починає світитися, і зрештою осідає на  поверхню «сусідки», збільшуючи її масу і температуру.

Фізичні змінні зорі. У наш час відомі десятки тисяч фізичних змінних зір, у яких реально змі­нюється їхня світність. Причому в одних вона змінюється строго періодично, а в інших - з часто порушуваною періодичністю або навіть безсистемно).

Отже, зміна розміру й температури спричиняє зміну світності зір. Тому для всіх фізичних змінних зір типово, що разом із зміною світності відбуваються ті чи інші зміни в спектрі, тобто в стані їх атмо­сфери.

Пульсуючі змінні зорі – цефеїди.  З періодичних змінних зір особливий інтерес становлять ц е ф е ї д и. Це білі або жов­туваті зорі. Свою назву вони дістали за типовим представ­ником - зорею δ Цефея. Пе­ріод її змінності 5,37 доби й амплітуда зміни яскравості від 4,6 до 3,7 зоряної величини. Амплітуди зміни яскравості цефеїд становлять не більш як 1,5 зоряної величини при пе­ріодах від десятків хвилин до кількох десятків діб.  Цей період у  них багато років незмінний з точністю до часток секунди.

Із зміною температури дещо змінюється й спектральний клас цефеїд. Причина цього в тому, що цефеїди - пульсуючі зорі. Вони періодично розширюються і стискуються. Стискання зовнішніх шарів спричиняє їх нагрівання.

Цефеїди поділяють на дві групи: короткоперіодичні з періодами, меншими за 1 добу, і класичні з періодами, більшими за 2 доби. Перші з них гарячіші й мають однакову абсолютну величину М = 0,5.

Класичні цефеїди холодніші й мають незвичайну особли­вість. Це надгіганти, і їхня світність тим вища, чим більший період зорі. Цефеїди, які найповільніше змінюються, найяскраві­ші. При періоді близько 50 діб їхня світність в 10000 раз біль­ша, ніж у Сонця. Встановивши світність цефеїди за періодом змі­ни її яскравості, що легко визначається безпосередніми спостере­женнями навіть у найслабших цефеїд, можна обчислити абсолют­ну зоряну величину М і, порівнявши її з видимою зоряною величи­ною m. визначити відстань до зорі за формулою lg r = 0,2 (m -М)+1,

Тому залежність світності від періоду цефеїд надзвичайно важлива для визначення відстаней і розмірів нашої зоряної системи.

Яскраві цефеїди-гіганти нам видно, як маяки Всесвіту, здалеку.

Нові зорі.   Назва   «нові   зорі»  збереглася  з  давніх  часів за зорями, які вважалися справді новими. Зібрані колекції фото­графій показали, що так звана нова зоря насправді існувала й ра­ніше, але раптом спалахнула, внаслідок чого її яскравість за короткий час збільшилася в десятки тисяч разів. Після спалаху зоря поступово повернулася до попереднього стану. Амплітуда зміни яскравості нових зір становить  від 7 до 14 зоряних величин, тобто їх світність може змінюватися в 400000 раз. Можливо, що в нових зір спалахи повторюються з проміжками в тисячі років. Яскраві нові зорі, які в максимумі досягали першої зоряної вели­чини, спостерігалися рідко, наприклад у 1901, 1918, 1925 рр.

Спалах нової зорі відбувається звичайно за кілька днів, а повернення до попередньої світності триває роками й супроводжується коливаннями яскравості.

Зміни в спектрі нової зорі показали: яскравість зорі збільшу­ється тому, що роздувається фотосфера - зростає її поверхня. У момент максимуму світності діаметр нової зорі більший за діа­метр земної орбіти. У момент найбільшої яскравості із зорі зри­вається зовнішній шар і з швидкістю близько 1000 км/с розширюється в навколишній простір.

Як нові спалахують лише деякі дуже гарячі зорі помірних світностей, причому всі нові зорі, очевидно, є подвійними.

Наднові зорі. Деякі особливі зорі, невидимі раніше, не­сподівано спалахують і згасають подібно до нових зір.

Проте в максимумі світності вони бувають у тисячі разів яскравішими, ніж нові зорі, їх називають надновими зорями. Швидкість ви­кидання газів з них також у багато разів більша, ніж у звичайних нових зір.

Внаслідок колосальної світності, яка в максимумі перевищує в десятки тисяч разів світність найяскравіших звичайних зір, ми бачимо наднові зорі на величезних відстанях від нас, в інших зоряних системах. Для оцінки цих відстаней вимірюють яскравість наднових зір. Спалахи наднових зір відбуваються надзвичайно рідко - у середньому один спалах за кілька десятиліть або століть у системі, де налічуються мільярди зір.

Ще до винайдення телескопа в нашій зоряній системі спостері­галося кілька зір, які безсумнівно були надновими. На місці, де одна з них спалахнула в 1054 р. в сузір'ї Тельця, знаходиться туманність, названа Крабоподібною. Вона містить іонізований газ у вигляді прожилок, які прони­зують її основну аморфну масу. Порівнявши фотографії різних років, з'ясували, що туманність розширюється зі швидкістю 1 000 км/с, її розширення почалося з моменту спалаху над­нової зорі. Газ, що утворив туманність, вона викинула під час спалаху. Пізніше виявилось, що Крабоподібна туманність - одне з найпотужніших джерел радіовипромінювання. Воно спричинене тим, що магнітне поле туманності гальмує породжені під час ви­буху зорі електрони, які рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Таке радіовипромінювання електронів у магніт­ному полі називається нетепловим, або синхротронним. Крабоподібна туманність виявилася також одним з найпотужні­ших космічних джерел рентгенівських променів.

На місці спалахів інших «близьких» наднових зір також вияв­лено туманності, що випромінюють радіохвилі й розширюються.

Спалахи наднових зір - найграндіозніші й найрідкісніші з катаст­роф, що відбуваються з небесними тілами.

Пульсар. Пульсар - космічне джерело електромагнітного випромінювання, що реєструється на Землі у вигляді імпульсів - сплесків, які періодично повторюються.

Перший пульсар відкрили Джоселін Белл і Ентоні Х'юїш у 1967. Джерелом імпульсів вважається нейтронна зоря з сильним магнітним полем, яка обертається і має вузько спрямоване випромінювання.

Більшість пульсарів спостерігаються у радіодіапазоні. В наш час відомо більш 1000 пульсарів. Згідно з сучасними теоріями – пульсар  є кінцевою стадією еволюції одиночної масивної зорі.

ІV. Закріплення та систематизація знань та умінь.

Робота в групах з підручником  над питаннями:

Чому пульсуючі змінні цефеїди отримали назву «маяків Всесвіту»?
Поясніть якісно, чому енергія ядерних реакцій на поверхні нової зорі викликає скидання оболонки, а енергія ядерних реакцій в ядрі Сонця не призводить до його руйнування?
В яких випадках буде спостерігатися розщеплення ліній в спектрі спектрально-подвійної зоряної системи, а в яких — зміщення? Поясніть.

Обговорення вивчених питань.

V. Підсумки уроку, домашнє завдання.

Оцінювання роботи класу, окремих учнів.

Домашнє завдання: Вивчити  § 22-23, повторити § 21.

Список літератури

Астрономічний енциклопедичний словник / За загальною редакцією І.А.Климишина та А.О.Корсунь.- Львів, 2003.- 548 с.
Климишин І.А., Крячко І.П. Астрономія: Підручник для 11 класу загальноосвітніх навчальних закладів. – К.; Знання України, 2003. – 192  с.
Костюк А. Уроки астрономії в 11 класі. Посібник для вчителя. – Тернопіль: Підручники і посібники, 2003.- 112 с.