כוכבים הם כדורים ענקיים של פלזמה זוהרת. יש מספר עצום מהם בגלקסיה שלנו. הכוכבים מילאו תפקיד חשוב בהתפתחות המדע. הם צוינו גם במיתוסים של עמים רבים, שימשו ככלי ניווט. כשהמציאו טלסקופים, כמו גם חוקי התנועה של גרמי השמיים ושל כוח הכבידה, המדענים הבינו שכל הכוכבים דומים לשמש.
הגדרה
כוכבי הרצף הראשי כוללים את כל אלה שבהם מימן הופך להליום. מכיוון שתהליך זה מאפיין את רוב הכוכבים, רוב המאורות שנצפו על ידי האדם נכנסים לקטגוריה זו. לדוגמה, גם השמש שייכת לקבוצה זו. אלפא אוריוניס, או, למשל, הלוויין של סיריוס, אינם שייכים לכוכבי הרצף הראשי.
קבוצות כוכבים
לראשונה, המדענים E. Hertzsprung ו-G. Russell התייחסו לסוגיית השוואת הכוכבים לסוגיהם הספקטרליים. הם יצרו תרשים שהציג את הספקטרום והבהירות של כוכבים. לאחר מכן, דיאגרמה זו נקראה על שמם. רוב המאורות הממוקמים עליו נקראים גרמי השמים של הראשירצפים. קטגוריה זו כוללת כוכבים החל מגנסי-על כחולים ועד ננסים לבנים. בהירות השמש בתרשים זה נלקחת כאחדות. הרצף כולל כוכבים במסות שונות. מדענים זיהו את הקטגוריות הבאות של גופי תאורה:
- Supergiants - I class luminosity.
- Giants - Class II.
- כוכבים של הרצף הראשי - V class.
- Subdwarfs - VI class.
- גמדים לבנים – מחלקה VII.
תהליכים בתוך המאורות
מנקודת המבט של המבנה, ניתן לחלק את השמש לארבעה אזורים מותנים, שבתוכם מתרחשים תהליכים פיזיקליים שונים. אנרגיית הקרינה של הכוכב, כמו גם האנרגיה התרמית הפנימית, מתעוררות עמוק בתוך האור, ומועברות לשכבות החיצוניות. המבנה של כוכבי הרצף הראשי דומה למבנה גוף התאורה של מערכת השמש. החלק המרכזי של כל גוף תאורה ששייך לקטגוריה זו בתרשים הרצספרונג-ראסל הוא הליבה. שם מתרחשות כל הזמן תגובות גרעיניות, שבמהלכן הופך הליום למימן. כדי שגרעיני מימן יתנגשו זה בזה, האנרגיה שלהם צריכה להיות גדולה יותר מאנרגיית הדחייה. לכן, תגובות כאלה מתרחשות רק בטמפרטורות גבוהות מאוד. בתוך השמש הטמפרטורה מגיעה ל-15 מיליון מעלות צלזיוס. ככל שהוא מתרחק מליבת הכוכב, הוא פוחת. בגבול החיצוני של הליבה, הטמפרטורה היא כבר חצי מהערך בחלק המרכזי. גם צפיפות הפלזמה יורדת.
תגובות גרעיניות
אבל לא רק במבנה הפנימי של הרצף הראשי כוכבים דומים לשמש. המאורות של קטגוריה זו נבדלים גם על ידי העובדה שתגובות גרעיניות בתוכם מתרחשות בתהליך בן שלושה שלבים. אחרת, זה נקרא מחזור פרוטון-פרוטון. בשלב הראשון שני פרוטונים מתנגשים זה בזה. כתוצאה מהתנגשות זו מופיעים חלקיקים חדשים: דוטריום, פוזיטרון וניטרינו. לאחר מכן, הפרוטון מתנגש בחלקיק ניטרינו, ונוצר גרעין של איזוטופ הליום-3, כמו גם קוונטי של קרני גמא. בשלב השלישי של התהליך, שני גרעיני הליום-3 מתמזגים יחד, ונוצר מימן רגיל.
במהלך ההתנגשויות הללו, חלקיקי נייטרינו אלמנטריים נוצרים ללא הרף במהלך תגובות גרעיניות. הם מתגברים על השכבות התחתונות של הכוכב, ועפים לחלל הבין-פלנטרי. גם נייטרינו נרשמים על הקרקע. הכמות שנרשמת על ידי מדענים בעזרת מכשירים קטנה לאין ערוך ממה שהם צריכים להיות על פי ההנחה של מדענים. בעיה זו היא אחת התעלומות הגדולות ביותר בפיזיקה סולארית.
אזור קורן
השכבה הבאה במבנה השמש וכוכבי הרצף הראשיים היא אזור הקרינה. גבולותיו משתרעים מהליבה ועד לשכבה דקה הממוקמת על גבול אזור ההסעה - הטאצ'וקלין. אזור הקרינה קיבל את שמו מהאופן שבו מועברת אנרגיה מהליבה לשכבות החיצוניות של הכוכב - קרינה. פוטונים,אשר מיוצרים כל הזמן בגרעין, נעים באזור זה, מתנגשים עם גרעיני הפלזמה. ידוע שמהירותם של חלקיקים אלו שווה למהירות האור. אך למרות זאת, לוקח לפוטונים כמיליון שנים להגיע לגבול אזור ההסעה והקרינה. עיכוב זה נובע מהתנגשות מתמדת של פוטונים עם גרעיני הפלזמה ופליטתם מחדש.
Tachocline
לכוכבי השמש והרצף הראשי יש גם אזור דק, ככל הנראה ממלא תפקיד חשוב ביצירת השדה המגנטי של הכוכבים. זה נקרא טאצ'וקלין. מדענים מציעים שכאן מתרחשים התהליכים של הדינמו המגנטי. זה טמון בעובדה שזרימות פלזמה מותחות את קווי השדה המגנטי ומגדילות את עוצמת השדה הכוללת. ישנן גם הצעות ששינוי חד בהרכב הכימי של הפלזמה מתרחש באזור הטכוקלין.
אזור הסעה
אזור זה מייצג את השכבה החיצונית ביותר. גבולו התחתון נמצא בעומק של 200 אלף ק מ, והגבוה העליון מגיע לפני השטח של הכוכב. בתחילת אזור ההסעה, הטמפרטורה עדיין גבוהה למדי, היא מגיעה לכ-2 מיליון מעלות. עם זאת, אינדיקטור זה אינו מספיק עוד לתהליך היינון של אטומי פחמן, חנקן וחמצן. אזור זה קיבל את שמו בגלל האופן שבו יש העברה מתמדת של חומר מהשכבות העמוקות אל החיצוניות - הסעה, או ערבוב.
במצגת עלכוכבי רצף ראשיים יכולים להצביע על העובדה שהשמש היא כוכב רגיל בגלקסיה שלנו. לכן, מספר שאלות - למשל לגבי מקורות האנרגיה שלה, המבנה וגם היווצרות הספקטרום - משותפות הן לשמש והן לכוכבים אחרים. גוף התאורה שלנו ייחודי מבחינת מיקומו - הוא הכוכב הקרוב ביותר לכוכב הלכת שלנו. לכן, פני השטח שלו נתונים למחקר מפורט.
Photosphere
הקליפה הגלויה של השמש נקראת פוטוספירה. היא זו שמקרינה כמעט את כל האנרגיה שמגיעה לכדור הארץ. הפוטוספירה מורכבת מגרגירים, שהם עננים מוארכים של גז חם. כאן תוכלו גם לצפות בנקודות קטנות, הנקראות לפידים. הטמפרטורה שלהם גבוהה בכ-200 oC מהמסה שמסביב, כך שהם שונים בבהירותם. לפידים יכולים להתקיים עד מספר שבועות. יציבות זו נוצרת בשל העובדה שהשדה המגנטי של הכוכב אינו מאפשר לזרמים האנכיים של גזים מיוננים לסטות בכיוון אופקי.
Spots
כמו כן, לפעמים מופיעים אזורים כהים על פני הפוטוספירה - גרעיני הכתמים. לעתים קרובות כתמים יכולים לגדול לקוטר העולה על קוטר כדור הארץ. כתמי שמש נוטים להופיע בקבוצות, ואז לגדול. בהדרגה, הם מתפרקים לאזורים קטנים יותר עד שהם נעלמים כליל. כתמים מופיעים משני צידי קו המשווה. כל 11 שנים, מספרם, כמו גם השטח התפוס בכתמים, מגיע למקסימום. על פי התנועה הנצפית של הכתמים, גלילאו הצליחלזהות את סיבוב השמש. מאוחר יותר, סיבוב זה שוכלל באמצעות ניתוח ספקטרלי.
עד עכשיו, מדענים מתלבטים מדוע התקופה של הגדלת כתמי השמש היא בדיוק 11 שנים. למרות פערי הידע, מידע על כתמי שמש ומחזוריות של היבטים אחרים של פעילות הכוכב מעניק למדענים הזדמנות לבצע תחזיות חשובות. ע י לימוד נתונים אלו, ניתן לבצע תחזיות לגבי הופעת סערות מגנטיות, הפרעות בתחום תקשורת הרדיו.
הבדלים מקטגוריות אחרות
הבהירות של כוכב היא כמות האנרגיה שנפלטת מגוף האור ביחידת זמן אחת. ניתן לחשב ערך זה מכמות האנרגיה המגיעה לפני השטח של כוכב הלכת שלנו, בתנאי שהמרחק של הכוכב מכדור הארץ ידוע. עוצמת הבהירות של כוכבי רצף ראשי גדולה מזו של כוכבים קרים בעלי מסה נמוכה ופחות מזו של כוכבים חמים, שהם בין 60 ל-100 מסות שמש.
כוכבים קרים נמצאים בפינה הימנית התחתונה יחסית לרוב הכוכבים, וכוכבים חמים נמצאים בפינה השמאלית העליונה. יחד עם זאת, ברוב הכוכבים, בניגוד לענקים אדומים וגמדים לבנים, המסה תלויה במדד הזוהר. כל כוכב מבלה את רוב חייו ברצף הראשי. מדענים מאמינים שכוכבים מסיביים יותר חיים הרבה פחות מאלה שיש להם מסה קטנה. במבט ראשון, זה צריך להיות הפוך, כי יש להם יותר מימן לשרוף, והם חייבים להשתמש בו זמן רב יותר. עם זאת, הכוכביםמסיביים צורכים את הדלק שלהם הרבה יותר מהר.
