WSZECHŚWIAT PRZEZ LORNETKĘ
Podwórkowa ewolucja
http://www.cloudynights.com/page/articles/cat/column/binocular-universe/binocular-universe-backyard-evolution-r3027
Oryginalny PDF (niedostępny)

Styczeń 2016

Phil Harrington
Tłumaczenie: Marcin Siudzinski (Astronoce.pl)






W każdym semestrze akademickim wykładam inny kurs astronomii na studiach licencjackich w Suffolk County Community College, tu, na Long Island. Często, gdy jest to kurs "Astronomia gwiazd i galaktyk", studenci przychodzą do mnie przed pierwszym wykładem i pytają: "a więc o czym w ogóle będzie ten wykład?". Moja odpowiedź jest zawsze taka sama: "O Orionie!".



Jednym z głównych celów tego kursu jest zrozumienie przez studentów ewolucji gwiazd. Nie wyobrażam sobie lepszego sposobu zilustrowania tego procesu od początku do końca, niż na podstawie Oriona, Myśliwego. Całe zagadnienie może być skondensowane do tego jednego gwiazdozbioru. Są tam gwiazdy jasne i słabe, gorące i chłodne, młode i stare. Orion to "kopalnia cudów; ta wspaniała konstelacja obejmuje niemal pełną gamę ciekawych zjawisk, które widać na niebie", zgodnie ze słowami Garretta Servissa z jego klasycznej książki Astronomy with an Opera Glass, z roku 1888 (skorzystaj z linku by podejrzeć i pobrać pełen tekst z Biblioteki Kongresu Stanów Zjednoczonych).

Jeśli chcesz zobaczyć gwiezdne narodziny, spójrz tylko na środkową gwiazdę w mieczu Oriona. Ta "gwiazda" to nie pojedyncze słońce, ale świecący obłok znany jako Mgławica Oriona, M42, jedna z najbardziej ruchliwych sal porodowych na niebie. To, co na pierwszy rzut oka może wyglądać jak słabe, bezkształtne rozmycie, po zamocowaniu lornetki na solidnym montażu zapewniającym stabilny obraz, pokazuje bogactwo subtelnych szczegółów. Ogólny kształt zawsze przypomina mi uformowaną w miseczkę dłoń, widoczną z boku, która z pozoru chwyta dwie gwiazdy, theta-1 i theta-2 Orionis.

Theta-1 to w rzeczywistości rodzina czterech młodych słońc zgrabnie zebranych w kształt trapezu, zwanego właśnie Trapezem. Dostrzeżenie wszystkich czterech gwiazd przez lornetkę to fajny test. Ale ostrzegam, kluczowe są tu powiększenie i apertura. Gwiazdy Trapezu oznaczone są literami (A, B, C i D), uporządkowane według swojego położenia. Główna gwiazda układu, najjaśniejsza z nich, o jasności 5,1 magnitudo, znana jest jako theta-1C i wyznacza południowy narożnik trapezu. Zarówno zachodnia gwiazda (theta-1A), jak i północna gwiazda (theta-1B), znane są jako podwójne zaćmieniowe, ze słabszą towarzyszką przechodzącą na przemian przed i za składnikiem głównym. Te zaćmienia sprawiają, że obie gwiazdy zmieniają nieco jasność, choć zwykle mają, odpowiednio, 6,7 i 7,9 magnitudo. Theta-1D również ma jasność 6,7 magnitudo.

Poszukaj również ciemnego obłoku w kształcie cygara, zwanego Rybim Pyskiem, widocznego na jaśniejszym tle obłoku, nieco na północ od thety-2 i na wschód od thety-1. Jest tu też małe "wybrzuszenie" wystające z północnej krawędzi Mgławicy Oriona. Choć jest ono częścią tego samego kompleksu, Charles Messier skatalogował je osobno jako M43.

M42 to jedynie czubek ogromnej mgławicowej "góry lodowej" znanej jako Obłok Molekularny Oriona, który ogarnia niemal cały gwiazdozbiór. Odległość od Obłoku to od 1.500 do 1.600 lat świetlnych i rozciąga się on na setki lat świetlnych. Oprócz M42 i M43, Obłok Molekularny Oriona obejmuje również następujące obiekty:

• IC 434
• Barnard 33 (Koński Łeb)
• Pętla Barnarda
• M78
• NGC 2024 (mgławica Płomień)
• Sh2-264 (pierścień molekularny Lambda Orionis)
• Asocjacja Gwiazdowa Orion OB1, która dodatkowo dzieli się na cztery części:

• Orion OB1a (grupa gwiazd na północny zachód od gwiazd Pasa Oriona, włącznie z 25 Orionis)
• Orion OB1b (znana również jako Collinder 70, opisana poniżej)
• Orion OB1c (gwiazdy Miecza Oriona)
• Orion OB1d (najmłodsze gwiazdy w M42 i M43)

Ponieważ obłok przesuwa się przez ten obszar z północnego zachodu na południowy wschód, zostawia on gniazda nowo powstałych, budzących się gwiazd. Fala obecnie zwieńcza się nieopodal miecza, ale w kierunku północnym obłoki się rozchyliły, co ujawniło kwitnącą gromadę otwartą znaną jako Collinder 70. Do gromady należą wszystkie trzy gwiazdy Pasa Oriona, jak również około setki słabszych słońc. Gromada Pasa nie była uznawana za gromadę aż do badań przeprowadzonych przez szwedzkiego astronoma Pera Collindera (1890-1974), które wykazały, że wszystkie te gwiazdy zmierzają w tym samym kierunku przez naszą Galaktykę.

Większość gwiazd w Gromadzie Pasa Oriona jest jaśniejszych niż 9 magnitudo, co plasuje je w zasięgu lornetki 50mm na podmiejskim niebie. Kiedy patrzysz w ich stronę, pamiętaj, że gwiazdy mają przypuszczalnie mniej niż 10 milionów lat. W porównaniu do naszego Słońca w wieku 4,5 miliarda lat są bardzo młode, ale dużo starsze niż gwiazdy w Mgławicy Oriona, których wiek nie przekracza 300.000 lat.

Ogólnie rzecz biorąc, Collinder 70 ma kształt piłki futbolowej, z trzema gwiazdami Pasa wyznaczającymi dłuższą oś piłki. Jest tam również charakterystyczny łańcuszek w kształcie litery S złożony z 11 słabych gwiazd, który wije się od Mintaki, zachodniej gwiazdy Pasa, do Alnilama w jego środku.

Sama Mintaka jest szerokim układem podwójnym, którego rozdzielenie, mimo swojej dużej separacji, może być wyzwaniem dla lornetek. A to dlatego, że jasny składnik -- gwiazda, którą widzimy gołym okiem -- ma jasność 2,2 magnitudo, a jej towarzysz jedynie 6,8 magnitudo, czyli jest niemal 70 razy słabszy. Tak więc, mimo faktu, że są one oddalone od siebie o 53 sekundy łuku, rozdzielenie tej pary jest trudne z powodu blasku składnika głównego. Podpowiem, by szukać słabszego towarzysza na północ od gwiazdy głównej. Obie zdają się być czysto białe.

Mintaka, Alnilam i wiele z innych gwiazd należących do Collindera 70 to gwiazdy klasy widmowej O lub B. Astronomowie wykorzystują klasy widmowe (lub, jak wolisz, typy widmowe) do sortowaniu gwiazd według temperatury, rozmiaru i mocy promieniowania (potocznie: jasności). Moc promieniowania jest miarą rzeczywistej jasności gwiazdy, a jej temperatura to miara temperatury jej widocznej powierzchni. Znając te dwa parametry, astronomowie klasyfikują gwiazdy według klasyfikacji widmowej (spektralnej). Gwiazdy ułożone są od najgorętszych do najchłodniejszych, oznaczone literami alfabetu: O, B, A, F, G K i M.

Każda klasa może być następnie podzielona na 10 podklas (podtypów), ponumerowanych od 0 do 9. Zgodnie z przyjętą konwencją, im niższa cyfra tym gorętsza gwiazda w danej grupie. Na przykład, nasze Słońce sklasyfikowane jest jako gwiazda G2. Wszystkie gwiazdy klasy G mają wspólne cechy widmowe, ale gwiazda G1 będzie nieco gorętsza od naszego Słońca, a G3 (i G4 itp., aż do G9) będzie chłodniejsza.

Poniższa tabela pokazuje klasy widmowe i jasności wizualne najjaśniejszych gwiazd w Orionie.

Gwiazda	Typ widmowy	Jasność [mag]
Betelgeza (alfa)	M2	0,45
Saiph (kappa)	B0	2,07
Bellatrix (gamma)	B2	1,64
Rigel (beta)	B8	0,18
Alnitak (zeta)	O9	1,82
Alnilam (epsilon)	B0	1,69
Mintaka (delta)	O9	2,41

Cofając się do początku XX wieku, duński astronom Ejnar Hertzsprung i amerykański astronom Henry Russell zaczęli niezależnie od siebie przyglądać się tym charakterystykom dla różnych gwiazd na niebie. W szczególności porównali oni temperatury gwiazd z ich mocą promieniowania. Obydwaj astronomowie nanieśli dane gwiazd na wykres. Pionowa oś wykresu (oś Y) była miarą mocy promieniowania, a oś pozioma (oś X) zawierała klasy widmowe gwiazd. Dziś, wykres ten znany jest jako Diagram Hertzsprunga-Russella, lub prościej, Diagram (Wykres) H-R.

Początkowo, przypuszczalnie nie oczekiwali znaleźć jakiejkolwiek zależności pomiędzy temperaturą gwiazdy a jej mocą promieniowania, ale w rzeczywistości istnieje tu bardzo wyraźny związek. Ponad 90% wszystkich gwiazd leży wzdłuż zakrzywionej linii, która rozciąga się z górnego lewego narożnika do dolnego prawego narożnika diagramu. To szerokie pasmo nazwane zostało "Ciągiem Głównym". Stosunkowo niewiele gwiazd znajduje się w pozostałych dwóch narożnikach Diagramu H-R. Te, leżące przy górnym prawym (czyli gwiazdy mające wysoką moc promieniowania, ale świecące na czerwono, a więc dość chłodne) zwane są czerwonymi olbrzymami lub czerwonymi nadolbrzymami. W przeciwległym narożniku są białe karły, gwiazdy które są niezwykle gorące, ale niezbyt jasne ze względu na ich niewielkie rozmiary.


Podążmy szlakiem powstawania gwiazd na północ, do malutkiej, trójkątnej głowy Myśliwego. Najwyższa gwiazda trójkąta, Meissa (lambda Orionis) to niebieskobiały olbrzym klasy O8, który powinien widnieć w górnym lewym narożniku Diagramu H-R. Jego temperatura powierzchniowa szacowana jest na 35.000 K, co sprawia, że jest to jedna z najgorętszych gwiazd w Orionie widocznych gołym okiem. Meissa, wraz z kilkudziesięcioma słabszymi słońcami w obrębie około 1°, należy do gromady gwiazd Collinder 69. Większość lornetek ujawni od 15 do 20 gwiazd w zakresie jasności od 5 do 9 magnitudo. Badania pokazują również, że wiek Collindera 69 to przypuszczalnie nie więcej niż 5 milionów lat.

Trzecia gromada Collindera, Collinder 65, jest wystarczająco duża by niektóre z jej gwiazd przekraczały granicę z sąsiednim Bykiem. Dodając kilka gwiazd spoza gromady od wschodu i północy, wyobrażam sobie tę gromadę jako włócznię, którą Orion zaraz dźwignie na Byka. "Włócznia Oriona" mierzy około 8° długości, co sprawia, że jest idealna dla lornetek 7x i 8x.

Jak na razie, zbadaliśmy gwiezdne narodziny i dojrzewanie. A co z drugim końcem skali? W tym celu musimy spojrzeć na pobliską Betelgezę, klasy widmowej M2. Podczas gdy wiele z gwiazd Oriona jest dość młodych, radośnie zmieniając w swoich jądrach wodór w hel, Betelgeza już to zrobiła. Podaż wodoru w jej jądrze dawno się wyczerpała, wywołując pęcznienie gwiazdy w ogromnego czerwonego nadolbrzyma. Dziś, gdy cięższe pierwiastki ulegają w jej jądrze fuzji, Betelgeza znajduje się w górnym prawym narożniku Diagramu H-R, wyraźnie poza Ciągiem Głównym. Ostatecznie proces ten zakończy się i Betelgeza odejdzie na zawsze w niszczącym wszystko wybuchu świetności jako supernowa typu II. Na razie jednak cieszmy się jej wspaniałym rubinowym blaskiem, który oznacza temperaturę powierzchniową około 3.500 K.

Porównaj ją do Rigela, który jest niebieskobiałym nadolbrzymem klasy B8. Rigel wyczerpał całe paliwo wodorowe w swoim jądrze, co sprawiło, że opuścił on Ciąg Główny. Temperatura powierzchniowa Rigela szacowana jest na niesamowite 12.000 Kelwinów, co sytuuje go blisko górnej krawędzi Diagramu H-R. Rigel będzie kontynuował rozszerzanie i wzrost jasności, kontynuując powolne przesuwanie się w kierunku górnego prawego narożnika. Ostatecznie on również wybuchnie jako supernowa typu II.

Rzeczywiście, W Orionie jest wszystko. Twoje zadanie domowe na ten miesiąc to zobaczenie tych obiektów następnej pogodnej nocy. Jeśli szukasz dodatkowych zadań, oto więcej celów do rozważenia w tegomiesięcznym Wszechświecie przez Lornetkę.


Podczas obserwacji tych obiektów, pomyśl o tym, co dzieje się za ich kulisami. I zawsze pamiętaj, że dwoje oczu jest lepsze od jednego. Klasa jest wolna.

---

O Autorze:
Phil Harrington jest redaktorem magazynu Astronomy oraz autorem 9 książek o astronomii. W ubiegłym miesiącu jego pierwsza książka, Touring the Universe Through Binoculars, obchodziła 25. rocznicę pojawienia się drukiem. Po więcej informacji odwiedź jego stronę internetową: www.philharrington.net.

Wszechświat przez Lornetkę Phila Harringtona jest chroniony prawem autorskim 2016 przez Philipa S. Harringtona. Wszelkie prawa zastrzeżone. Zakaz kopiowania, całości lub części, poza pojedynczymi kopiami do użytku osobistego, bez pisemnej zgody posiadacza prawa autorskiego.