Сегодня это общеизвестно, но ученым потребовались столетия, чтобы понять.
Ключевые выводы
- На самые простые вопросы часто труднее всего ответить.
- На первый взгляд, солнце и звезды очень разные. Первое близко и жарко, второе далеко и холодно.
- Мы не могли подтвердить, что Солнце является звездой, пока не были изобретены телескопы и спектроскопы.
Иногда, как ученый, вы забываете, насколько вы считаете само собой разумеющимся удивительность Вселенной. На днях мы с коллегами обменивались историями о том, как друзья, не являющиеся учеными, часто задавали нам вопросы, о которых мы даже не подозревали. Один из моих соотечественников рассказал, как его друг был совершенно поражен тем, что солнце было просто еще одной звездой. Мне очень понравилась эта история, потому что, если подумать, люди поняли, что такое звезды - и что солнце - звезда - совсем недавно за нашу 300-тысячелетнюю историю.
Давайте вернемся назад и зададим основной вопрос: откуда мы знаем, что солнце - звезда?
Астрономия 101
Конечно, солнце - это свет в небе, а звезды - это свет в небе. Но для тех, кто начинает с нуля, они могут показаться совсем другими. Солнце светит только днем, а звезды - только ночью. Солнце может быть настолько горячим, что буквально обжигает кожу. Звезды, с другой стороны, вообще не излучают тепла. Как астрономы поняли, что солнце и звезды - звери из одного пера?
Одним из ключевых моментов было понимание того, что их выход энергии за время (то, что астрономы называют светимостью) одинаков. Если звезды выглядят тусклыми, а солнце кажется ослепляющим, это только потому, что солнце намного ближе. Светимость объекта можно определить, зная его яркость и расстояние до него. Это означает, что когда вы знаете расстояние до объекта, вы можете рассчитать его светимость. Таким образом, проблема определения того, действительно ли солнце и звезды имеют одинаковую светимость, сводилась к выяснению их расстояний. Умные люди еще со времен древних греков начали оценивать, насколько далеко находится солнце, но измерения расстояний до звезд заняли у человечества гораздо больше времени.
Проблема параллакса
Проблема для звезд заключалась в методе, необходимом для расчета расстояний. Самый простой способ - это то, что называется параллаксом, который основан на том, как удаленный объект меняет свое положение относительно близлежащего объекта, когда вы, наблюдатель, меняете свое положение. Вы можете увидеть эффект, поднеся палец к носу, глядя на картину на стене, а затем закрыв один глаз, а затем другой. При этом положение вашего пальца относительно картины на стене прыгает туда-сюда.
Но вот в чем загвоздка. Чем дальше картина на стене, тем меньше смещение ее положения. Поскольку звезды находятся так далеко, астрономам пришлось ждать, пока у них не появятся достаточно мощные телескопы, прежде чем они смогут получить точные измерения параллакса и, следовательно, точные расстояния. Как только они были определены, они обнаружили, что да, солнце и звезды вырабатывают сопоставимое количество энергии каждую секунду.
Стоит отметить, что большие звезды могут быть в миллионы раз ярче маленьких, но для наших целей важно то, что астрономы смогли определить, что звезды и солнце относятся к одной категории «светящаяся штука».
Мы все звезды
Следующим большим шагом в доказательстве того, что Солнце было звездой, было показать, что оба они в основном состоят из одного и того же материала. По понятным причинам люди долгое время считали, что солнце состоит из горящего вещества, но из какого вещества? Было ли это дерево, свечной воск или уголь? А как насчет звезд, которые, казалось, горели менее интенсивно?
Ответ на этот вопрос пришел с изобретением спектроскопии, которая включает в себя пропускание солнечного света или звездного света через призму, чтобы разбить его на составляющие цвета (например, радугу). Когда астрономы сделали это с достаточно мощными спектрографами, они увидели, что радуга не полная. Были темные полосы или отсутствующие цвета, как будто что-то съело свет на определенных длинах волн. Темные линии не были случайными, а появлялись в определенных узорах. Примечательно, что вскоре физики обнаружили, что эти узоры из темных линий подобны отпечаткам пальцев определенных элементов (таких как водород, гелий, азот и кислород) в газе, через который проходит свет на пути к спектрографу.
Темные линии, наблюдаемые в свете Солнца или далеких звезд, давали астрономам представление об их составе. Он рассказывал им, из чего сделаны солнце и звезды. И вот, узоры темных линий для обоих были в основном одинаковыми. Звезды были сделаны из того же материала, что и солнце, а солнце было сделано из того же материала, что и звезды!
Это открытие изменило правила игры. Со спектроскопией астрономия стала астрофизикой, и вскоре началась настоящая наука о звездах. В последующие десятилетия астрономы раскроют секреты внутренней архитектуры звезд, а также источника ядерной энергии, питающего их титанические двигатели.
Пройдя все эти этапы, солнце было, наконец, признано просто еще одной звездой в конце 19 или в начале 20 й век. Это был наш родительский шар ядерного синтеза - ничем не отличающийся и необычный по сравнению с другими звездами, но для нас совершенно особенный.