Gwiazda: definicja, budowa, procesy i znaczenie

Gwiazdą znajdującą się najbliżej Ziemi jest Słońce. Energia ze Słońca wspiera prawie całe życie na Ziemi poprzez dostarczanie światła dla roślin. Rośliny zamieniają światło w energię w procesie zwanym fotosyntezą. Energia ze Słońca powoduje również pogodę i wilgotność na Ziemi.

Inne gwiazdy możemy zobaczyć na nocnym niebie, kiedy Słońce zachodzi. Podobnie jak Słońce, są one zbudowane głównie z wodoru i odrobiny helu oraz innych pierwiastków. Astronomowie często porównują te inne gwiazdy do Słońca. Na przykład, ich masa jest podawana w masach słonecznych. Mała gwiazda może mieć masę 0,2 masy słonecznej, a duża 4,0 masy słonecznej.

Ziemia i inne planety poruszają się wokół Słońca (orbitują). Słońce i wszystkie rzeczy, które krążą wokół niego nazywamy Układem Słonecznym. Wiele innych gwiazd ma planety krążące wokół nich: te planety nazywamy egzoplanetami. Gdybyś był na egzoplanecie, nasze Słońce wyglądałoby jak gwiazda na niebie, ale nie mógłbyś zobaczyć Ziemi, ponieważ byłaby zbyt daleko.

Proxima Centauri to gwiazda, która znajduje się najbliżej naszego Słońca. Oddalona jest o 39,9 trylionów kilometrów. Jest to odległość 4,2 lat świetlnych. Oznacza to, że światło z Proximy Centauri potrzebuje 4,2 roku, aby dotrzeć do Ziemi.

Astronomowie uważają, że we Wszechświecie istnieje bardzo duża liczba gwiazd. Obserwowalny Wszechświat zawiera ponad 2 tryliony (¹⁰¹²) galaktyk i w sumie aż 1×1024 gwiazd (więcej gwiazd niż wszystkich ziaren piasku na Ziemi). To znaczy 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 gwiazd, czyli wielokrotnie więcej niż kilkaset miliardów gwiazd w Drodze Mlecznej (naszej galaktyce).

Większość gwiazd jest bardzo stara. Zwykle uważa się, że ich wiek wynosi od 1 miliarda do 10 miliardów lat. Najstarsze gwiazdy mają 13,7 miliarda lat. Jest to tyle samo lat co Wszechświat. Niektóre młode gwiazdy mają zaledwie kilka milionów lat. Młode gwiazdy są przeważnie jaśniejsze od starych.

Gwiazdy mają różne rozmiary. Najmniejsze gwiazdy to gwiazdy neutronowe, które są właściwie martwymi gwiazdami. Są one nie większe niż miasto. Gwiazda neutronowa posiada dużą ilość masy na bardzo małej przestrzeni.

Gwiazdy hipergigantyczne są największymi gwiazdami we Wszechświecie. Ich średnica jest ponad 1500 razy większa od Słońca. Gdyby Słońce było gwiazdą hipergigantyczną, sięgałoby tak daleko jak Jowisz.

Gwiazda Betelgeuse jest czerwonym supergigantem. Chociaż gwiazdy te są bardzo duże, mają również niską gęstość.

Niektóre gwiazdy wyglądają jaśniej niż inne. Różnica ta jest mierzona w kategoriach magnitudo pozornej. Istnieją dwa powody, dla których gwiazdy mają różną wielkość pozorną. Jeśli gwiazda znajduje się bardzo blisko nas, wydaje się dużo jaśniejsza. To tak jak w przypadku świecy. Świeca, która jest blisko nas, wydaje się jaśniejsza. Innym powodem, dla którego gwiazda może wydawać się jaśniejsza jest to, że jest ona gorętsza niż inna, chłodniejsza gwiazda.

Gwiazdy wydzielają światło, ale także wiatr słoneczny i neutrina. Są to bardzo małe cząstki materii.

Gwiazdy są zbudowane z masy, a masa tworzy grawitację. Grawitacja sprawia, że planety krążą wokół gwiazd. To dlatego Ziemia krąży wokół Słońca. Grawitacja dwóch gwiazd może sprawić, że będą one krążyć wokół siebie. Gwiazdy, które krążą wokół siebie nazywane są gwiazdami podwójnymi. Naukowcy uważają, że istnieje wiele gwiazd podwójnych. Istnieją nawet grupy trzech lub więcej gwiazd, które krążą wokół siebie. Proxima Centauri jest małą gwiazdą, która krąży wokół innych gwiazd.

Gwiazdy nie są rozmieszczone równomiernie w całej przestrzeni kosmicznej. Są pogrupowane w galaktyki. Jedna galaktyka zawiera setki miliardów gwiazd.

Gwiazdy były ważne dla ludzi na całym świecie przez całą historię. Gwiazdy były częścią praktyk religijnych. Dawno temu ludzie wierzyli, że gwiazdy nigdy nie mogą umrzeć.

Astronomowie zorganizowali gwiazdy w grupy zwane gwiazdozbiorami. Używali konstelacji, aby pomóc sobie w obserwacji ruchu planet i odgadnięciu pozycji Słońca. Ruch Słońca i gwiazd był wykorzystywany do tworzenia kalendarzy. Kalendarze były używane przez rolników, aby zdecydować, kiedy zasadzić plony i kiedy je zebrać.

Gwiazdy powstają w mgławicach. Są to obszary, które zawierają więcej gazu niż normalna przestrzeń. Gaz w mgławicy jest przyciągany do siebie przez grawitację. Mgławica Oriona jest przykładem miejsca, w którym gaz łączy się, tworząc gwiazdy.

Gwiazdy spędzają większość swojego życia na łączeniu (fuzji) wodoru z wodorem w celu uzyskania energii. Kiedy wodór jest stopiony, powstaje hel, który wytwarza dużo energii. Aby stopić wodór w hel, musi być bardzo gorąco, a ciśnienie musi być bardzo wysokie. Fuzja zachodzi w centrum gwiazd, zwanym "jądrem".

Najmniejsze gwiazdy (czerwone karły) spalają swój wodór powoli i żyją przez 100 miliardów lat. Czerwone karły żyją dłużej niż jakikolwiek inny typ gwiazd. Pod koniec swojego życia stają się coraz ciemniejsze. Czerwone karły nie wybuchają.

Kiedy bardzo ciężkie gwiazdy umierają, eksplodują. Taka eksplozja nazywana jest supernową. Kiedy supernowa ma miejsce w mgławicy, eksplozja spycha gaz w mgławicy razem. To sprawia, że gaz w mgławicy jest bardzo gęsty (zwarty). Grawitacja i eksplodujące gwiazdy pomagają w łączeniu gazu w celu tworzenia nowych gwiazd w mgławicach.

Większość gwiazd zużywa wodór znajdujący się w ich jądrze. Kiedy tak się dzieje, ich jądro staje się mniejsze i gorętsze. Staje się tak gorące, że wypycha zewnętrzną część gwiazdy. Zewnętrzna część rozszerza się i powstaje czerwony olbrzym. Astrofizycy uważają, że za około 5 miliardów lat Słońce stanie się czerwonym olbrzymem. Nasze Słońce będzie tak duże, że pożre Ziemię. Po tym jak nasze Słońce przestanie używać wodoru do produkcji energii, zacznie używać helu w swoim bardzo gorącym jądrze. Będzie ono gorętsze niż wtedy, gdy spalało wodór. Ciężkie gwiazdy będą również wytwarzać pierwiastki cięższe od helu. W miarę jak gwiazda wytwarza coraz cięższe pierwiastki, wytwarza coraz mniej energii. Żelazo jest ciężkim pierwiastkiem wytwarzanym w ciężkich gwiazdach.

Nasza gwiazda jest przeciętną gwiazdą. Przeciętne gwiazdy wypychają swoje gazy zewnętrzne. Gaz, który wypycha, tworzy chmurę zwaną mgławicą planetarną. Część jądra gwiazdy pozostanie. Będzie to kula wielkości Ziemi, zwana białym karłem. W ciągu bardzo długiego czasu przekształci się w czarnego karła.

Później, w dużych gwiazdach, cięższe pierwiastki powstają w wyniku fuzji jądrowej. W końcu gwiazda wybucha jako supernowa. Większość rzeczy we wszechświecie dzieje się tak wolno, że nie zwracamy na nie uwagi. Ale eksplozje supernowych trwają zaledwie 100 sekund. Kiedy supernowa eksploduje, jej błysk jest tak jasny jak 100 miliardów gwiazd. Umierająca gwiazda jest tak jasna, że można ją zobaczyć w ciągu dnia. Supernowa oznacza "nową gwiazdę", ponieważ ludzie kiedyś myśleli, że jest to początek nowej gwiazdy. Dziś wiemy, że supernowa to śmierć starej gwiazdy. Gaz z gwiazdy jest wypychany przez eksplozję. Tworzy on gigantyczną chmurę gazu zwaną mgławicą planetarną. Mgławica Krab jest dobrym przykładem. Wszystko, co pozostaje to gwiazda neutronowa. Jeśli gwiazda była bardzo ciężka, utworzy czarną dziurę. Grawitacja w czarnej dziurze jest niezwykle silna. Jest tak silna, że nawet światło nie może uciec z czarnej dziury.

Najcięższe pierwiastki powstają w eksplozji supernowej. Po miliardach lat unoszenia się w przestrzeni kosmicznej, gaz i pył łączą się, tworząc nowe gwiazdy i nowe planety. Znaczna część gazu i pyłu w kosmosie pochodzi z supernowych. Nasze Słońce, Ziemia i wszystkie żywe istoty są zbudowane z pyłu gwiezdnego.

Astronomowie od wieków wiedzą, że gwiazdy mają różne kolory. Patrząc na widmo elektromagnetyczne, fale ultrafioletowe są najkrótsze, a podczerwone najdłuższe. Widmo widzialne zawiera fale o długości pomiędzy tymi dwoma ekstremami.

Nowoczesne instrumenty potrafią bardzo dokładnie zmierzyć kolor gwiazdy. Pozwala to astronomom określić temperaturę gwiazdy, ponieważ promieniowanie ciała czarnego gorętszej gwiazdy ma krótszą długość fali. Najgorętsze gwiazdy są niebieskie i fioletowe, następnie białe, potem żółte, a najchłodniejsze są czerwone. Znając kolor i wielkość absolutną, astronomowie mogą umiejscowić gwiazdę na diagramie Hertzsprunga-Russella, oszacować jej strefę zamieszkiwalną i inne fakty na jej temat.

Na przykład, nasze Słońce jest białe, a Ziemia znajduje się w idealnej odległości dla życia. Gdyby jednak nasze Słońce było gorętszą, niebieską gwiazdą, Ziemia musiałaby znajdować się znacznie dalej, w przeciwnym razie byłoby zbyt gorąco, aby mieć wodę i podtrzymywać życie.