Таємничий Всесвіт. Еволюція зір

Розділ астрономії, що вивчає походження об'єктів космосу, називається космогонією. Наукові основи космогонії заклав І.Ньютон, довівши, що рівномірний розподіл речовини в просторі є нестійким і під дією власної гравітації утворюються ущільнення газу. Цю теорію 1902 року розвинув англійський астрофізик Дж.Джине (1877-1946). 

Утворені з газопилового середовища згустки, які стискаються своїм гравітаційним полем, називаються протозорями.  За зменшення об'єму температура протозорі зростає й вона інтенсивно випромінює в інфрачервоному діапазоні спектра. Тривалість цієї стадії залежить від маси - від сотень тисяч років (для масивних протозір) до сотень мільйонів років (для протозір, легших за Сонце). Коли температура в надрах протозорі сягає кількох мільйонів кельвінів, розпочинаються термоядерні реакції синтезу гелію, виділяється величезна енергія, значно зростає тиск в надрах, і стискання припоняється. 

Протозоря перетворюється на звичайну зорю й займає місце на головній послідовності діаграми Герцшпрунга-Рессела.  Масивніші зорі випромінюють сильніше й належать до ранніх спектральних класів, а зорі малої маси відповідно розташовуються нижче від Сонця й належать до пізніх спектральних класів. 

Тривалість перебування зорі на головній послідовності залежить від запасів водню (термоядерного палива) у ядрі та інтенсивності його використання. Для зір типу Сонця цей процес триває приблизно 10 млрд. років, а для зорі масою М (у масах Сонця)  t=(10^10)/ (M^3) років. 

Що легша зоря, то триваліший час вона перебуває на головній послідовності. Наприклад, блакитний гігант (20 мас Сонця) використає свій запас енергії за 1,25 млрд. років, а червоний карлик (0,5 мас Сонця) - за 80 млрд. років. 

Після вигорання водню в надрах зорі утворюється гелієве ядро, а термоядерні реакції відбуваються в тонкому шарі на його межі. При цьому оболонка зорі розбухає. Енергія, яка надходить із надр, тепер розподіляється на більшу площу, тому температура фотосфери падає. Зоря сходить із головної послідовності, поступово перетворюючись на надгігант чи гігант.
Якщо маса зорі незначна, то її ядро не спроможне втримати роздуту оболонку й та поступово віддаляється, утворюючи планетарну туманність.
Після остаточного розсіювання оболонки залишається тільки гаряче ядро зорі- білий карлик.  Ядерних джерел енергії в зорі немає, і вона ще довго світить, повільно охолоджуючись.  Таким є шлях розвитку Сонця: через 6-7 млрд.років, пройшовши стадію червоного гіганта, воно стане білим карликом.
Еволюція масивних зір відбувається бурхливіше. Наприкінці свого існування така зоря може вибухнути надновою, а її ядро, різко стиснувшись, стане нейтронною зорею або чорною дірою.

Скинута під час вибуху наднової, оболонка стає матеріалом для утворення зір наступного покоління. Під час розвитку зорі внаслідок ядерних реакцій у її надрахможуть утворюватись усі хімічні елементи таблиці Менделєєва до заліза включно. Важчі елементи синтезуються лише під час вибуху наднових. Тому є всі підстави вважати, що Сонце - зоря другого покоління, у якій є домішки речовини, що свого часу побувала в надрах зір першого покоління.
1932 року радянський фізик Л.Д.Ландау (1908-1968) теоретично довів, що за певних умов під дією величезного тиску, спричиненого вагою зовнішніх шарів зорі, атоми в її надрах можуть руйнуватися. При цьому нуклони настільки зближуються, що густина речовини сягне фантастичного значення 2*10:17 кг/куб.м . Протони, захопивши вільні електрони зруйнованих атомів, перетворяться на нейтрони й виникне надгуста нейтронна зоря дуже малих розмірів, яка швидко обертається.Наприклад, якби Сонце стало нейтронною зорею (чого не буде ніколи), то мало б радіус 14 км і оберталося б навколо своєї осі з періодом 0,001 с. Науковці тривалий час не вірили в існування цих дивовижно густих об'єктів.

У липні 1967 року студентка Кембріджського університету Дж.Белл з допомогою радіотелескопа виявила в сузір'ї Лисички джерело радіохвиль - пульсар.  Згідно із сучасними уявленнями, пульсари - це нейтронні зорі, які дуже швидко обертаються й мають сильне магнітне поле, вісь обертання якого не збігається з механічною віссю обертання.
Наприкінці XVIII століття видатний французький математик та астроном П.Лаплас (1749-1827) передбачив існування екзотичних об'єктів - чорних дір. Така назва пов'язана з тим, що з чорної діри назовні не може вирватися ні частинка, ні випромінювання.   Чорними дірами стають деякі зорі(для зір із масою більше ніж три маси Сонця) на завершальних етапах свого розвитку. Це означає, що у Всесвіті та в нашій Галактиці чорних дір доволі багато.
У космосі постійно відбуваються  народження молодих зір із газопилових туманностей та вибухи старих, коли утворюються нові туманності. Сонячна система утворилася близько 5 млрд. років тому з велетенської газопилової хмари, яка виникла на місці вибуху старої зорі.  У стані рівноваги Сонце буде світити ще кілька мільярдів років, а потім перетвориться на червоного гіганта, який знищить усе живе на Землі...

Наша Галактика - Чумацький Шлях

Назва Галактика прийшла з Давньої Греції і в перекладі означає Молочний Шлях.
Правильну здогадку про те,що наш Чумацький шлях насправді є гіганським скупченням зір, висловив ще давньогрецький філософ Демокрит(бл. 460-370 рр. до н.е.) Її правильність підтвердив італійський учений Галілео Галілей. Навівши на Чумацький Шлях свій саморобний телескоп, він побачив, що  туманна стрічка насправді складається з безлічі "слабких" зірок.  Це було перше достовірне свідчення того, що зорі не заповнюють рівномірно весь простір Всесвіту.

Інший астроном-спостерігач Вільям Гершель у XVIII ст. уперше представив форму нашої зоряної системи: "Зорі, які ми бачимо, не розкидані в просторі без порядку, а утворюють шар, товщина якого незначна порівняно з довжиною й шириною".  Він запропонував модель Галактики (1785р.) та довів, що Чумацький Шлях із Сонцем - відособлена зоряна система, хоча остаточно наявність багатьох  галактик встановив  Е.Габбл у 1923 р.
Галактику Чумацький Шлях відносять до класу спіральних систем; її населяють за різними оцінками від 200 млрд. зір до трильйона, а також численні газопилові хмари. Велика частина зір і практично вся міжзоряна речовина зосереджена в диску діаметром близько 120000 світлових років і товщиною близько 1000 світлових років. У центрі диска розташоване кулясте ущільнення діаметром близько 30000 світлових років, астрономи називають його англійським за походженням словом "балдж".
Галактика має добре виражену спіральну структуру. Зараз переконливо доведено, що в нашій Галактиці дві спіралі. Магнітне поле Галактики зосереджене переважно у спіралях. Сонце знаходиться між спіралями. Для Землі це вкрай сприятливо, бо бурхливі процеси, що проходять у спіралях, своїм смертоносним випромінюванням не впливають на все живе на Землі. Можливо, саме завдяки вдалому розташуванню Сонячної системи в Галактиці на Землі збереглося життя.
 Деяка частина зір Галактики об'єднана в скупчення, тобто в групи, які пов'язані між собою взаємним тяжінням і тому рухаються в просторі як єдине ціле. Розрізняють два види зоряних скупчень: розсіяні та кулясті. Майже всі розсіяні зоряні скупчення знаходяться в районі Молочного Шляхуабо поблизу нього. Їх виявлено близько 1200, а найвідоміші з них - Плеяди та Гіади. Вік розсіяних скупчень у середньому становить 1 млрд. років.
Кулясті зоряні скупчення мають сферичну або злегка сплюснуту форму, їхній діаметр до 300 світових років. Більшість кулястих зоряних скупчень згруповані біля сузір'їв Стрільця, Скорпіона, Змієносця. Вік кулястих зоряних скупчень становить 10-12 млрд. років.
У нашій Галактиці наявні не лише зорі. Міжзоряний простір наповнено газом та пилом, які можуть утворювати величезні за розмірами, досить густі, неправильної форми хмари - дифузні туманності. Їх поділяють на світлі та темні.
Темні туманності - це зони, які поглинають світло зір, що розміщені далі від спостерігача на Землі.  Якщо поблизу туманності є досить яскрава зоря, то туманність відбиває її світло і завдяки цьому стає світлою туманністю.
Окрім дифузних, існують також волокнисті та планетарні туманності.

Майбутнє Всесвіту

"Вважати Землю єдиним заселеним світом було б так само безглуздо, як стверджувати, що на величезному засіяному полі міг би вирости лише один колосок" (Митридор, ІІІ ст. до н.е.)
Майбутнє Всесвіту залежить від середньої густини речовини, яка взаємодіє згідно із законом всесвітнього тяжіння. Можливо, що Всесвіт є відкритим і нескінченним, і його розширення буде тривати вічно. Але якщо середня густина речовини у Всесвіті більша ніж деяка критична величина, то такий Всесвіт може періодично розширюватися, а потім стискатися.
Гравітаційна взаємодія речовини в майбутньому може зменшити швидкість розширення Всесвіту. Виявляється, якщо середня густина Всесвіту має критичне значення 5*10^-27 кг/куб.м, то розширення може тривати вічно.
Можливі такі три сценарії майбутнього розвитку Всесвіту.

1.     Якщо середня густина Всесвіту менша критичної, то галактики будуть розлітатися вічно, і в майбутньому температура фонового випромінювання поступово буде знижуватися, наближаючись до абсолютного нуля, а максимум випромінювання з часом буде зміщуватись у сантиметровий і метровийдіапазони електромагнітних хвиль. Такий Всесвіт називають відкритим, він не має межі у просторі й  може існувати вічно, поступово пероетворюючись на ніщо.
2.    Якщо в космосі виявиться значна прихована маса і середня густина буде більшою за критичну, тоді розширення Всесвіту через деякий час припиниться. Такий Всесвіт називають закритим - він немає межі у просторі, але має початок і кінець у часі.      Через кілька мільярдів років розлітання галактик може зупинитися, а потім почнеться стискання Всесвіту, бо гравітаційна сила змусить галактики зближуватись. Зближення галактик призведе до трагічних наслідків для живих організмів, бо енергія фонового випромінювання і температура Всесвіту будуть зростати. Температура зросте настільки, що всі живі істоти загинуть, потім зникнуть зорі, планети, елементарні частинки, і Всесвіт знову перетворюється на речовину з надзвичайно великою густиною.
3.   Існує також імовірність того, що середня густина Всесвіту дорівнює критичній густині. В цьому випадку безмежний та нескінченний Всесвіт має нульову кривизну. Галактики будуть розлітатися вічно, температура Всесвіту буде вічно наближуватися до абсолютного нуля.

Сучасні спостереження підтверджують існування у Всесвіті прихованої маси (так звана темна матерія), яка зосереджена в тілах, що випромінюють незначну енергію у вигляді електромагнітних хвиль - чорні діри, пульсари, нейтринне випромінювання, гравітаційні хвилі тощо. Астрономи, які займаються проблемами космології, запропонували гіпотезу щодо існування нового класу елементарних частинок, яким дали умовну назву - Слабко Взаємодіючі Масивні Частинки (СВМЧ). Якщо ці гіпотези про приховану масу підтвердяться, то середня густина Всесвіту може бути більша за критичну, і майбутня еволюція Всесвіту буде іти за сценарієм закритого космосу. Такий Всесвіт нагадує казкову птицю Фенікс, яка періодично спалюється, а потім із попелу відроджується молодою. 

Основні причини, які можуть викликати загибель нашої цивілізації

1. Екологічна катастрофа, що забруднить середовище
2. Зміна клімату на Землі через збільшення кількості вуглекислого газу в атмосфері, збільшення парникового ефекту та підвищення температури
3. Збільшення озонових дір в атмосфері, внаслідок чого можуть загинути флора і фауна планети
4. Катастрофічне зіткнення з астероїдом або кометою
5. Цивілізація може закінчити  життя самогубством через атомну війну
6. Інтелектуальна деградація людства

Контакти між цивілізаціями перш за все означають обмін інформацією.  Якщо у Всесвіті існують інші цивілізації і вони мають певний обсяг інформації щодо своєї частини Галактики, то обмін інформацієюміж ними може привести до загального зростання інформації, тому такий процес, згідно з теорією біологічної еволюції, можна вважати прогресивним.
Контакти з іншими цивілізаціями можуть бути трьох типів:
1.  Обмін інформацією за допомогою електромагнітних хвиль або іншого випромінювання, яке може бути носієм інформації.
2. Обмін інформацією за допомогою автоматичних систем, керувати якими будуть комп'ютери і роботи.
3. Зустріч живих представників інопланетних цивілізацій.
Життя - це  складна відкрита система хімічних і біологічних сполук із високим ступенем упорядкованості, яка зберігає величезний об'єм інформації про себе і навколишній світ. Земля за багатьма параметрами є закритою системою, тому проблема виживання людства пов'язана з освоєнням космосу. Наша цивілізація зробила перші кроки в цьому напрямку - ми почали дослідження Сонячної системи. Але в людства можуть виникнути проблеми під час устанорвлення контактів із чужими цивілізаціями, які перебувають на вищому, у порівнянні з нами, ступені інтелекту.

Сонце - наша зоря

Сонце - одна з мільярдів зір нашої Галактики, центральне світило в Сонячній системі, вік якого близько 5 млрд.років.  Діаметр Сонця приблизно дорівнює 1400000км, що в 109 разів більше діаметра Землі. Маса Сонця в 333000 разів більше маси Землі та в 750 разів більше від маси всіх інших планет, разом узятих.
Як і всі зорі, Сонце - розжарена газова куля. Основний склад Сонця - водень з домішками гелію. На Сонці речовина перебуває у стані плазми. Середня густина сонячної речовини 1400 кг/куб.м . У зовнішніх шарах Сонця густина в мільйони разів менша, а в центрі Сонця - у 100 разів перевищує середню густину.  На поверхні Сонця середня температура 6000К, а в центрі - біля 15000 000К. Джерело енергії Сонця - термоядерні реакції в його центральній частині. Є два цикли перебігу таких реакцій: протон-протонний та вуглецево-азотний.
Енергія, яка виділяється в сонячномуядрі, переноситься назовні двома способами: променевим та конвективним.
Променеве перенесення енергії відбувається в самому ядрі й далі, у зоні променистої рівноваги. Над зоною променистої рівноваги розташована конвективна зона. Температура в ній швидко зменшується з віддаленням від центра Сонця, а енергія з глибини вгорупереноситься в основномуза допомогою конвекції, хоча променеве перенесення теж має місце.

Зовнішні шари Сонця називаються атмосферою. У ній утворюються всі видивипромінювання, які випромінює зоря. Найглибший і найщільніший шар атмосфери - фотосфера - завтовшки близько 300 км.  Фотосфера має зернисту структуру, яку називають грануляцією. На фотографіях світлі гранули схожі нарисові зернятка, розділені темними проміжками.
Шар атмосфери, розташований над фотосферою, називається хромосферою. Товщина сонячної хромосфери - понад 12000км, а температура зростає з висотою від 4500 до 100 000К. Хромосфера пронизана

величезною кількістю спікул - тонких колоноподібних утворень із відносно холодної речовини, оточених значно гарячішою плазмою. 

Зовнішній дуже розріджений шар атмосфери Сонця називається короною. У внутрішніх шарах корони виникають величезні потоки плазми аркоподібної чи фонтаноподібної форми - протуберанці. Температура речовини протуберанця в сотні разів менша за температуру навколишньої плазми, а густина в стільки ж більша. Форма, розміри та розвиток протуберанців визначаються магнітним полем. 

Час від часу на певних ділянках фотосфери розвиваються великі темні плями та світлі утворення - факели, їх кількість на Сонці безперервно змінюється. Найчастіше сонячні плями з'являються групами.  

Сукупність явищ на поверхні Сонця, зумовлених процесами в його надрах, називають сонячною активністю, яка змінюється з періодом приблизно 11 років. 

Сонячна активність впливає на магнітне поле Землі та спричиняє магнітні бурі, що призводить до полярних сяйв.  Короткохвильове сонячне випромінювання підвищує іонізацію іоносфери; діє на складні процеси в живих організмах - рослинах, тваринах, лбдині. Найчутливішими до цього фактору є нервова та серцево-судинна система людини.  

Будова і еволюція Всесвіту

Ще в 1784 році В.Гершель виявив тенденцію галактик групуватися в скупчення. У Метагалактиці - доступній для спостереження частині Всесвіту - близьки 100 млрд. галактик, видима величина яких менша 30.
Зараз відомо близько 4000 скупчень галактик. Одним із найбільших є скупчення в сузір'ї Волосся Вероніки. У ньому існує близько 40000 зоряних систем. Скупчення галактик об'єднуються в надскупчення. На думку астрономів, Всесвіт має комірчасту структуру. Галактики розташовані переважно на межах гігантських комірок, усередині яких зоряних систем иайже немає. Галактики у Всесвіті розкидані доволі рідко. Світ галактик величезний і майже порожній.
Щодо минулого, то сучасні теорії грунтуються на понятті Великого Вибуху.
Близько 15 млрд. років уся речовина Всесвіту була сконцентрована в надзвичайно малому об'ємі - сингулярній точці. Ні галактик, ні зір не існувало, густина й температура були надто високими. Перехід космічної матерії зі стану точковості в стадію розширення іє Великим Вибухом.
Про походження  життя на Землі, як і  походження Всесвіту існують різні гіпотези. Ті форми живого, що є на нашій планеті, визначаються умовами, у яких перебуває Земля, її параметрами.
Для побудови моделі Всесвіту беруть до уваги те, що він вічний і безмежний. Існують три космологічні парадокси: фотометричний, гравітаційний та "теплової смерті" Всесвіту.
Фотометричний парадокс сформулював у 1744 р. швейцарський астроном Ж.Шезо та доповнив у 1826 р. німецький астроном І.Ольберс.Коротко сформулювати цей парадокс можна питанням "Якщо Всесвіт нескінченний, то чому вночі темно?"

Математики запропонували таку модель Всесвіту, у якій можна спростувати фотометричний парадокс. Всесвіт може бути безмежним, але скінченним. В одновимірному просторі такий безмежний скінченний світ - це звичайне коло або інша замкнена крива. Зачинений двовимірний простір - поверхня сфери, яка не має межі, але площа поверхні сфери є скінченною величиною.
Ми живемо у тривимірному просторі, і важко уявити собі такий закритий Всесвіт, який не має межі, але має скінченний об'єм і, отже, обмежену кількість зір і галактик.
Всесвіт має складну комірчасту структуру, у якій відбувається гравітаційна взаємодія всіх космічних тіл.  У спільному полі тяжіння галактик розташовуються сотні мільярдів зір, які обертаються навколо спільного центра. Ми живемо у Всесвіті, який розширюється у безмежному просторі.
Еволюція Всесвіту почалася з Великого Вибуху надзвичайного щільної матерії 13-20 млрд. років тому, коли сталося загадкове розширення космічного простору. Про це свідчить розлітання галактик, яке триває до цього часу, і вміст Гелію (25%) та Гідрогену (75%) у речовині. Надзвичайно високу температуру молодого Всесвіту підтверджує реліктове електромагнітне випромінювання.

Світ галактик

Ще наприкінці XVIII ст. В.Гершель відкрив понад 2500 туманностей і зробив сміливе припущення, що значна кількість виявлених ним об'єктів є самостійними величезними зоряними системами, схожими на нашу Галактику. Так було започатковано вивчення галактик - велетенських космічних систем, до яких входять об'єднані гравітацією зорі, їхні скупчення, газові й пилові хмари та зоряна речовина.

У 1923-1924 рр. американський астроном Е.Габбл (1889-1953) , використовуючи фотографії, зроблені за допомогою телескопа-рефлектора обсерваторії "Маунт-Вілсон", установив, що спіральні гілки Туманності Андромеди складаються із зір, серед яких є цефеїди.Було доведено, що Туманність Андромеди - галактика. 1944 року на цьому ж телескопі В.Бааде (1893-1960) отримав фотографії, які допомогли встановити, що центральне згущення цієї галактики теж складається із зір. Пізніше в галактиці Андромеди виявили розсіяні й кульові зоряні скупчення, групи гарячих гігантських зір, пилові та газові туманності - такі ж об'єкти, з яких складається й наша Галактика.
Більша частина нашої Галактики схована пиловими хмарами, а Туманність Андромеди як "на долоні", тому, наприклад, нові зорі зручніше досліджувати саме в галактиці-сусідці.
Зараз у Всесвіті виявлено десятки мільярдів інших аналогічних зоряних систем.
Світ галактик різноманітний.
Астрономи поділяють галактики за формою на три основні типи;

• еліптичні;
• спіральні;
• неправильні.

Таку класифікацію запропонував у 1925 році Е.Габбл. Кожен тип галактик ділиться на кілька підтипів, або підкласів.  Еліптичні галактики характеризуються еліпсоїдною чи сферичною формою, їхньою спільною рисою є поступове зменшення яскравості з віддаленням від центра. Підтипи еліптичних галактик позначають буквою Е із числом n, яке визначається за формулою n=10 ^((a-b)/a), де a  та b - велика та мала півосі видимого еліпсагалактики.
Так, еліптична галактика Е0 має сферичну форму, а Е7- дуже сплюснутаеліптична галактика.
Спіральні галактикимають центральне згущення (його також називають ядром) і кілька спіральних рукавів.  У звичайних спіральних галактик типу S рукави виходятьбезпосередньо з центрального згущення, а в спіральних галактик із перемичкою (тип SB) - від перемички (або бара), яка перетинає ядро.
Проміжними між Е та S - галактиками є лінзоподібні  галактики типу SO. У них ядро сильно сплюснуте й схоже на двоопуклу лінзу, а рукави відсутні.
Неправильні галактики не мають ні ядра, ні симетричної форми. Їх називають Ir (від англійського  irregular - неправильний). Характерними представниками неправильних галактик є наші найближчі "сусіди" - галактики Велика Магелланова Хмара (ВМХ) та Мала Магелланова Хмара (ММХ). Вперше європейці виявили їх 1519 року під час навколосвітньої подорожі Ф.Магеллана.

Класифікацію галактик, яку запропонував Е.Габбл, часто називають камертонною, бо зображення послідовності типів галактик схоже на камертон.
Дослідження світу галактик свідчить, що 25% із них - еліптичні, 25% - типу S, 25%  -типу  SB, 20% -типу SO і 5% - неправильні.
Спостереження підтверджують, що переважна більшість галактик віддаляються від нас, про що свідчить червоне зміщення в їхніх спектрах. Використовуючи явище Допплера, можна визначити радіальну швидкість галактик. 1929 року Е.Габбл встановив, що швидкість віддалення галактик прямопропорційна відстані до неї.
Усі галактики, за винятком незначної кількості неправильних, мають ядра. Вони складаються з величезної кількості зір, тому надзвичайно яскраві. Дослідження свідчать, що ядра обертаються як тверді тіла. 1943 року американський астроном Карл Сейферт (1911-1960) відкрив клас надзвичайно яскравих галактик з активними ядрами. Зараз їх називають сейфертівськими галактиками. Бурхливі процеси в їхніх ядрах призводять до викидів гарячого газу зі швидкістю до 4000км/с. Ядра сейфертівських галактик зазвичай є потужними радіоджерелами.
Радіоспостереження галактик підтвердили, що багато з них у радіодіапазоні випромінюють значно слабше, ніж у видимому. Проте існують зоряні системи, радіовипромінювання яких значно переважає їхнє світлове випромінювання. Це так звані радіогалактики. Найближча з них - Лебідь А - розташована на відстані 330 Мпк від нас. Потужність її радіовипромінювання в 107 разів вища від світності Сонця.
На початку 60-х років ХХ століття були відкриті надпотужні радіоджерела, які назвали "квазар".  Світність  квазара  в сотні разів більша від потужності величезної галактики, у якій сотні мільярдів зір. Природа квазарів, джерела їхньої енергії дотепер залишаються остаточно не з'ясованими. Імовірно, квазари є ядрами галактик.

Таємничий Всесвіт. Зорі

Зоря - масивне гаряче космічне тіло, яке випромінює світло і має всередині джерело енергії. У її надрах відбуваються або відбувалися екзотермічні термоядерні реакції.  
Хоча всі зорі мають  однаковий вигляд, але їхні фізичні характеристики: світність, температура, радіус, густина — суттєво різняться між собою.   Сонце за своїми параметрами належить до жовтих зір, які перебувають у стані рівноваги і не змінюють своїх розмірів протягом мільярдів років.

У космосі існують зорі-гіганти, які у тисячі разів більші, ніж Сонце, і зорі-карлики, радіус яких менший, ніж радіус Землі. 

Для визначення відстаней до зір астрономи вимірюють річні паралакси, які пов’язані

з орбітальним рухом Землі навколо Сонця.

   Відстань від Землі до зорі визначається з прямокутного трикутника CBS:

r = 1a.o./sinp   Відстань до зір вимірюють у світлових роках, але астрономи ще використовують одиницю парсек (пк), для якої річний паралакс p = 1" (парсек — скорочення від паралакс-секунда).

1 пк ≈ 3,26 св. року.    
За допомогою наземної та орбітальної астрономічної апаратури визначено паралакси понад 100000 зір. 
Характеристикою блиску зорі є видима зоряна величина. Вона залежить як від світності зорі, так і від відстані до неї.  Дуже потужна зоря, але віддалена, тьмяніша, ніж порівняно близька зоря, яка випромінює не так інтенсивно.  

Абсолютна зоряна величина (М) - зоряна величина, яку мала б зоря, перебуваючи від спостерігача на відстані 10 пк (32,6 св.р.).  

За світністю зорі поділяються на надгіганти, гіганти та карлики.  Надгігантами є, наприклад, слабка на вигляд дзета Скорпіона (m=4,9; M=-9,4), яка випромінює в 480000 разів потужніше, ніж Сонце; зоря Бетельгейзе (альфа Оріона, m=0,42; M=-6,1), потужніша за наше світило в 21300 разів.  

Світність Альдебарана та Арктура у 100 разів більша, ніж сонячна. Це гіганти. Сонце належить до карликових зір. Є зорі значно слабші, наприклад, найближча до нас Проксима Кентавра випромінює енергії у 18000 разів менше, ніж Сонце.  Карликових зір у природі значно більше, ніж гігантів та надгігантів. Із 40 найближчих до Землі зір лише три потужніші, ніж Сонце. 
Розміри зір також різноманітні. Надгіганти в тисячі разів більші за Сонце, а діаметри нейтронних зір дорівнюють кільком десяткам кільметрів. Наприклад, радіус зорі Бетельгейзе (R=4,65 а.о.) майже дорівнює радіусу орбіти Юпітера . 

Світність зір залежить не тільки від розмірів, але й від нагрітості їхніх поверхонь.  За незначним винятком, температура зір лежить у межах від 2500 до 30000 К.  Сучасна класифікація зоряних спектрів називається Гарвардською й використовується дотепер О - В - A - F- G - K - M.  Класи О, В, А називають ранніми, або гарячими; F i G - сонячними; К, М - холодними, або пізніми. 
Від температури зорі залежить не тільки її спектр, а й колір. Холодніші зорі мають червоний колір, дуже нагріті - блакитні.  Білою виглядає зоря, яка з однаковою інтенсивністю випромінює світло всіх довжин хвиль. 
На початку ХХ ст. датський астроном Е.Герцшпрунг(1873-1967) та американський астроном Г.Рессел(1877-1957) незалежно один від одного проводили дослідження світності та спектрів зір.  Виявлену закономірність зручно подати на діаграмі "спектр - світність" ( або діаграмі Герцшпрунга - Рессела). Якщо на вертикальній осі відкласти світність L (або абсолютну зоряну величину М), на горизонтальній - спектральний клас (або температуру Т), зорі зображати точками, то виявиться, що вони розташуються не хаотично, а утворюють певні лінії (смуги) чи послідовності. 

Якщо дві зорі видно поряд на небесній сфері, але насправді між ними величезні відстані й жодного зв'язку немає, тоїх називають оптично-подвійними. Прикладом є пара Міцар та Алькар із сузір'я Великої Ведмедиці.
Кратними (фізичними подвійними) називають системи двох зір, які об'єднані силами всесвітнього тяжіння й обертаються навколо спільного центра мас. У Галактиці близько половини зір об'єднані в кратні системи.  Якщо кількість зір перевищує 10, то говорять про зоряне скупчення.

 Якщо подвійність можна помітити в телескоп, то такі зорі називають візуально-подвійними.  Існують зорі, подвійність яких можна виявити лише за допомогою спектрограм, бо їх компоненти розташовані так близько, що навіть у найпотужніший телескоп неможливо виявити бінарність цих об'єктів. Ці зорі називають спектрально-подвійними.
  Якщо візуально нероздільні компоненти регулярно закривають один одного, що спричиняє періодичну зміну потоку випромінювання, яке надходить до нас, то такі подвійні зорі називають затемнювано-подвійними.
Окрім фізичних зоряних пар, у природі існують потрійні,чотирикратні та інші зорі.
Науковці вважають, щоу Всесвіті близько 30% зір одинарні 50% - подвійні, 20% - входять у системи з кратністю 3 і вище.

Фізичні змінні зорі - це зорі, зміна блиску яких зумовлена процесами, що відбуваються у їхніх надрах. Фізичні змінні зорі поділяються на групи:
1) пульсуючі;
2) спалахуючі : нові та наднові.
Найвідомішими серед пульсуючих змінних зір є цефеїди, які дістали назву від однієї з найтиповіших представниць - зорі дельта Цефея. Її змінність було відкрито ще 1784 року англійським астрономом Дж.Гудрайком.
Новими називають зорі, світність яких раптово зростає в тисячі й навіть мільйони разів. За кілька днів блиск зорі відчутно збільшується, а потім протягом кількох років зменшується до нормальних значень. Науковці з'ясували, що всі нові є подвійними системами. Білий карлик і звичайна зоря, трохи менша за Сонце, утворюють тісну пару.

Через надзвичайну близькість компонентів виникає потік газу з поверхні звичайної зорі на поверхню білого карлика. Маса й температура утвореної оболонки білого карлика зростають, і, коли вони досягають критичного значення, розпочинається термоядерний вибух ( в оболонці з  водню синтезується гелій). При цьому білий карлик "скидає" із себе оболонку, яка зі значною швидкістю (до 1000 км/с) розлітається в простір. Після спалаху процес перетікання речовини на білий карлик відновлюється.
Явище незрівнянно більшого масштабу - спалах наднової зорі. Адже її блиск під час спалаху збільшується на десятки зоряних величин упродовж кількох діб. У максимумі блиску світність наднових перевищує сонячну в мільярди разів.

Під час вибуху наднова скидає свою оболонку, яка далі розширюється зі швидкістю від 5000 до 20000 км/с та через деякий час спостерігається у вигляді туманності специфічної форми. Найвиразнішою серед них є Крабоподібна туманність у сузір'ї Тільця, яка є одним з найпотужніших джерел радіовипромінювання в нашій Галактиці. Загалом у Галактиці виявлено понад 100 спалахів наднових.