22.E: Nyota kutoka Ujana hadi Uzee (Zoezi)

Kwa ajili ya utafutaji zaidi

Makala

Balick, B. & Frank, A. “Vifo vya ajabu vya Stars ya kawaida.” Scientific American (Julai 2004): 50. Kuhusu nebulae ya sayari, nyota za mwisho za nyota za chini, na baadaye ya Jua letu wenyewe.

Djorgovsky, G. “Maisha ya Dynamic ya Makundi ya Globular.” Sky & Darubini (Oktoba 1998): 38. Cluster mageuzi na nyota bluu straggler.

Frank, A. “Giants hasira ya Ulimwengu.” Astronomia (Oktoba 1997): 32. Juu ya vigezo vya bluu vyema kama Eta Carinae.

Garlick, M. “Hatima ya Dunia.” Sky & Darubini (Oktoba 2002): 30. Nini kitatokea wakati Jua letu linakuwa kubwa nyekundu.

Harris, W. & Webb, J. “Maisha Ndani ya nguzo ya Globular.” Astronomia (Julai 2014): 18. Anga ya usiku ingekuwa kama pale?

Iben, I. & Tutokov, A. “Maisha ya Nyota: Kutoka kuzaliwa hadi kifo na Zaidi.” Sky & Darubini (Desemba 1997): 36.

Kaler, J. “Nyota Kubwa katika Galaxy.” Astronomia (Oktoba 1990): 30. Juu ya supergiants nyekundu.

Kalirai, J. “Mwanga Mpya juu ya hatima ya Jua letu.” Astronomia (Februari 2014): 44. Nini kitatokea kwa nyota kama Jua letu kati ya mlolongo kuu na hatua za kibete nyeupe.

Kwok, S. “Ni sura gani halisi ya Nebula ya Gonga?” Sky & Darubini (Julai 2000): 33. Juu ya kuona nebulae ya sayari kutoka pembe tofauti.

Kwok, S. “Metamorphosis ya Stellar.” Sky & Darubini (Oktoba 1998): 30. Jinsi ya kuunda nebulae ya sayari.

Stahler, S. “Maisha ya Ndani ya Makundi ya Nyota.” Scientific American (Machi 2013): 44—49. Jinsi nyota zote zinavyozaliwa katika makundi, lakini makundi tofauti yanabadilika tofauti.

Subinsky, R. “Yote Kuhusu 47 Tucanae.” Astronomia (Septemba 2014): 66. Tunachojua kuhusu nguzo hii ya globular na jinsi ya kuiona.

Websites

BBC Ukurasa juu ya Giant Stars: www.bbc.co.uk/science/space/u... ts/giant_stars. Inajumuisha maelezo ya msingi na viungo kwa maelezo mafupi ya video.

Ensilopedia Brittanica Ibara juu ya Star Makundi: http://www.britannica.com/topic/star-cluster. Imeandikwa na mwanastronomia Helen Sawyer Hogg-Priestley.

Hubble Image Gallery: Sayari Nebulae: http://hubblesite.org/gallery/album/nebula/planetary/. Bofya kwenye kila picha ili uende kwenye ukurasa na maelezo zaidi inapatikana. (Angalia pia nyumba ya sanaa sawa katika National Optical Astronomy Observatories: www.noao.edu/image_gallery/p... y_nebulae.html).

Hubble Image Gallery: Nyota Makundi: http://hubblesite.org/gallery/album/... /star_cluster/. Kila picha inakuja na maelezo ya ufafanuzi unapobofya. (Angalia pia sawa Ulaya Southern Observatory Gallery katika: www.eso.org/public/images/ar... /makundi ya nyota/).

Kupima Umri wa Nyota Cluster: www.e-education.psu.edu/astr... ent/l7_p6.html. Kutoka Penn State.

Video

Mzunguko wa Maisha ya Stars: https://www.youtube.com/watch?v=PM9CQDlQI0A. Muhtasari mfupi wa mageuzi ya stellar kutoka Taasisi ya Fizikia nchini Uingereza, na mwanaastronomia Tim O'Brien (4:58).

Misheni Kuchukua Angalia Unparalleled katika Superstar Eta Carinae: https://www.youtube.com/watch?v=0rJQi6oaZf0. NASA Goddard video kuhusu uchunguzi katika 2014 na nini sisi kujua kuhusu jozi ya nyota katika mfumo huu ngumu (4:00).

Star Makundi: Open na Globular Makundi: https://www.youtube.com/watch?v=rGPRLxrYbYA. Tatu Short Hubblecast Video kutoka 2007—2008 juu ya uvumbuzi unaohusisha makundi ya nyota (12:24).

Ziara ya Sayari Nebula NGC 5189: https://www.youtube.com/watch?v=1D2cwiZld0o. Kifupi Hubblecast sehemu na Joe Liske, akielezea nebulae ya sayari kwa ujumla na mfano mmoja hasa (5:22).

Shughuli za Kikundi cha

1. Je kundi lako litaangalia orodha ya nyota angavu zaidi angani katika Kiambatisho J. ni sehemu gani kati yao iliyopita awamu kuu ya mlolongo wa mageuzi? Nakala inasema kwamba nyota hutumia 90% ya maisha yao katika awamu kuu ya mlolongo wa mageuzi. Hii inaonyesha kwamba ikiwa tuna sampuli ya haki (au mwakilishi) ya nyota, 90% kati yao inapaswa kuwa nyota kuu za mlolongo. Kundi lako linapaswa kutafakari kwa nini 90% ya nyota angavu zaidi hazipo katika awamu kuu ya mlolongo wa mageuzi.
2. Kusoma mchoro wa H—R unaweza kuwa mgumu. Tuseme kundi lako limepewa mchoro wa H—R wa kundinyota ya nyota. Stars juu na haki ya mlolongo kuu inaweza kuwa ama makubwa nyekundu kwamba alikuwa tolewa mbali na mlolongo kuu au nyota vijana sana kwamba bado kutoa kuelekea mlolongo kuu. Jadili jinsi gani unaweza kuamua ni nani.
3. Katika sura ya Maisha katika Ulimwengu, tunazungumzia baadhi ya jitihada zinazoendelea sasa za kutafuta ishara za redio kutoka kwa ustaarabu wa akili unaowezekana kuzunguka nyota zingine. Rasilimali zetu za sasa za kufanya utafutaji huo ni mdogo sana na kuna nyota nyingi katika Galaxy yetu. Kundi lako ni kamati iliyoanzishwa na Umoja wa Kimataifa wa Astronomical ili kuja na orodha ya nyota bora zinazowezekana ambazo utafutaji huo unapaswa kuanza. Fanya orodha ya vigezo vya kuchagua nyota kwenye orodha, na ueleze sababu za kila kuingia (ukizingatia baadhi ya mawazo kuhusu hadithi ya maisha ya nyota na nyakati ambazo tunazungumzia katika sura ya sasa.)
4. Je kundi lako kufanya orodha ya sababu kwa nini nyota iliyoundwa mwanzoni mwa ulimwengu (muda mfupi baada ya Big Bang) haikuweza kuwa na sayari na wanafunzi wa astronomia kusoma vitabu vya astronomia (hata kama nyota ina masi sawa na ile ya Jua letu).
5. Kwa kuwa tuna hakika kwamba wakati Jua linakuwa nyota kubwa, maisha yote duniani yatafutwa, je, kikundi chako kinafikiri kwamba tunapaswa kuanza kufanya maandalizi ya aina yoyote? Hebu tuseme kwamba kiongozi wa kisiasa ambaye alilala wakati wa sehemu kubwa za darasa lake la astronomia ghafla anasikia kuhusu tatizo hili kutoka kwa wafadhili mkubwa na huteua kikundi chako kama kikosi cha kazi cha kutoa mapendekezo juu ya jinsi ya kujiandaa kwa ajili ya mwisho wa Dunia. Fanya orodha ya hoja kwa nini nguvu hiyo ya kazi sio muhimu sana.
6. Tumia chati za nyota kutambua angalau nguzo moja wazi inayoonekana wakati huu wa mwaka. (Chati hizo zinaweza kupatikana katika magazeti ya Sky & Telescope na Astronomia kila mwezi na tovuti zao; angalia Kiambatisho B.) Pleiades na Hyades ni nzuri vuli masomo, na Praesepe ni nzuri kwa ajili ya kuangalia springtime. Nenda nje na uangalie makundi haya na binoculars na ueleze kile unachokiona.
7. Wanaastronomia wengi wanafikiri kwamba nebulae ya sayari ni miongoni mwa vitu vinavyovutia na vya kuvutia ambavyo tunaweza kuona kwenye galaxi. Katika sura hii, tunaweza tu kuonyesha mifano michache ya picha za vitu hivi kuchukuliwa na Hubble au darubini kubwa juu ya ardhi. Uwe na wanachama wa kikundi chako utafute zaidi picha za sayari za nebula mtandaoni, na ufanye orodha ya “kumi ya juu” ya wale wanaopenda (usijumuishe zaidi ya tatu ambazo zimewekwa katika sura hii.) Kufanya ripoti (na picha) kwa ajili ya darasa zima na kueleza kwa nini umepata tano yako ya juu hasa ya kuvutia. (Unaweza kutaka kuangalia Kielelezo\(22.4.4\) katika Sehemu ya 22.4 katika mchakato.)

Mapitio ya Maswali

1. Linganisha hatua zifuatazo katika maisha ya mwanadamu na nyota: kabla ya kujifungua, kuzaliwa, ujana/utu uzima, umri wa kati, uzee, na kifo. Nyota yenye masi ya Jua letu inafanya nini katika kila hatua hizi?
2. Je, ni tukio gani la kwanza linalotokea kwa nyota yenye kiasi kikubwa cha Jua letu inayochosha hidrojeni katika msingi wake na kuacha kizazi cha nishati kwa fusion ya nyuklia ya hidrojeni hadi heliamu? Eleza mlolongo wa matukio ambayo nyota inakabiliwa.
3. Wanaastronomia wanaona kwamba 90% ya nyota zinazoonekana angani ziko kwenye mlolongo mkuu wa mchoro wa H—R; kwa nini hii ina maana? Kwa nini kuna nyota chache sana katika eneo kubwa na supergiant?
4. Eleza mageuzi ya nyota yenye masi inayofanana na ile ya Jua, kuanzia hatua ya protostar hadi wakati inapoanza kuwa giant nyekundu. Kutoa maelezo kwa maneno na kisha mchoro mageuzi kwenye mchoro wa H - R.
5. Eleza mageuzi ya nyota yenye masi inayofanana na ile ya Jua, kuanzia tu baada ya kwanza kuwa giant nyekundu hadi wakati inavyochoka aina ya mwisho ya mafuta, msingi wake una uwezo wa fusing.
6. Mara nyingi nyota inaelezewa kama “kusonga” kwenye mchoro wa H—R; kwa nini maelezo haya yanatumiwa na nini kinatokea kwa nyota?
7. Ni makali ya kuu mlolongo band juu ya mchoro H - R bila sifuri umri mlolongo kuu kuwa?
8. Jinsi gani nyota kawaida “hoja” kupitia kuu mlolongo band juu ya mchoro H - R? Kwa nini?
9. Nyota fulani, kama Betelgeuse, zina joto la uso chini kuliko Jua na bado zinawaka zaidi. Je! Nyota hizi zinazalisha nishati nyingi zaidi kuliko Jua?
10. Mvuto daima hujaribu kuanguka masi ya nyota kuelekea katikati yake. Ni utaratibu gani unaoweza kupinga kuanguka kwa mvuto kwa nyota? Katika hatua gani za maisha ya nyota ingekuwa na “usawa” kati yao?
11. Kwa nini kundinyota za nyota zinafaa sana kwa wanaastronomia wanaotaka kujifunza mageuzi ya nyota?
12. Je, Jua linaweza kuwa mwanachama wa nguzo ya globular au nguzo ya wazi katika siku za nyuma?
13. Tuseme ulipewa michoro mbili za H - R kwa makundi mawili tofauti: mchoro A ina nyota zake nyingi zilizopangwa kwenye sehemu ya juu kushoto ya mlolongo kuu na nyota zote mbali na mlolongo kuu; na mchoro B ina nyota zake nyingi zilizopangwa kwenye sehemu ya chini ya kulia ya mlolongo kuu na wengine wa nyota mbali mlolongo kuu. Ni mchoro gani utakuwa kwa nguzo ya zamani? Kwa nini?
14. Akizungumzia michoro ya H - R katika zoezi la awali, ambayo mchoro ungeweza kuwa mchoro wa H - R kwa chama?
15. Mchakato wa nyuklia wa kuunganisha heliamu ndani ya kaboni mara nyingi huitwa “mchakato wa tatu-alpha.” Kwa nini inaitwa kama vile, na kwa nini inatakiwa kutokea kwa joto kubwa zaidi kuliko mchakato wa nyuklia kwa fusing hidrojeni kuwa heliamu?
16. Picha za nebulae mbalimbali za sayari zinaonyesha maumbo mbalimbali, lakini wanaastronomia wanaamini idadi kubwa ya nebulae ya sayari yana umbo moja la msingi. Je, kitendawili hiki kinaelezwaje?
17. Eleza njia mbili za “kuchakata” zinazohusishwa na nyota (moja wakati wa maisha ya kila nyota na nyingine zinazounganisha vizazi vya nyota).
18. Katika aina ipi kati ya kundinyota hizi ungepata uwezekano mkubwa wa kupata wingi wa kipengele kikubwa zaidi kwa nyota ndani yake: makundi ya wazi, makundi ya globular, au vyama?
19. Eleza jinsi mchoro wa H—R wa nyota katika nguzo unaweza kutumika kuamua umri wa nguzo.
20. Atomi za kaboni zilikuwa wapi katika shina la mti kwenye chuo chako cha chuo kikuu zilitoka awali? Je! Neon katika “taa za neon za Broadway” zilikuja wapi kutoka awali?
21. Nebula ya sayari ni nini? Je, tutakuwa na moja karibu na jua?

Maswali ya mawazo

1. Je, jua juu ya mlolongo wa umri wa sifuri kuu? Eleza jibu lako.
2. Je, nebulae ya sayari inalinganishaje na bulb ya mwanga ya fluorescent katika
3. Ni ipi kati ya sayari katika mfumo wetu wa jua una mizunguko ambayo ni ndogo kuliko radius photospheric ya Betelgeuse iliyoorodheshwa katika Jedwali\(22.1.2\) katika Sehemu ya 22.1?
4. Je! Unatarajia kupata sayari inayofanana na dunia (yenye uso imara) inayozunguka nyota ya chini sana ambayo iliunda mwanzoni mwa maisha ya nguzo ya globular? Eleza.
5. Katika michoro ya H - R kwa makundi mengine ya vijana, nyota za mwanga mdogo sana na wa juu sana ziko mbali na haki ya mlolongo kuu, wakati wale wa mwanga wa kati ni kwenye mlolongo kuu. Je, unaweza kutoa maelezo ya kwamba? Mchoro mchoro wa H - R kwa nguzo hiyo.
6. Ikiwa Jua lilikuwa mwanachama wa nguzo NGC 2264, ingekuwa kwenye mlolongo kuu bado? Kwa nini au kwa nini?
7. Ikiwa nyota zote zilizo kwenye nguzo zina karibu na umri uleule, kwa nini makundi yanafaa katika kusoma madhara ya mabadiliko (hatua tofauti katika maisha ya nyota)?
8. Tuseme kundinyota ya nyota ilikuwa umbali mkubwa kiasi kwamba ilionekana kama doa isiyoweza kutatuliwa ya mwanga kupitia darubini. Je! Unatarajia rangi ya jumla ya doa kuwa kama ilikuwa picha ya nguzo mara baada ya kuundwa? Je! Rangi ingekuwa tofauti baada ya miaka ^{10 10}? Kwa nini?
9. Tuseme mwanaastronomia aliyejulikana kwa utani alikuambia kwamba amepata nyota kuu ya mlolongo wa aina ya O katika galaxi yetu ya Milky Way ambayo haikuwa na elementi nzito kuliko heliamu. Je, unaweza kumwamini? Kwa nini?
10. Nyota zilizo na raia takriban mara 0.8 masi ya Jua huchukua takriban miaka bilioni 18 kugeuka kuwa giant nyekundu. Hii inalinganishaje na umri wa sasa wa ulimwengu? Je! Unatarajia kupata nguzo ya globular yenye kugeuka kwa mlolongo kuu kwa nyota za molekuli ya jua 0.8 au chini? Kwa nini au kwa nini?
11. Magari mara nyingi hutumika kama mlinganisho ili kuwasaidia watu kuelewa vizuri jinsi nyota kubwa zaidi zilivyo na maisha mafupi ya mlolongo mkuu ikilinganishwa na nyota zisizo kubwa sana. Je, unaweza kuelezea mfano huo kwa kutumia magari?

Kujihesabu mwenyewe

1. Nakala inasema nyota haibadili masi yake sana wakati wa kipindi cha maisha yake makuu ya mlolongo. Ilhali iko kwenye mlolongo mkuu, nyota inabadilisha takriban 10% ya hidrojeni iliyopo awali kuwa heliamu (kumbuka ni kiini cha nyota tu ambacho ni moto wa kutosha kwa fusion). Angalia katika sura za awali ili kujua ni asilimia gani ya molekuli ya hidrojeni inayohusika katika fusion inapotea kwa sababu inabadilishwa kuwa nishati. Kwa kiasi gani umati wa nyota nzima hubadilika kama matokeo ya fusion? Je, tulikuwa sahihi kusema kwamba masi ya nyota haibadiliki kwa kiasi kikubwa ilhali iko kwenye mlolongo kuu?
2. Nakala inaeleza kwamba nyota kubwa zina maisha mafupi kuliko nyota za chini. Japokuwa nyota kubwa zina mafuta mengi ya kuteketeza, zinaitumia kwa kasi zaidi kuliko nyota za chini. Unaweza kuangalia na kuona kama kauli hii ni kweli. Maisha ya nyota ni sawia moja kwa moja na kiasi cha masi (fueli) inayo na inversely sawia na kiwango ambacho hutumia mafuta hayo (yaani, kwa mwangaza wake). Kwa kuwa maisha ya jua ni kuhusu 10 ¹⁰ y, tuna uhusiano wafuatayo:\[T=10^{10} \frac{M}{L} \text{ y} \] wapi\(T\) maisha ya nyota kuu ya mlolongo,\(M\) ni masi yake inapimwa kwa suala la wingi wa Jua, na\(L\) ni mwanga wake unapimwa kwa suala la mwanga wa Jua.
   1. Eleza kwa maneno kwa nini equation hii inafanya kazi.
   2. Tumia data katika Jedwali\(18.4.2\) katika Sehemu ya 18.4 kuhesabu umri wa nyota kuu mlolongo waliotajwa.
   3. Je, nyota za chini zina muda mrefu wa maisha ya mlolongo?
   4. Je! Unapata majibu sawa na yale yaliyo katika Jedwali\(22.1.1\) katika Sehemu ya 22.1?
3. Unaweza kutumia Equation\(\PageIndex{1}\) katika zoezi uliopita kukadiria umri takriban ya makundi katika Kielelezo\(22.3.3\), Kielelezo\(22.3.5\), na Kielelezo\(22.3.6\), wote katika Sehemu ya 22.3. Tumia habari katika takwimu ili kuamua mwanga wa nyota kubwa zaidi bado kwenye mlolongo kuu. Sasa tumia data katika Jedwali\(18.4.2\) katika Sehemu ya 18.4 ili kukadiria masi ya nyota hii. Kisha uhesabu umri wa nguzo. Njia hii ni sawa na utaratibu unaotumiwa na wanaastronomia kupata umri wa makundi, isipokuwa kwamba wanatumia data halisi na mahesabu ya mfano badala ya kufanya makadirio tu kutoka kwa kuchora. Je, umri wako unalinganishaje na umri katika maandiko?
4. Unaweza kukadiria umri wa nebula ya sayari kwa picha (c) katika Kielelezo\(22.4.3\) katika Sehemu ya 22.4. Kipenyo cha nebula ni mara 600 kipenyo cha mfumo wetu wa jua, au karibu 0.8 mwaka wa mwanga. Gesi inapanuka mbali na nyota kwa kiwango cha takriban 25 mi/s Kwa kuzingatia umbali huo = kasi × wakati, hesabu muda gani uliopita gesi iliacha nyota kama kasi yake imekuwa mara kwa mara wakati wote. Hakikisha unatumia vitengo thabiti kwa muda, kasi, na umbali.
5. Ikiwa nyota A ina joto la msingi\(T\), na nyota B ina joto la msingi\(3T\), kiwango cha fusion ya nyota A kinalinganishaje na kiwango cha fusion ya nyota B?