Lesbók Morgunblaðsins - 10.10.1992, Side 5

_hW érh' íaéii Wíitírn/'í'!faéþlé^4 9 ljósái
fjarlægð. Stærri sólin (A) er um 25 sinnum
bjartari en Sólin, 1,8 sinnum breiðari kúla
en hún og 2,35 sinnum massameiri. Síríus
A er bláhvít að lit, heitari (10.000°) en
Sólin og lifír um það bil tíu sinnum skemmri
tíma en hún því að stjarnan eyðir vetnis-
birgðum sínum mun hraðar en Sólin. Minni
stjarnan er daufur hvítur dvergur (B). Þeir
eru litlir og heitir hnettir (á stærð við Jörð-
ina) sem verða eftir er meðalsólir „deyja“
og missa við það hluta af massa sínum. Sá
hluti þeytist út í geiminn (ein tegund geim-
þoka) en það sem eftir er af efni þjappast
saman í mjög þéttan og heitan hnött. Síríus
B er um 9.000° heit á yfírborðinu og er
birta hennar aðeins tíuþúsundasti hluti af
birtunni frá Síríusi A en eðlismassinn (þétt-
leikinn) er slíkur að stykki á stærð við eld-
spýtustokk vegur um 1.000 kg.
í tvistimum eins og Síríus-parinu og þrí-
stirnum eins og í Alfa Kentár og Pólstjörnu-
fjölskyldunni, snúast sólirnar um sameigin-
legan þyngdarpunkt, eins og áður segir. Svo
virðist sem slík pör eða fleirsólir séu mjög
algengar, jafnvel svo að stakar sólir eins
og okkar era fremur undantekning en regla.
Aðrar sólir í nágrenni okkar eru t.d.
Wolf 359 (sést í Ljóninu), ákaflega lítil og
dauf sól, Lalande 21185 (sést í Stóra bimi)
og Prókýon (Alfa Litli hundur) en hún er
tvístirni í 11 ljósára fjarlægð, líkt og fram
kom áður, og er stærri stjarnan gulhvít og
7 sinnum bjartari en Sólin.
Við skreppum líka framhjá Vegu i Hörp-
unni (Alfa Harpa). Hún heitir Blástjaman
á íslensku og er mun massameiri en okkar
Sól, um 58-falt bjartari, bláhvít vegna hás
yfírborðshita (10.000°) og telst í 27 ljósára
fjarlægð frá Jörðu. Stjaman er þrefalt
massameiri en Sólin og um 3,2 sinum meiri
að þvermáli en hún. Þar er að sjá dökk-
leitt, dimmt og disklaga ský utan um sól-
ina. Að öllum líkindum er um að ræða ungt
sólkerfí í mótun.
Andstæða Vegu er Míra (í Hvalnum).
Hún er gömul stjama að nálgast „andlát-
ið“, um tvöfalt massameiri en Sólin. Hún
minnkar og stækkar með um 330 daga
millibili, eykur þá ljósafl sitt nærri 250-falt
(miðað er við sýnilegt Ijós) og um leið tvö-
faldast þvermál hennar. Stjaman er rauð
og fremur köld á yfírborðinu, aðeins um
2000° en hitastigið sveiflast í takt við þver-
málsbreytingarnar. Raunar er Míra eins og
hjarta sem slær.
DUMBRAUÐ AF ELLI
Þessu næst bregðum við okkur framhjá
einni af allra umfangsmestu sólum sem við
þekkjum. Hún heitir Betelgás og telst til
stjömumerkisins Óríons (Alfa Óríon). Við
vitum auðvitað að engar stjamanna í merk-
inu eiga í raun samleið með Betelgás. Bet-
elgás er í 550 ljósára fjarlægð en t.d. Rígel
(SÓríon, lesið Beta Óríon), sem er líka björt
stjarna, er í 800 ljósára fjarlægð og engin
„tengsl“ þeirra í milli. Betelgás er 10.000
sinnum bjartari en Sólin að meðaltali en er
breytistjarna og nær birtan að sveiflast
þannig að hún er á bilinu 7.600 til 14.000
sinnum bjartari en Sólin og líða um 5,7 ár
milli birtuhámarka. Betelgás var bláhvít,
ofsaheit risasól, um 20 sinnum massameiri
en Sólin. Slíkar sólir era afar fljótar að
eyða miklu af vetnisbirgðum sínum. Þær
lifa aðeins í um 10 milljónir ára en ekki í
10 milljarða eins og Sólin! Núna, þegar langt
er liðið á ævi hennar, hefur hún stækkað
og kólnað, liturinn er nú dumbrauður, og
er stjaman að meðaltali um 700 sinnum
breiðari en Sólin en að sama skapi gisin eða
með öðram orðum þéttleiki efnisins í ytri
loftlögum er afar lítill. Væri miðja hennar
þar sem Sólin er væra allar reikistjömum-
ar, frá Merkúr langleiðina til Satúrnusar
að telja, innan í Betelgás! Lágur yfirborðs-
hitinn stafar af því að yfírborðið er feikna-
mikið og orka á flatareiningu, þótt mikil
sé, ekki meiri en svo að hitinn á yfírborði
sólarinnar nær um varla 3000° að meðal-
tali en yfírborðshitinn sveiflast með stærð
sólarinnar í fyrrgreindri birtusveiflu, rétt
eins og þvermálið. Ef Míra lítur út eins og
stórt hjarta sem slær, þá er Betelgás enn
tröllslegri, þótt lengra líði að vísu milli
„slaga“ hennar en Míra.
Þegar hér er komið sögu eram við, hvað
sem öllum krókaleiðum líður, langt komin
á leið til Pólstjömunnar. Langt handan
hennar, í 1500 ljósára fjarlægð, sjáum við
björtustu stjömuna af þeim er við sjáum
án sjónauká af Jörðu niðri. Þá er auðvitað
miðað við raunveralegt birtustig (reyndar
birtuna) en ekki týruna sem við sjáum alla
leið frá Jörðinni (sýndarbirtuna). Stjarnan
heitir Deneb (Alfa Svanur) og er 60.000
sinnum bjartari en Sólin og stór, heit og
massamikil eftir því. Hún skipast meðal
stjama með mesta mögulega massa og er
Satúrnus séður frá Voyager 1. Myndin er samsett og sjást því líka nokkur tungl-
anna. Díóna er fremst. Tethys og Mímas eru neðan hringanna, efst til vinstri
sjást Enkladus og Rhea en allra efst glittir í stærsta tunglið, Titan. (Ljósm:
NASA/JPL)
líka með heitustu sólum (allt að 20.000° á
yfírborðinu). Reyndar er til enn massameiri
sól en Deneb. Hún sýnist ekki bjartari en
Deneb vegna 3700 ljósára fjarlægðar. Þetta
er Eta Carinae, um 100 sinum massameiri
en Sólin.
BREYTISTJORNUR
Margar sólstjömur breyta ljósafli sínum,
ýmist reglulega, óreglulega, oft, sjaldan eða
aðeins einu sinni. Einn flokkur slíkra stjama
kallast breytistjörnur. Breytistjörnum er síð-
an skipt í nokkra undirflokka svo sem sef-
íta, RR-Lyraae-stjörnur og T-Tauri-stjörn-
ur. Aðrar stjömur sem skína með breyttri
birtu era tifstjörnur og blossastjörnur (t.d.
nóvur og súpemóvur). Sumar stjömur í
þessum undirflokkum eru kenndar við til-
teknar fyrirmyndir, t.d. sefítarnir og stjöm-
ur af gerð RR Lyae-gerð. Þær síðamefndu
era risastjörnur sem auka birtu sína tvö-
til þrefalt, oft með hálfs dags millibili eða
svo. Þær era kenndar við stjörnu eina í
Hörpunni (Lyrae á latínu). Sólir af T Tauri-
gerð era sýnilega sólir á bemskuskeiði,
kenndar við stjörnu eina í Nautinu (Tauras
á latínu). Míra-stjömur era breytistjömur
kenndar við sólina Míra í Hvalnum sem
áður var um getið.
Stórkostlegastar stjarna með breytilegu
ljósmagni eru nýstirnin (nóvumar) og þó
einkum sprengistjörnurnar (súpernóvurnar)
því að í þeim era hamfarirnar og birtubreyt-
ingar ævintýralegar. Nýstirni verða mjög
björt. Er talið að þau séu allar tvístimi þar
sem önnur sólin er stór en hin lítil en massa-
mikil sól, þ.e. hvítur dvergur, í lítilli fjar-
lægð frá þeirri stóru. Dvergurinn togar til
sín vetni úr hinni uns nóg efni hefur safn-
ast til hans og stjaman verður óstöðug með
þeim afleiðingum að vetnið blossar upp.
Menn hafa fylgst með 18 nóvum (nóva þýð-
ir í raun nýstirni) í Vetrarbrautinni á árabil-
inu 1975-1985 og hafa þær aukið birtu
sína allt að hundrað þúsund-falt. Nóvur
blossa oft upp á löngum tíma.
Sprengistjörnur (súpemóvur) era til af
tveimur gerðum. Onnur er skyld nóvum
nema hvað blossinn er miklu ægilegri og
stjömuparið massameira en þegar um nóv-
umar ræðir. Hin gerðin er ummerki ógnar-
legra endaloka massamikilla sóla; ein
feiknasprenging og birta sem svarar til ljós-
magns frá heilli vetrarbraut. Má segja að
þama deyi sól með ægiblossa.
En tifstjörnurnar örsmáu era lika sér-
kennilegar, einkum vegna ótrúlega mikils
eðlismassa. Ein matskeið af tifstjörnuefni
getur vegið allt að milljarði tonna! En þær
vekja líka athygli stjörnufræðinga vegna
hins ofsahraða snúnings á öxli. Þær geta
jafnvel snúist 10-30 hringi um sjálfar sig
á einni sekúndu. Við það blikka þær ótt og
títt. Tifstjörnur verða til þegar sumar
sprengistjörnur blossa upp, og þá úr innri
hluta þeirra við ofursnögga samþjöppun.
Myndast þá hnettir með aðeins nokkurra
tuga kílómetra þvermál en massa á borð
við Sólina (mynd 59).
Á leiðinni til Pólstjörnunnar skulum við
fara yfír dæmi um æviferla sóla með mis-
munandi massa. Við geram ráð fyrir því
að þær myndist allar á sama hátt: Þéttist
úr hluta geimþoku er hefur aðallega að
geyma vetni og helíum en auk þess tugi
annarra framefna í litlum mæli. Þéttingin
verður vegna þyngdarkrafts er verkar milli
misþungra massa í þokunni og vegna snún-
ings þeirra um massamiðju hennar. Fleira
kann að koma til svo sem öflugar stjömu-
sprengingar (súpemóvur). Á ákveðnu stigi
í þéttiferli framsólar nær hiti og þrýstingur
í iðram hennar ákveðnu marki og kjama-
samrani getur hafist. Þá breytist eitt fram-
efni í annað og orka verður til; fyrst breyt-
ist vetni í helíum. Það er svo massi sólarinn-
ar sem ræður því hve hratt vetnið eyðist
og hve hár yfírborðshitinn er og þar með
hvemig hún er á litinn. Massamiklar sólir
era skamma hríð á vetnissamranastiginu
en massarýrar sólir lengi. Massamiklar sólir
eru gulhvítar, hvítar eða bláhvítar að lit en
massaminni sólir gulleitar eða rauðleitar
meðan þær era á umræddu meginskeiði
ævinnar.
ÆVIÞRIGGJA SOLA
Veltum þá fyrir okkur ævi þriggja sóla.
Ein er álíka massamikil og Sólin, gul að
lit, önnur er um 12 sinnum massameiri en
Sólin, hvít að lit, og loks er það risinn í
hópnum: Bláhvít sól, 50 sinnum massameiri
en Sólin.
* Fyrsta sól breytir vetni í framefni í
5-10 milljarða ára. Hún er um 12.000.000°
heit í kjarna. Orkunni geislar frá henni með
rafsegulbylgjum, aðallega sýnilegu ljósi,
útfjólubláu ljósi og innrauðu ljósi (hitageisl-
un). Þegar nú 10-15% af vetninu í kjarnan-
um hefur breyst í helíum, sem allt er varð-
veitt þar, færist þessi kjamasamruni í skel
utan um hann en sjálfur kjarninn tekur að
minnka vegna þyngdarkraftsins. Það gerist
vegna þess að vetnissamraninn er hættur
þar, þrýstingur út á við af hans völdum er
enginn en þrýstingur efnisins utan kjarn-
ans, inn á við, er gífurlegur. Vetnissamran-
inn utan kjarnans veldur því hins vegar að
sólin tútnar út, stækkar nokkuð, en yfírborð-
ið kólnar og verður rauðgult. Samdráttur
kjarnans hækkar hitann þar. Enn stækkar
sólin og roðnar meðan þessu fer fram. Þeg-
ar hitastig kjamans hefur náð 50.000.000°
markinu blossar helíumsamruninn upp með
miklum tilþrifum; nú breytist helíum í kol
efni í kjamanum og vetni heldur áfram að
mynda helíum í skel þar utan um. Sólin
þenst út og roðnar enn meira og getur nú
verið 100-200 sinnum meiri að þvermáli
en hún var á meginæviskeiðinu. Á þessu
stigi sveiflast stærð, birta og yfírborðshita
sólarinnar, líkt og lýst var áður þegar Míra
átti í hlut.
Þessi sól getur ekki náð því hitastigi í
kjarna að kolefni breytist í súrefni. Til þess
er kjarninn hvorki nógu stór né stjarnan
nógu massamikil. Helíumsamruninn hættir
því eftir einhverjar ármilljónir en samdrátt
ur kjamans stöðvast þegar frumeindir efn
anna í honum liggja orðið þétt saman. Þá
er hann orðinn á stærð við jörðina og eðlis-
massinn af stærðargráðunni hundrað kíló-
gramma hver rúmsentimetri. Heildarmass-
inn getur mest verið 1,4 sinnum meiri en
massi Sólar.
Lofthjúpur sólarinnar utan kjarnans held
ur alltaf áfram að þenjast út, vetnissamran
inn er líka úr sögunni og brátt er orðið tóm
milli kjarnans og kúlulaga þokulags (hring-
þoka). Þessi svonefnda hringþoka er m.a,
úr vetni, helíum, kolefni, súrefni og nitri
Efnið þýtur burt út í geiminn, þokan dofnar
situr
heitur kjaminn (9.000-10.000°) og er orð-
inn að hvítum dverg sem kólnar upp frá
æssu uns hann verður svartur og óvirkur
massi, nema hvað hann verkar með þyngd-
arkrafti á aðra massa. Svona verður veg-
ferð Sólarinnar eftir 4-5 milljarða ára en
Míra verður þá aftur á móti löngu orðin að
hvítum dverg og hringþoku. Reyndar eru
nokkur atriði þessa ferils óljós en megin-
drættimir era eins og hér er frá greint.
* Önnur sólin er miklu röskari við vetn-
issamrunann í kjarna sínum en sú fyrsta. Á
nokkur hundraðum milljóna áram (í stað
fáeinna milljarða) er allt komið á svipað
stig og í massaminni sólinni sem lýst var
hér á undan: Vetni breytist í helíum í skel
utan við kjamann en í honum breytist kol-
efni í súrefni við 50.000.000° hita. Eftir
alllangan tíma hefur hiti innst í kjama sólar-
innar hækkað upp í 100.000.000°, þá hefst
þar samrani súrefnisframeinda og til verður
framefnið magnesíum en þar utan um er
áfram skel með kolefnisamrana í og enn
utar með vetnissamrana. Meðan hitastigið
getur hækkað í sólinni myndast þar æ þyngri
framefni í kjamanum, magnesíum myndar
kísil og kísill getur orðið að jámi. Því þyngri
framefni er sameinast þeim mun skemmri
tíma stendur samranaferlið. Á meðan nýju
framefnaskeljamar myndast stækkar sólin
eins og hin og roðnar sífellt. Hún verður
smám saman að rauðri risastjömu, mörg
hundrað sinnum meiri að þvermáli en Sólin
okkar.
Jámið er safnast fyrir í kjamanum verð-
ur óstöðugt þegar hann dregst saman og
hitnar. Það myndar ekki þyngri framefni
og orku, heldur tekur það til sín orku, sundr-
ast og myndar helíum. Um leið verður svo-
kallað þyngdarhran, kjaminn dregst snöggt
saman. Mikil stöðuorka losnar, hiti snögg-
hækkar og þrýstingur vex ótæpilega. Rót-
eindir og rafeindir þrýstast saman og verða
að óhlöðnum nifteindum. Þær þjappast sam-
an uns upphaflegi sólkjaminn er af stærð-
argráðunni 10-30 km í þvermál! Samtímis
verður til ofboðsleg höggbylgja sem berst
frá kjamanum út í lofthjúp sólarinnar og
mikil orka losnar. Við það blossar stjarnan
upp sem sprengistjama af gerð II eins og
það kallast og þeytir loftögnum út í busk-
ann í hrikalegri sprengingu. Hitinn hækkar
upp úr öllu valdi, í milljarða stiga, og þung
framefni verða til úr léttari framefnum, t.d.
þungmálmar eins og gull. Birtan magnast
tugmilljón- eða hundraðmilljónfalt á einni
sekúndu eða svo.
EINN RUMSM. ER MILLJ-
ÓNIRTONNA
Hvíta nifteindastjaman (tifstjaman, sbr.
hér að framan) er eftir verður snýst ofsa-
hratt um öxul sinn og er svo þung í sér að
einn rúmsentimetri vegur milljónir tonna
enda er 1,4 til 3 sinnum meiri massa en er
í okkar Sól þjappað í þennan örsmáa hnött!
Við blossann mikla þeytist lofthjúpurinn
burt sem óreglulegur en lýsandi þokumökk-
ur úr rafgasi. Þannig fyrirbæri getum við
séð í 10.000 ljósára fjarlægð frá sólkerfi
okkar: Krabbaþokuna í Nautsmerkinu
(mynd 61). Þar sprakk svona sól árið 1054
(eða réttara sagt, hún sprakk 10.000 áram
fyrr en jarðarbúar sáu hana þetta ár). Talið
er að svona endi ein sól ævi sína á hveijum
50 áram í sjáanlegum hluta Vetrarbrautar-
innar. Ritaðar heimildir greina frá atburð-
um, þar sem fjarlægar stjömur taka allt í
einu að lýsa betur en björtustu stjörnumar
á hinum venjubundna kvöldhimni, t.d. árin
1575 og 1604. Oftast sjást sprengistjömur
aðeins í stóram sjónaukum vegna mikillar
fjarlægðar frá okkur. Nýlegasta dæmið um
súpernóvu er stjaman sem sprakk árið 1987
í lítilli fylgivetrarbraut okkar (stóra Magell-
anskýinu; önnur af tveimur slíkum), í
170.000 ljósára fjarlægð. Hún sást naum-
lega sem afar daufur blettur með berum
augum.
Af þeim sólum sem nefndar hafa verið
hér að framan má búast við að Betelgás
springi, segjum innan 10.000-20.000 ára.
* Þriðja solin lifír þeirra styst, ekki nema
nokkrar milljónir ára. í henni tekur eitt
samranastigið við af öðra, sólin verður allt
að 1000-1500 sinnum meiri að þvermáli
en Sólin, sem rauður stórrisi, en kjarninn
hrynur loks snögglega saman (á ,jámstig;
inu“), líkt og greint var frá hér á undan. í
stað nifteindastjömu myndast enn furðu-
legra fyrirbæri úr kjarnanum um leið og
ytri loftlögunum er þeytt út í buskann.
Sprengistjarnan er þar blossar upp marg-
faldar birtu sína þúsund milljón-falt!
Höfundur er jarðeðlisfræðingur.
Millifyrirsagnimar eru blaðsins.
LESBÓK MORGUNBLAÐSINS 10. OKTÓBER 1992 5