Ar
O płata pocztow a u isz c z o n a ryczałtom *//?•»
^ *
\ v
WSZECHŚWIAT
PISMO PRZYRODNICZE m
ORGAN POLSKIEGO TOWARZYSTWA PRZYRODNIKÓW IM.M.KOPERNIKA
T R E Ś Ć Z E S Z Y T U :
E. R y b k a . G w ia z d y zm ien n e cefe id y .
S t a n i s ł a w F e 1 i k s i a k. P o d ró ż na statku „D ar P o m o rza * do B r a z y lji i na M artyn ikę z p ostojem na T e n e r y fie i A z o r a c h .
K ro n ik a naukow a. K ry ty k a . M iscellan ea.
D o pp. W sp ó łp raco w n ik ó w !
W szystkie przyczynki do ,, W szech św iata” są honorowane w wysokości 15 gr. od wiersza.
P P - Autorzy m ogą otrzym yw ać odbitki swoich przyczynków po cenie kosztu. Ż ą d a n ą liczbę odbitek należy podać jednocześnie z rękopisem.
R e d a k c j a odpow iada z a poprawny druk łylk0 tych przyczynków,
które zo stały j e j n adesłan e w postaci czytelnego maszynopisu.
P I S M O P R Z Y R O D N I C Z E
O R G A N P O L S K I E G O T - W A P R Z Y R O D N I K Ó W I M. K O P E R N I K A Nr. 5 (1701— 1702) Wrzesień — Październik 1932
Treść zeszytu: E. R y b k a . Gwiazdy zmienne — cefeidy. S t a n i s ł a w F e l i k s i a k . Podróż na statku
„D ar Pomorza" do Brazylji i na Martynikę z postojem na Teneryfie i Azorach. Kronika naukowa.
Krytyka. Miscellanea.
E. RYBKA .
G W I A Z D Y Z M I E N N E — C E F E I D Y .
W badan iach budow y gw iazd olbrzymia, rolę odgryw ają krótkookresow e gwiazdy zmienne, zw ane cefeidam i, od przedstaw i
cielki tego typu gwiazd, 8 Cephei, której zmienność odkrył w 1784 r. angielski mi
łośnik astronom ji, J o h n G o o d r i c k e . W ciągu krótkiego okresu, w ynoszącego zaledw ie 5 dni 8 godz. 37 min. zmienia się nietylko b lask tej gw iazdy, lecz ponadto ulega zmianom jej widmo, a więc i zw ią
zana z niem tem peratura oraz ciśnienie i gęstość gazów na powierzchni gwiazdy.
M am y tu w yjątkow ą m ożność śledzenia wybitnych zmian w arunków fizycznych na gw ieździe w ciągu zaledw ie kilku dni, a u innych cefeid naw et w ciągu kilku go
dzin, p o d czas gdy w normalnym rozwoju gw iazd na tak ie zm iany n ależałoby cze
k ać miljony lat.
Cefeidy stanowią jeden z rodzajów gwiazd zmiennych, których blask ulega regularnym lub nieregularnym zmianom. N aogół gwiazdy zmien
ne stanowią niewielki odsetek ogółu gwiazd, zna
my ich bowiem obecnie zaledwie 5.500. W śród
gwiazd zmiennych panuje wielka różnorodność.
U jednych zmiany blasku pow tarzają się rw regu
larnych odstępach czasu, zwanych okresami zmienności, przytem zakres tych zmian pozostaje w każdym okresie ilościowo i jakościowo jedna
kowy. Gw iazdy takie n oszą nazwę regularnych
gwiazd imiennych. Inne gwiazdy w ykazują o wiele mniej regularności w przebiegu zmian blasku, są wreszcie takie gwiazdy zmienne, których blask zmienia się całkowicie nieregularnie.
Gw iazdy zmienne regularne dzielimy na dwie zasadniczo różne od siebie grupy. Do pierwszej z tych grup zaliczam y gwiazdy zaćmieniowe, któ
re są gwiazdami podwójnemi; rzeczywisty blask składników jest niezmienny, gwiazdy te jednak, obiegając dokoła wspólnego środka ciężkości, wzajemnie się zasłan iają w stosunku do obserwa
tora na Ziemi i pow odują przez to pozorne zmia
ny w całkowitym blasku układu. Drugą kategorję stanowią
cefeidy, pojedyńcze gwiazdy zmienne,których blask ulega rzeczywistym zmianom wsku
tek działania wewnętrznych przyczyn fizycznych.
Okres zmienności cefeid je st prawie stały dla k aż
dej z pośród tych gwiazd zmiennych i jest zawar
ty w granicach od kilku godzin do kilkudziesięciu dni.
W edług najnow szej klasyfikacji do ce
feid zaliczam y te okresow e gw iazdy
zmienne, których o k res jest m niejszy od
45 dni, ch arak ter zaś zmiany b lask u nie
pozw ala zaliczyć danej gw iazdy do kate-
132 W S Z E C H Ś W I A T Nr. 5 gorji zaćm ieniowych. B lask tych gw iazd
zm ienia się w sposób ciągły w ten sposób, że po osiągnięciu najm niejszego blasku, jasn ość gw iazdy szybko w zrasta, aby po osiągnięciu maximum powoli w rócić do minimum (rys. 1). T en szybki w zrost jas-
R ys. 1. Krzywa blasku XZ Cygni (E. Rybka 1926—
28). Na osi poziomej odłożono czas w ułam kach okresu, wynoszącego O l. 467.
ności, a następnie jej pow olny spadek uw ażane być m ogą za n ajw ybitniejszą c e chę cefeid, szczególniej u w ydatn iającą się u gw iazd krótkookresow ych z okresam i zmienności, w ynoszącem i ułam ek doby.
W ahania blasku cefeid po w tarzają się na- ogół bardzo regularnie; am plituda zmian ich blasku wynosi zw ykle jedną do jednej i pół w ielkości gw iazdow ych, co znaczy, że w m aximum b lask u cefeidy są 2 % do 4 razy jaśn iejsze, niż w minimum. A stro nomowie bow iem m ierzą jasn o ść gw iazd w t. z w. w ielkościach gw iazdow ych, które określam y w ten sposób, że gw iazda jest o jedną w ielkość gw iazdow ą jaśn iejsza od drugiej, gdy b lask jej jest 2 1 •> razy (do
kładniej 2.512 razy) w iększy od blasku tej drugiej gw iazdy. W ielkości gw iazdow e w zrastają, gdy jasn ość gw iazd się zm niej
sza, tak więc n ajjaśniejsze gw iazdy, w i
doczne gołem okiem, b ęd ą n ależały do 1-ej lub też m niejszej w ielk ości (wy
stępu ją tu nawet liczby ujemne), naj
słab sze zaś gwiazdy, widoczne bez n a
rzędzi, będą w ielkości 6-ej. K la sy fik a c ja ta rozciągn ięta jest rów nież n a gw iazdy telesko pow e; w w ielkich lunetach m o
żem y jeszcze d o strzegać gw iazdy do 17-ej w ielkości, zapom ocą zaś olbrzym iego 2%
m etrow ego reflek to ra osiągam y na k liszy fotograficznej gw iazdy 21-ej w ielkości.
W ielkości gw iazdow e oznaczam y literą m:
jeżeli teraz p rzez J x i J 2 oznaczym y jasn o
ści gw iazd o w ielkościach m1 i m2, to de
finicja w ielkości gw iazdow ej da się w yra
zić n astęp u jący m prostym wzorem ; (1) JiM i — 2.512 m» — czyl i (2) log — log J 2 = 0.4 (m2 — nij).
Ja sn o śc i gw iazd m ogą być m ierzone w sk ali w izualnej i fotograficznej; am plitudy cefeid w tej drugiej sk ali są w iększe, niż w skali pierw szej, dochodzić bow iem mo
gą do 2 m.4. Różnice m iędzy amplitudami zm ian b lask u w izualnem i i fotograficzne- mi m ają swe źródło w okresow ych zm ia
nach widma cefeid, o czem będzie jeszcze m ow a niżej.
C efeidy podzielić m ożem y na dwie ró ż
niące się dość wybitnie grupy. P ierw sza z nich obejm uje t. zw. krótkookresowe cefeidy z okresem , krótszym od jednego dnia. N azyw am y je często gw iazdam i typu R R L y rae od najjaśniejszej przed staw i
cielki tej grupy cefeid. O krasy tych gw iazd grupują się najgęściej wpobliżu w arto ści pół dnia, krzyw a b lask u (rys. 1) w ykazuje bardzo szybki w zrost b lask u i pow olny spadek , p o d czas zaś minimum b lask u gw iazdy te w ykazują przez dość znaczny ułam ek ok resu jasn ość praw ie niezmienną. Np. b lask gw iazdy zmiennej X Z Cygni, której o k res wynosi 0d 467, w zrasta od minimum do maxim um o 0 m.9 w ciągu 0 d .07, czyli niespełna dwóch go
dzin, n astępnie b lask ten się zm niejsza w ciągu 6 godzin, poczem przez 3 godziny gw iazda pozostaje w stałym najmniejszym blasku. Podobne w łaściw ości w ykazują inne gw iazdy krótkook resow e.
D rugą grupę stanow ią gw iazdy typu o C ephei długookresow e, z okresem dłuższym od jednego dnia. Ja k o górną granicę okre
su przyjm ujem y zazw yczaj dla tych gw iazd 45 dni, są jednak jeszcze gw iazdy z ok re
sam i dłuższem i od 45 dni (np. CG Sagitta- rii z okresem 64 dni), w ykazujące w ybit
nie cechy cefeid. O kresy długook reso
wych cefeid sk u p iają się n ajgęściej w p o-
Nr. 5 W S Z E C H Ś W I A T 133 bliżu w artości 5 d-5; typow ą przedstaw i
cielk ą tych gw iazd jest o Cephei, której krzyw a b lask u um ieszczona zo stała w górnej części rys. 2. O kres o Cephei wy-
Rys. 2. Krzywa blasku (u góry) i prędkości radjaln ej (u dołu) i Cephei.
nosi 5 d.366, b lask jej w zrasta od minimum do m axim um o 0 m.7 w ciągu l d.7, poczem w sposób ciągły m aleje w ciągu p o zosta
łej części okresu. O drazu widzimy, po- równywując krzyw e blask u o Cephei i XZ Cygni, wybitne różnice w przebiegu zmian jasności cefeid krótkookresow ych i długo
okresow ych. T ak i regularny przebieg zmian blask u z szybkim w zrostem i po- wolnem zm niejszeniem się jasn ości bez żadnych osobliw ości w krzywej, w ykazu
ją naogół w szystkie cefeidy z okresem , krótszym od 6 dni. G d y okres zmienności jest w iększy od 6 dni, zjaw ia się na gałęzi z stę p u ją c e j' (zm niejszania się blasku), wtórna fala, jak to w idać na w ykresie krzyw ej b lask u R S Orionis (rys. 3), p o sia
dającej okres, rów ny 7d .567. W tórne to maximum w raz ze w zrostem okresu zbli
ża się coraz bardziej do maximum głów
nego, w reszcie dla cefeid z okresem od 10 dni do 13 dni zanika zupełnie, krzyw a
zaś blasku przybiera sym etryczny kształt, zbliżony do sinusoidy. D la gw iazd z okre
sem większym, niż 14 dni, znów w ystępu
je asym etrja w kształcie krzyw ej blasku, przytem u wielu gw iazd z okresem w ięk
szym od 16 dni ponownie n atrafiam y na regularny k ształt krzyw ej b lask u o Cephei.
Zmiany w k ształcie krzyw ych blask u długookresow ych cefeid są bardzo zna
mienne, gdyż, jak to niżej będzie uw ydat
nione, z okresem jest jeszcze ściśle zw ią
zana w ielkość bezwzględna cefeid oraz ich budow a fizyczna.
D alsze niezmiernie ważne i ciekaw e fakty w dziedzinie zmienności cefeid na
potykam y, b ad ając ich widmo. Przede- w szystkiem , gdy przystąpim y do oblicza
nia prędkości radjalnych cefeid, oblicza
nych na podstaw ie t. zw. zasad y D opple
ra - F izeau z przesunięć prążków w w id
mach gwiazd, to zauważymy, że prędkość radjalna u w szystkich cefeid zmienia się w tym samym okresie, co i b lask tych gwiazd. Zmiany te zo stały odtw orzone graficznie na rys. 2 u dołu dla gw iazdy S Cephei. N a osi pionowej um ieszczono prędkości radjalne 8 Cephei w km /sek, przytem + oznacza, że gw iazda od nas się oddała, znak zaś — oznacza, że gw ia
zda się do nas przybliża. Z w ykresu wi
dzimy, że maximum prędkości zbliżania w ypada jednocześnie z najw iększym b la
skiem gw iazdy, zaś n ajszybsze oddalanie się zdarza się w chwili najm niejszego blasku gwiazdy. Analogiczny przebieg wy
kazują zmiany prędkości radjalnej innych cefeid.
O kresow e zmiany prędkości radjalnej obserw ujem y nietylko u cefeid; również wiele gw iazd o stałym blasku takie zm ia
ny w ykazuje. F ak t ten tłum aczym y bardzo prosto przypuszczeniem , że gwiazdy, wy
kazujące okresow e zmiany prędkości radjalnej, są gw iazdam i podwójnemi, po- łożonemi tak blisko siebie, że oddzielnie obu składników nie możemy dojrzeć w lu
necie. W skutek ruchu obu składników do
koła środka m asy gw iazdy te zbliżają się
ku nam lub też oddalają się od nas, przez
■iO -LO -10 0.0 *1.0 -10 *3.1) •H.O *50 fC.9
Rys. 3. Krzyw a blasku R S Orionis (E. Rybka 1926— 28). Okres = 7<J. 576
co pow stają przesun ięcia prążk ó w w ich widmach. N asuw a się tu przypuszczen ie, że cefeidy są rów nież gw iazdam i podw ój- nemi, których zm ienność jest tylko pozor
na, w ynika bow iem z zaćm iew an ia jednej gw iazdy przez drugą. U w ażne jednak po
rów nanie krzyw ych zm ienności b lask u i krzyw ych zm ian pręd k o ści radjalnych ce
feid w ykazuje, że zaćm ienia są tu w yklu
czone. G dyby bowiem zm iany b lask u b y
ły wyw ołane przez zaćm ienia, to najm niej
szy b lask zd arzałby się w chwili z a sła niania jednej gw iazdy p rzez drugą, a w ięc w chwili gdy obie gw iazdy p o ru szają się p rostopadle do prom ienia w idzenia i na zmiany prędk ości radjalnych nie w pływ a
ją. W momencie m axim um b lask u oraz w m om encie minimum p ręd k o ść radjaln a p o winna być zerow a, a w łaściw ie rów na tej prędkości, z jak ą jednostajnie c a ły układ poru sza się w stosunku do Sło ń ca. M axi- mum zaś oddalania się gw iazdy powinno w y p aść o % okresu przed minimum b la
sku. T ym czasem obserw ujem y, że to ma- ximum zd arza się aku rat w m om encie mi
nimum blasku, czyli że n ajsłab szy b lask danego u kładu podw ójnego w tedy w y pa
da, gdy jasn y składnik od nas się oddala,
a słab szy się zbliża. F ak t ten nie da się- w ytłum aczyć na podstaw ie hipotezy dwo
istości cefeid.
P o za tem obserw acje widm cefeid do
starczy ły jeszcze drugiego faktu, przem a
w iającego za tem, że cefeidy są gw iazda
mi pojedyńczem i, b lask ich zaś ulega zmianom w skutek zmian fizycznych w a
runków , pan ujących na gw ieździe. W y
k ryto bowiem, że nietylko położenie prążkó w w widmach cefeid ulega o k reso wym zmianom, lecz że w tym samym okre
sie zm ienia się rów nież charakter widma.
J a k wiadomo gw iazdy możemy podzielić na szereg typów widmowych, z których najw ażniej
sze, obejm ujące 99% gw iazd ze zbadanemi wid
mami, oznaczam y literami B, A, F , G, K, M. Po
dział ten uskuteczniony został na podstaw ie w ystę
pow ania prążków absorpcyjnych w widmach gwiazd, przytem z typem widmowym związana jest ściśle tem peratura powierzchniowa gwiazdy, wynosząca dla gwiazd k lasy B około 24.000° i. zm niejszająca się stopniowo, gdy przechodzić będziemy przez gw iazdy typu A , F , G, K do M. Dla gwiazd tego ostatniego typu tem peratura powierzchniowa wy
nosi tylko 3.600°. W celu dokładniejszej klasyfi
k acji, przedział między jednym typem i następ
nym podzielono na 10 k las według następującego schem atu: BO, B l, B2... B9, A0, A l...
C efeidy należą do k las widmowych A , F , G, przytem krótkookresow e p o siad ają w yższą tem
peraturę powierzchniową niż długookresowe. Zm ia
ny widma, zaobserwowane u w szystkich cefeid,
p o legają na tem, że w chwili maximum blask u
Nr. 5 W S Z E C H Ś W I A T 135 gwiazdy te p o siad ają widmo, odpow iadające znacz
nie wyższej temperaturze, niż ta, która wynika z widma, występującego w chwili minimum blasku.
Naogół widmo cefeid zmienia się od klasy G5 do F5, co odpowiada zmianom tem peratury p o
wierzchniowej od 5200° do 6900°. Je st to wartość średnia zmian widma, którą niektóre cefeidy znacznie przekraczają, np. o Cephei w minimum blasku posiada widmo klasy G6 (temp. = 5100°) w maximum zaś blasku widmo je st typu F 4 (temp.
— 7100°); u innych cefeid am plituda zmian w id
ma jest jeszcze znaczniejsza i wynosi np. u rj A ąu ilae G9 — F2 (4700°— 7400°), u RR Lyrae — F2 — B9 (7400°— 13000°) i t. d.
W ielkie te zm iany tem peratury dowo
dzą wymownie, że nie m ożem y zmian bla
sku przypisyw ać zaćmieniom, lecz że mu
szą w ew nątrz gw iazd działać jak ieś p o tężne siły, w yw ołujące oscylacje b lask u i tem peratury gwiazd. Zagadnienie zmian blask u cefeid nęciło wielu badaczy, któ
rzy usiłow ali tw orzyć różne teorję, w y
jaśn iające przebieg zm ienności tych gw iazd. P róby te jednak nie ostaw ały się zw ykle w obec faktów , dostarczanych przez obserw acje. D opiero w 1918 r. słyn
ny astronom angielski, E d d i n g t o n , ogłosił dobrze ugruntow aną m atem atycz
nie teorję, która zm ienność cefeid tłum a
czy przez p u lsacje, polegające na rozsze
rzaniu się i kurczeniu rozżarzonego globu gazow ego gw iazdy.
M yśl, że cefeidy są gwiazdami pojedyń- czemi, zmiany zaś ich b lask u są wynikiem działania w ewnętrznych sił, wywołujących pulsacje gwiazdy, w ypow iedziana była je
szcze przez A . R i t t e r a w 1879 r., a n a
stępnie podnoszona już w X X w ieku przez F. R. M o u l t o n a i H. S h a p l e y ‘a.
D opiero jednak E d d i n g t o n myśl tę rozwinął, d ając obszerną teorję, która uw ażana jest obecnie za najpow ażniejszą próbę w yjaśnienia zm ienności cefeid.
W edług now oczesnych poglądów gw iaz
dy uw ażam y za kule gazow e, znajdujące się w stanie rów now agi mechaniczne;, przytem tem peratu ra gazów , w ynosząca kilka lub k ilk an aście tysięcy stopni na pow ierzchni gw iazdy, osiąga w jej wnętrzu olbrzym ią w arto ść kilkudziesięciu miljo- nów stopni. Je ż e li w ybieram y jakąkolw iek sferyczną w arstw ę, leżącą wewnątrz gwiazdy, to ciężar gazów , nad nią położo
nych, zrów now ażony je st ciśnieniem ga
zów z wewnętrznej w arstw y oraz ciśnie
niem prom ieniowania, bardzo silnego w e
w nątrz gw iazd. Przypuśćm y teraz, że uda
ło się nam przy użyciu pew nych sił ze
wnętrznych ścisn ąć kulę gazow ą gw iazdy tak, że jej prom ień zm niejszył się np. o 10%. W ów czas ciśnienie graw itacyjne zw iększy się w każdym punkcie w e
w nątrz gwiazdy, pow iększy się rów nież tem peratura gw iazdy i prężność w e
wnętrznych w arstw gazow ych. Rachunek wykazuje, że prężność, w yw ołana ogrza
niem, zw iększy się bardziej, niż ciśnienie graw itacyjne, i gw iazda w skutek tego n a
bierze tendencji do rozszerzenia i pow ro
tu do daw nego stanu równowagi. Po osiąg
nięciu jednak tego stanu gw iazda rozsze
rzać się będzie n adal w skutek bezw ład
ności, dopóki wewnętrzna prężność gazów nie stanie się zbyt niska, aby w ytrzym ać ciężar w arstw zewnętrznych. W tedy gw iazda zacznie się kurczyć, pow odując znów w zrost tem peratury i prężności ga
zów wewnątrz, co z kolei wywołuje roz
szerzenie się gw iazdy i t. d. Zaburzenie więc, które w yw ołaliśm y przez ściśnięcie gwiazdy, stało się źródłem drgań, pow ta
rzających się regularnie. Z rozw ażań E d d i n g t o n a wynika, że okres (P) pul- sacyj powinien być odwrotnie proporcjo
nalny do pierw iastka kw adratow ego z gę
sto ści ( p ) gwiazdy, czyli, że powinna istnieć zależność:
P V p = const
T eorja pulsacyj w yjaśnia zmiany w prędk ości radjalnej cefeid, jako wynik ru
chu gazów na powierzchni gw iazdy w k ie
runku Ziemi i odwrotnie. Rów nież zm ia
ny widma cefeid znajdują zupełnie dobre w ytłum aczenie w teorji pulsacyj. G dy bo
wiem gw iazda się kurczy, tem peratura jej w nętrza w zrasta, osiągając maximum w chwili n ajw iększego skurczenia, przy roz
szerzaniu się zaś tem peratura wnętrza się obniża, o siągając minimum wtedy, gdy ob
jętość gw iazdy jest najw iększa. N atrafia
my tu jednak na tę sam ą trudność, którą n apotykaliśm y przy tłum aczeniu zmian b la
sku cefeid przez zaćm ienia. Poniew aż teo-
136 W S Z E C H S W I A T Nr. 5 rja pulsacyj wym aga, ab y minimum b lask u
w ypadło w chwili najniższej tem peratury, m axim um zaś — w chwili tem peratury najw yższej, w!ięc maxiimum ro zszerzan ia się powinno przypadać podczas zm n iejsza
nia się blasku, zaś n ajw iększa p ręd k o ść kurczenia podczas w zrastan ia blask u.
T ym czasem obserw acje w ykazują, że gw iazda najszybciej się ro zszerza w chw i
li maximum blasku, i n ajszybciej się k ur
czy w chwili minimum blasku, czyli, że zaobserw ow ana faza rozszerzan ia się i kurczenia przesun ięta jest o ]4 okresu w stosunku do teoretycznej. E d d i n g t o n i zwolennicy teorji pulsacyjnej cefeid sta rają się fakt ten w ytłum aczyć tem, że n aj
n iższa tem peratu ra osiąga sw e m axim um w chwili n ajw iększego sku rczen ia tylko we wnętrzu gw iazdy, w arstw y zaś z e wnętrzne, które nie biorą w ielkiego u dzia
łu w p rocesach kurczenia się i rozszerzania, o siągają m axim um tem peratu ry dopiero po upływ ie pew nego czasu, gdy już gw iaz
da się rozszerza, co też istotnie obserw u
jemy. Z analogicznych pow odów minimum tem peratury powierzchniowej, rów nocze
sne z minimum blasku, w ypada już po osiągnięciu maxim um objętości.
Ja k k o lw ie k nie m ożem y jeszcze u w a
żać, że teorja E d d i n g t o n a odtw arza nam należycie rzeczyw isty p rzebieg zmian fizycznych w ew nątrz cefeid, jedn akże sta nowi ona ogromny p o stęp na drodze te o retycznych prób w yjaśnienia zm ienności cefeid, gdyż na jej podstaw ie po raz pierw szy w yjaśnione zo stały w sposób prosty jednocześnie zm iany blask u, prędkości radjalnej oraz widma, czego nie m ogła bez sztucznych założeń w ytłum aczyć hipoteza podw ójności cefeid. P oza tem ta ostatn ia hipoteza w ym agała, aby m asy i objętości cefeid były nieznaczne w porów naniu ze Słońcem , co nie zgadzało się z ob serw a
cjami.
Je ż e li obliczym y w ielkości absolutne cefeid, które odnosim y zaw sze do odległo
ści 32.6 lat św iatła, sk ąd prom ień drogi Ziemi dokoła Słoń ca widoczny jest pod kątem 0 " .l, to ok aże się, że np. jasne ce- feidy 5-ej w ielkości, odległe od n as p rze
ciętnie o 800 lat św iatła, będą m iały w iel
k o ść absolutn ą rów ną — 2 m. Odniesiona do tej sam ej odległości w ielkość naszego S ło ń ca jest rów na -j- 5 m, a więc cefeidy 5-ej w ielk ości są o 7 m jaśn iejsze od Słoń ca, to jest w ysyłają 630 razy więcej św ia
tła, niż Słoń ce. Poniew aż zaś jasn ość bez
w zględna gw iazdy zależy od jej masy, więc cefeidy powinny również p o siadać w ielką m asę, znacznie w ięk szą od m asy Słoń ca. Jed n o cześn ie ch arakter widma cefeid w skazuje na to, że gęstość tych gw iazd jest w porów naniu z gęstością Sło ń ca bardzo m ała, sk ąd wynika, że obję
tości cefeid m uszą być ogromne. A więc cefeidy zaliczyć musimy do kategorji gw iazd olbrzymów, — a naw et do gałęzi tej kategorji, obejm ującej ,,nadolbrzym y“ o szczególnie w ielkiej objętości i w ielkiej jasn ości absolutnej. Stw ierdzenie faktu, że cefeidy są gw iazdam i olbrzymami za
dało cios śm iertelny teorji zaćm ieniow e;
cefeid, z orbit bowiem, obliczonych z pręd
k ości radjalnych wynikałoby, że słab sza gw iazda musi leżeć w ew nątrz jaśniejszej, co oczyw iście jest absurdem . Tym czasem teorja pulsacy jn a godzi się doskonale i ch arakterem cefeid, jako gw iazd olbrzy
mów.
P rzy taczam y obok tabliczkę, zaw iera
jącą n ajbard ziej charak terystyczn e dane dla kilku cefeid (według R u s s e l l a , A stron om y pg. 768, z nowszem i uzupeł
nieniami). K olum ny tej tabliczki zaw iera
ją kolejno: 1) nazw ę gw iazdy, 2) okres w dniach, 3) m axim um blasku, 4) mini
mum blasku, 5) widmo w maximum i mi
nimum J), 6) w ielkość absolutną, 7) p ro
m ień R w m iljonach km, 8) masę, 9) gę
sto ść p i 10) iloczyn P i p • Za jednostki m asy i gęsto ści przyjęto m asę i gęstośę Słoń ca.
J a k widzim y z niżej przytoczonej tabli
cy iloczyn P t p jest w przybliżeniu stały, niew ielki zaś w zrost tej w artości w za
leżności od w zrostu okresu został przew i
dziany przez E d d i n g t o n a .
D la C U rsae Minoris i ot Geminorum poda
no tylko średnie widmo.
Nr. 5 W S Z E C H Ś W I A T 137
Nazwa gwiazdy P Max. Min Wi
dmo Wielk
abs. R Masa G ę
stość p P ) 0 R R Lyrae . . . . d
0 57 m
7.2 m
8.0 B 9 - F 2 m
- 0 .4 4 4.6 0.022 0.09
S U Cassiopeiae . . 1.95 6.0 6.4 F 2 - F 9 — 1.2 9 6.3 0.003 0.10 o U rsae Min. . . 3.97 2 3 2.4 F7 — 1.8 15 8 5 0.0008 0.11 5 Cephei . . . . 5.37 3 6 4.3 F 4 —G6 —2.2 18 105 0.0006 0 13 7) A ąuilae . . . . 7.18 3.7 4.4 F2—G9 —2.6 24 13 0.0003 0.13
£ Geminorum . . 10 15 3.7 4.1 G l —3 2 30 18 0.0002 0.15 X Cygni . . . . 16.39 6.2 7.4 F 8 - K 0 —3.9 48 26 0.00008 0.15 Y Ophiuchi . . . 17 12 6 1 6.5 F8—G7 —4.0 50 28 0 00008 0.15 1 Carinae . . . . 35.52 3.6 4.8 F 8 - K 0 —5.1 80 50 0.00003 0.19
T eo rja pulsacyjna, op arta o dobrze ugruntow aną teorję budow y gw iazd — kul gazowych, zn alazła wielu zwolenników w śród astronom ów. S ła b ą jednak jej stro
n ą jest zupełna nieznajom ość przyczyny, k tó rab y w yw ołała drgania sw obodne gwiazdy, co nadaje hipotezie pulsacyj po
sm ak sztuczności. A poza tem nie jest dosta
tecznie w yjaśniony fakt, dlaczego najw ięk
sza prędk ość rozszerzania się przypada dokładnie w chwili m axim um blasku, rów nież nie jest dostatecznie wytłum aczona przez teorję asym etrja krzyw ej blasku, szczególnie zaś bardzo szybki w zrost bla
sku u krótkookresow ych cefeid i drugo
rzędne drgania na gałęzi zm niejszania się blasku, zaobserw ow ane u cefeid długo
okresow ych.
T e i inne jeszcze pow ody skłoniły J e a n s a do postaw ienia odmiennej hipo
tezy co do przyczyn zmienności cefeid.
J e a n s odrzuca założenie E d d i n g t o- n a, że gw iazda jest kulą i nie p o siad a ru
chu obrotow ego, zak ład ając, że cefeidy są obdarzone ruchem obrotowym i znaj
dują się w stadjum dzielenia się na dwie gw iazdy. T eo rja J e a n s a obejmuje nie- tylko cefeidy, lecz ponadto gwiazdy zmienne długookresow e, przew ażnie czer
w onaw e olbrzymy, których o k res zmien
ności wynosi od 50 dni do 2 lat. W edług J e a n s a ew olucja gw iazd zmiennych postępuje od gw iazd długookresow ych poprzez cefeidy aż do gw iazd podwójnych.
R ozpoczyn a się ten p ro ces wtedy, gdy o b racająca się gw iazda przybierze kształt elipsoidy trójosiow ej. S tan ten gwiazdy,
nie posiad ającej zbyt silnego centralnego zgęszczenia, jest nietrw ały, w gwieździe w ytw arzają się oscylacje, które z biegiem czasu deform ują gw iazdę do tego stopnia, że przybiera ona kształt gruszkow y. O scy
lacje m ogą m ieć ch arak ter pulsacyj, wy
w ołują więc zmiany tem peratury i typi:
widmowego. P u lsacje jednak nie są jedy
ną przyczyną zmian blasku, gdyż blask gw iazdy zm ienia się rów nież w skutek ru
chu obrotow ego gruszkow atej bryły, zw ra
cającej ku nam części sw ej powierzchni różnej w ielkości.
O kresy oscylacji m aterji i ruchu obroto
wego są początkow o niejednakow e i nie
w spółm ierne, i dlatego w przebiegu zmian b lask u czerwonych gw iazd długookreso
wych po w stają znane z obserw acyj niere- gularności. Stopniow o jednak gw iazda za
czyna się dzielić na dw a składniki, oba okresy, oscylacji i obrotu, stają się jedna
kow e i pow staje w ten sposób regularna długookresow a cefeida, której ok res zmienności rów na się okresow i obrotu. W dalszym swym rozw oju jądro gw iazdy roz
p ad a się ostatecznie i pow staje gw iazda podwójna.
T ak b y się przed staw iała w ogólnych zarysach teorja J e a n s a. Z asługą jej jest ujęcie w jednym schem acie wszystkich gw iazd zmiennych regularnych i półregu- larnych, począw szy od długookresow ych gw iazd czerwonych aż do białych zaćm ie
niowych. Ew olucja gw iazd zmiennych, w skazan a przez J e a n s a, doskon ale się zgadza z teorją ew olucji gwiazd olbrzy
mów, uwydatnioną w słynnym w ykresie
138 W S Z E C H Ś W I A T R u ssella. J e s t to jednak teo rja niedość
gruntownie jeszcze spraw dzona, w ięc też nie przyjęła się u ogółu astronom ów , ja k kolw iek na gruntowne zbadanie ze w szech- m iar zasługuje.
Odmienne poglądy na m echanizm zm ien
ności cefeid w yw ołały bardzo żyw ą i c ie
k aw ą dyskusję m iędzy E d d i n g t o- n e m i J e a n s e m . E d d i n g t o n w y
sunął bardzo pow ażny zarzut przeciw ko twierdzeniu J e a n s a, że o k res zm ienno
ści cefeid rów na się ich okresow i obrotu.
Z powodu bow iem olbrzym ich rozm iarów cefeid, których prom ienie, jak w idać z przytoczonej tablicy, już przy 7-dniowym ok resie p rzek rac zają 20 miljonów km m u
sz ą różne c zęści zw róconej ku nam p o w ierzchni p o ru szać się z niejednakow ą ogrom ną p ręd k o ścią radjaln ą. Np. jeden b rzeg tarczy gw iazdy będzie się ku nam szyb ko zbliżał, drugi zaś z tą sam ą p rę d k o ścią będzie się oddalał, co powinno zn a
le źć odbicie w widmie gw iazdy w postaci silnego rozszerzen ia prążków . T ego jed nak nie zaobserw ow ano, przeciw nie p rą ż ki w widm ach cefeid są bardzo ostre.
J e a n s , od pierając ten zarzut, twierdzi, że gw iazda nie ob raca się jako ciało sztywne, lecz że ruch obrotow y w środku jest znacznie szybszy, niż na pow ierzchni.
O kres zm ienności b lask u rów ny jest o k re
sow i obrotu jądra gw iazdy, obserw ow ana zaś przez n as pow ierzchnia, o b rac ająca się znacznie wolniej, niż jądro, nie w pływ a w sposób dostrzegalny .na rozszerzan ie się prążków w widmie.
Trudno obecnie jest orzec, k tó ra z obu opisanych teoryj bliższa jest rzeczyw isto
ści; obie z nich m ają zalety i wady, stw ier
dzić jednak należy, że dzięki pracom E d d i n g t o n a i J e a n s a w iadom ości n asze o cefeidach bardzo się pogłębiły.
N iezw ykłe bowiem w łaściw ości tych gw iazd spraw iają, że b ad an ia ich odgry
w ają niezm iernie doniosłą rolę w p o zn a
w aniu rozm iarów w szechśw iata. S ą to b o wiem źródła znanej siły św ietlnej, ,,fun da
m entalne św ie ce " nieba, jak je obrazow o o k reśla E d d i n g t o n . W ynika to ze zw iązku, jaki zachodzi m iędzy absolutnym
blaskiem cefeid a ich okresem . J a k w idać z przytoczonej wyżej tablicy, w raz ze w zrostem ok resu w zrasta rów nież ab so lutna jasność, która dla R R L y rae wynosi
— 0 m .4, zaś dla 1 C arin ae jest już równa
— 5 m .l, czyli że w zrasta 76 razy przy powiększeniu się okresu z 0d 57 na 35d.52.
W ielkie odległości, w jakich położone są cefeidy n aszego układu gw iazdow ego, nie po zw alają na ustalen ie zw iązku m ię
dzy w ielkością absolutn ą i okresem na podstaw ie jedynie obserw acyj tych od
dzielnie rozrzuconych na niebie gw iazd.
N ależało b y zn aleźć grupę cefeid z różne- mi ok resam i tak położoną, abyśm y mogli w szystkie te gw iazdy uw ażać za rów no
odległe od nas. W tedy zależn ość wielkości pozornych od okresu będzie tak a sam a, jak zależn ość wielkości bezwzględnych od okresu.
B o gate niebo gwiazdowe dało nam m oż
n ość uskuteczn ien ia tak iej kalibracji, w jednem bow iem z oddalonych ugrupow ań gw iazd, w M ałym O błoku M agellana, M i s s L e a v i t t odkryła w 1912 r. b a r
dzo dużo gw iazd zmiennych, szczególnie z aś cefeid, z okresam i od 15 godzin do 100 dni. D la przeszło 100 gw iazd w yzna
czono krzyw e blasku, m ierząc ich pozor
ną w ielkość fotograficzną, porów nanie zaś cefeid o różnych ok resach w y kazało zu
pełnie wyraźnie, że im dłuższy jest okres cefeidy, tem gw iazda jest jaśn iejsza. W y
niki M i s s L e a v i t t uwidocznia nam ry
sunek 4, gdzie na osi poziom ej odłożono logarytm okresu, zaś n a pionowej (z le
wej strony) — średnie zaobserw ow ane w ielkości fotograficzne. Poniew aż rozm ia
ry M ałego O błoku M agellan a m ogą być pom inięte w porów naniu z odległością O błoku od n as, więc znaleziona zależność w yraża jednocześnie zw iązek między w ielkością absolutną i okresem . N ależy tylko obserw ow ane przez nas w ielkości odnieść do odległości 32.6 lat św iatła.
S h a p 1 e y obliczył z ruchów w łasnych średnie absolutn e w ielkości jaśniejszych cefeid n aszego układu, przez co, przyjm u
jąc, że zależność, w yrażona na rys. 4, za
chodzi dla w szystkich cefeid we wszech-
Nr. 5 W S Z E C H Ś W I A T 139 św iecie, uzyskano w ielkości absolutne ce
feid z M ałego O błoku M agellana. W iel
k ości te zo stały um ieszczone na osi piono
wej z praw ej strony rys. 4, Z w ykresu tego widzimy, że różnica m iędzy zaobserw ow a-
. . . . i
/ /
•
- 0 . 5 0 .0 + 0 . 5 1.0 1.5 2.0 2.5