Žvaigždžių yra įvairaus dydžio ir masės. Jos skirstomos į spektrines klases – O žvaigždės yra masyviausios ir didžiausios, po to rikiuojasi B klasės žvaigždės, tada - A, F, G, K ir M, kai pastarosios yra mažiausios.
Mūsų Saulė yra G klasės žvaigždė.
Saulė
Kai Niutonas XVII amžiuje suprato, jog kūnai vienas kitą traukia proporcingai jų masei, staiga atsirado galimybė apskaičiuoti tų kūnų mases pagal tai, kaip jie juda. Dar šimtmečiu anksčiau Kepleris pastebėjo, kad planetų orbitoms galioja specifinis sąryšis.
Niutono atrasti mechanikos dėsniai Keplerio dėsnius iš pastebėjimų pavertė fizikiniais sąryšiais, leidžiančiais apskaičiuoti įvairius svarbius dydžius, tarp jų ir Saulės masę.
Tačiau išliko viena didelė problema: norint nustatyti Saulės masę, reikia žinoti ir aplink ją besisukančios planetos metų trukmę, ir planetos atstumą nuo Saulės. Metų trukmė – reikalas nesudėtingas, o štai atstumą išmatuoti yra problematiška.
Vienas būdas yra pasinaudoti paralaksu. Paralaksas – tai reiškinys, kai iš skirtingų vietų žiūrėdami į tą patį trimatį vaizdą, matome jį šiek tiek kitokį. Pavyzdžiui, stovint skirtingose vietose gatvėje, arti esantys medžiai pridengia skirtingas toliau esančių namų dalis. Tas pats galioja ir planetoms.
1672 metais šį metodą panaudojo Giovanni Cassini, su kolegomis stebėjęs Marsą iš skirtingų Žemės vietų. Nustatęs, kiek skiriasi Marso padėtis tolimų žvaigždžių atžvilgiu, jis įvertino ir atstumą tarp jo ir Žemės. Tada, remdamasis Keplerio dėsniais, kurie davė Marso ir Žemės orbitų spindulių santykį, galėjo apskaičiuoti ir atstumą iki Saulės. Gautas rezultatas tik 7 proc. viršijo dabar žinomą vertę – beveik 150 milijonų kilometrų.
Kita gera proga patikslinti matavimus pasitaikė 1769 metais, kai Žemėje buvo matomas Veneros tranzitas – planeta praslinko prieš Saulės diską. Dėl paralakso skirtingose Žemės vietose Venera buvo matoma prieš skirtingas Saulės disko dalis. Panašiai kaip Marso atveju, naudojantis tais pačiais Keplerio ir Niutono dėsniais, buvo nustatyta, kad Veneros orbitos didysis pusašis, arba spindulys, yra maždaug 72 proc. Žemės orbitos spindulio.
Išmatavę paralaksą astronomai galėjo apskaičiuoti ir tikrąjį atstumą tarp Žemės ir Veneros, o tada ir tarp Žemės ir Saulės. Skaičiavimai – tiksliau, duomenų iš skirtingų observatorijų ir stebėjimų ekspedicijų surinkimas – užtruko, taigi rezultatai gautas tik 1771 metais. Ir jis buvo gana tikslus, vos 2 proc. didesnis, nei tikroji vertė.
Žinodami atstumą iki Saulės ir metų trukmę, galima buvo apskaičiuoti ir Saulės masę.
Dvinarės žvaigždės
Išmatuoti kitų žvaigždžių mases – gerokai sudėtingesnė užduotis. Nors dauguma žvaigždžių greičiausiai turi bent po vieną planetą, jų tiesiogiai pamatyti negalime, taigi ir išmatuoti metų trukmės bei atstumo tiesiogiai neturime galimybės. Bet visgi yra būdų, kurie leidžia nustatyti žvaigždžių mases. Kai kurie yra gana tiesioginiai, kiti remiasi supratimu apie žvaigždėse vykstančius procesus.
Paprasčiausia apskaičiuoti dvinarės žvaigždės komponenčių masę. Dvinarėje sistemoje žvaigždės sukasi aplink bendrą masės centrą. Atstumai nuo kiekvienos žvaigždės iki masės centro yra atvirkščiai proporcingi žvaigždžių masėms. Analogiškai žvaigždžių judėjimo greičiai yra atvirkščiai proporcingi masėms – mažesnės masės žvaigždė juda greičiau, nei masyvesnė kompanionė. Taigi atstumų, arba greičių, santykis duoda mums žvaigždžių masių santykį. Naudodamiesi truputį pakeistu, pritaikytu tokiai situacijai, Keplerio dėsniu, galime apskaičiuoti masių sumą. Žinodami sumą ir santykį, nesunkiai apskaičiuosime ir atskirų žvaigždžių mases.
Šis metodas turi vieną didelį trūkumą: žvaigždžių masių sumai apskaičiuoti reikia žinoti tikslius jų judėjimo greičius. Bet išmatuoti dažniausiai galime tik radialines jų greičių komponentes, t. y. tas, kurios nukreiptos mūsų link arba tolyn nuo mūsų. Tai mums duoda tik tikrųjų greičių apatines ribas – t. y. greičiai yra didesni, nei išmatuotieji, bet nežinome, kiek didesni. Mases irgi nustatome tik minimalias. Maža to, šis netikslumas yra labai reikšmingas.
Laimei, yra pora būdų, kaip galima problemos išvengti. Jei dvinarė sistema į mus pasisukusi šonu, praktiškai visas judėjimo greitis yra radialinis, taigi išmatuotas greitis yra lygus tikrajam. Kaip žinoti, kad sistema atsisukusi šonu? Tokioje sistemoje žvaigždės periodiškai užtemdo viena kitą. Kitas būdas – jei dvinarė žvaigždė yra pakankamai arti mūsų, galime matyti jos narių judėjimą dangaus skliaute ir iš to apskaičiuoti, kokiu greičiu žvaigždės juda kryptimi, statmena radialinei. Žinodami abi judėjimo greičio komponentes, apskaičiuojame bendrą greitį, o tada – ir tikslią masę.
Dvinarės sistemos yra vienintelis būdas tiksliai apskaičiuoti žvaigždžių mases. Visi kiti būdai yra gerokai mažiau tikslūs arba remiasi žiniomis, gautomis tyrinėjant dvinares. Didžioji dalis masyvesnių už Saulę žvaigždžių randamos dvinarėse sistemose, taigi jų mases nustatyti galime gana gerai. Mažesnėms žvaigždėms kyla problemų, nes dauguma jų yra vienišos.
Žvaigždės yra turbūt geriausiai suprasti astronominiai objektai. Jos didžiąja dalimi yra izoliuotos nuo aplinkos, o jose vykstantys procesai priklauso pagrinde tik nuo keleto parametrų – masės, amžiaus bei cheminės sudėties. Tačiau nustatyti šiuos parametrus ne taip lengva, kaip norėtųsi. Net ir masė sukelia daug bėdų. Bet, kaip ir kitose astronomijos srityse, įvairūs metodai – ir tiesioginiai, ir „per aplinkui“ – leidžia tas bėdas įveikti.