Газопылевые комплексы. Межзвездная среда

Распределение ионизованного водорода в галактической межзвездной среде, которая видна из северного полушария Земли.

На межзвездный газ, при кажущейся пустоте незаполненного пространства Вселенной, приходится почти 99% от совокупной массы всех космических объектов.

Вселенские просторы, в которых светила занимают ничтожно малую часть, далеко не так пустынны, как считалось долгое время. Хотя и в небольших количествах, но везде присутствует межзвездный газ, наполняя собой все уголки мирозданья. В его концентрация снижена, в иррегулярных, наоборот, повышена. Он смешан с межзвездной пылью и активно участвует в процессах образования новых звезд, которые в конце своего возвращают Вселенной этот строительный материал. Таким образом происходит своеобразный обмен веществом между светилами и межзвездным газом. Цикличность этих процессов постепенно приводит к уменьшению его количества в космосе, при увеличении объемов содержания тяжелых элементов в его структуре. Но для существенных изменений в этой области требуются миллиарды лет. По приблизительным оценкам, ежегодное количество газа, задействованное в Галактике при формировании звезд, равняется 5 солнечным массам.

Состав, структура и протекающие процессы

Объект Хербига-Аро 110 выбрасывает газ в межзвездное пространство

Плотные и холодные формы межзвездного газа, содержащие водород, гелий и минимальные объемы тяжелых элементов (железо, алюминий, никель, титан, кальций), находятся в молекулярном состоянии, соединяясь в обширные облачные поля. Если же в составе вещества доминируют ионизированные или нейтральные атомы водорода, оно участвует в образовании светящихся , окружающих горячие звезды. Температурные характеристики межзвездного молекулярного газа лежат в диапазоне от -269 до -167°С, а его излучение охватывает довольно широкий спектр, включающий и жесткие гамма-лучи, и длинные радиоволны. Средняя плотность имеет ничтожный показатель – на 1 см куб. приходится менее одного атома вещества. Но есть и исключения, в тысячи раз превосходящие эти параметры. Обычно в составе межзвездного газа элементы распределены следующим образом: водород – 89%, гелий – 9%, углерод, кислород, азот – ок. 0,2-0,3%.

Газопылевое облако IRAS 20324+4057 из межзвездного газа и пыли длиной в 1 световой год, похожее на головастика, в котором скрывается растущая звезда.

В обширных областях разряженного и горячего газа температура среды достигает 1,5 млн. градусов Цельсия, сопровождаясь рентгеновским излучением. Такие газовые объекты участвуют в формировании звезд-гигантов, провоцируют взрывы сверхновых, радикально влияют на межзвездную среду, заставляя ее расширяться. Планетарные или эмиссионные туманности из межзвездного газа светятся благодаря находящемуся в их центре или рядом с ним ядру стареющей звезды или горячим молодым светилам.

В результате исследований ученые обнаружили факт хаотичности скоростей в движении подобных образований. Облака межзвездного газа могут не только упорядоченно вращаться вокруг галактических центров, но и обладать нестабильным ускорением. В течение нескольких десятков миллионов лет они догоняют друг друга и сталкиваются, образуя комплексы из пыли и газа. Такие объекты имеют достаточную плотность, чтобы защитить свои глубины от проникающего космического излучения. Этим объясняются более низкие температуры внутри газопылевых комплексов по сравнению с межзвездными облаками. Гравитационная неустойчивость объектов постоянно влияет на процесс молекулярных преобразований в их составе и со временем приводит к формированию протозвезд.

Расположение в нашей Галактике

Максимальная концентрация межзвездного газа в нашей Галактике наблюдается в районах, удаленных от ее центральной части на 5 кпк. Его процентное содержание в общем объеме ее массы равняется 2. Толщина слоя максимальна на периферии, уменьшаясь к центру. Около половины массы межзвездного газа приходится на огромные молекулярные облака, находящиеся на расстоянии 4-8 кпк от галактической оси. Самые плотные образования составляют туманности, которые наиболее заметны и доступны для исследований. Размеры облаков из межзвездного газа могут достигать значений около 2 тыс. световых лет.

Наблюдение и его методы

Вояджер-1 — первый искусственный объект достигший межзвездной среды

Межзвездный газ, обладая высокой разреженностью и широким температурным диапазоном, изучается с помощью нескольких способов. Особый интерес в этом плане представляют светлые газовые и газопылевые туманности, так как их визуальные характеристики значительно упрощают процесс оптических наблюдений. В число методов, позволяющих получить разнообразную информацию о состоянии и структуре межзвездного газа, входят исследования:

• непрерывного радиоизлучения;
• межзвездных оптических и УФ линий;
• пространственного распределения молекул;
• рентгеновского, ИК и гамма излучений;
• параметров межзвездного ветра;
• пульсаров.

Комплексный подход к изучению межзвездного газа позволил определить многие его свойства и параметры. К объектам, дающим оптимальную возможность наблюдать МГ на нашем небосводе, относится Ориона, где находится эмиссионная М42.

• Галактический газовый диск изогнут на периферии.
• Основной объем межзвездного газа сосредоточен в спиральных рукавах, один из коридоров которых расположен рядом с Солнечной системой.
• В разреженном МГ, подвергаемом действию космических излучений, обнаружена зависимость показателей температуры, давления и объема электронов от плотности концентрации водорода.
• К самым мощным факторам, влияющим на структурные процессы в межзвездной газовой среде, относятся спиральные ударные волны.
• Энергия вспышки сверхновой способна пробить пространство галактического диска, вызвав тем самым отток МГ в свободное пространство Вселенной.
• В теории молекулярные газовые облака за период в чуть более 100 лет должны превращаться в звезды. Но на практике существует множество факторов, замедляющих этот процесс.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ЛИЦЕЙ №11 ГОРОДА ЧЕЛЯБИНСКА

Реферат

н а тему :

«Газопылевые комплексы . Межзвездная среда »

Выполнила:

Ученица 11э класса

Киселёва Полина Олеговна

Проверила:

Лыкасова Алевтина Павловна

Челябинск 2015

О ГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. История исследований МЗС

2. Основные составляющие МЗС

2.1 Межзвёздный газ

2.2 Межзвёздная пыль

2.3 Межзвёздное облако

2.4 Космические лучи

2.5 Межзвёздное магнитное поле

3. Физические особенности МЗС

4. Туманности

4.1 Диффузная (светлая) туманность

4.2 Тёмная туманность

5. Излучение

6. Эволюция межзвёздной среды

Заключение

Список источников

ВВЕДЕНИЕ

Вселенная, по своей сути, почти пустое пространство. Лишь сравнительно недавно удалось доказать, что звезды существуют не в абсолютной пустоте и что космическое пространство не вполне прозрачно. Звёзды занимают лишь малую часть огромной Вселенной. Вещество и поля, заполняющие межзвездное пространство внутри галактик, называют межзвёздной средой (МЗС). Природа межзвёздной среды столетиями привлекала внимание астрономов и учёных. Термин «межзвёздная среда» впервые был использован Ф.Бэконом в 1626г.

1. ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ МЗС

Еще в середине 19 в. российский астроном В.Струве пытался научными методами найти непреложные свидетельства того, что пространство не пустое, и в нем происходит поглощение света далеких звезд, но безуспешно. межзвёздный среда облако газ

Позже немецкий астрофизик Ф.Гартман проводил исследование спектра Дельты Ориона и изучал движение по орбите компаньонов системы Дельты Ориона и свет, приходящий от звезды. Поняв, что некоторая часть света поглощается на пути к Земле, Гартман писал, что «линия поглощения кальция очень слаба», а также, что «некоторым сюрпризом оказалось то, что линии кальция на длине волны 393,4 нанометров не движутся в периодическом расхождении линий спектра, которое присутствует в спектроскопически-двойных звёздах». Стационарная природа этих линий позволила Гартману предположить, что газ, ответственный за поглощение, не присутствует в атмосфере Дельты Ориона, но, напротив, находится вне звезды и расположен между звездой и наблюдателем. Это исследование и стало началом изучения межзвездной среды.

Интенсивные исследования межзвёздной материи позволили У. Пикерингу в 1912 году заявить, что «межзвёздная поглощающая среда, которая как показал Каптейн , поглощает только на некоторых волнах, может свидетельствовать о наличии газа и газообразных молекул, которые исторгаются Солнцем и звёздами».

В том же 1912-м году В. Гесс открыл космические лучи, энергичные заряженные частицы, которые бомбардируют Землю из космоса. Это позволило заявить некоторым исследователям, что они также наполняют собой межзвёздную среду.

После исследований Гартмана, в 1919 году, Эгер во время изучения линий поглощения на волнах 589,0 и 589,6 нанометров в системах Дельты Ориона и Беты Скорпиона обнаружил в межзвёздной среде натрий.

Наличие поглощающей разреженной среды было убедительно показано менее ста лет назад, в первой половине 20 в., путем сравнения наблюдаемых свойств далеких звездных скоплений на различных расстояниях от нас. Это было сделано независимо американским астрономом Робертом Трюмплером (1896-1956) и советским астрономом Б.А. Воронцовым-Вельяминовым (1904-1994). Вернее, так была обнаружена одна из составляющих межзвездной среды - мелкая пыль, из-за которой межзвездная среда оказывается не вполне прозрачной, особенно в направлениях, близких к направлению на Млечный Путь. Присутствие пыли означало, что и видимая яркость, и наблюдаемый цвет далеких звезд искажены, и чтобы узнать их истинные значения, нужен довольно сложный учет поглощения. Пыль, таким образом, была воспринята астрономами как досадная помеха, мешающая исследованию далеких объектов. Но одновременно возник интерес и к изучению пыли как физической среды - ученые стали выяснять, как пылинки возникают и разрушаются, как реагирует пыль на излучение, какую роль играет пыль в образовании звезд.

С развитием радиоастрономии во второй половине 20 в. появилась возможность исследовать межзвездную среду по ее радиоизлучению. В результате целенаправленных поисков было обнаружено излучение атомов нейтрального водорода в межзвездном пространстве на частоте 1420 МГц (что соответствует длине волны 21 см). Излучение на этой частоте (или, как говорят, в радиолинии) предсказал голландский астроном Хендрик ван де Хюлст в 1944 на основании квантовой механики, а обнаружено оно было в 1951 г. после расчета ее ожидаемой интенсивности советским астрофизиком И.С.Шкловским . Шкловский же указал и на возможность наблюдения излучения различных молекул в радиодиапазоне, которое, действительно, было позднее обнаружено. Масса межзвездного газа, состоящего из нейтральных атомов и очень холодного молекулярного газа, оказалось примерно в сто раз большей, чем масса разреженной пыли. Но газ совершенно прозрачен для видимого света, поэтому его нельзя было обнаружить теми же методами, какими была открыта пыль.

С появлением рентгеновских телескопов, устанавливаемых на космических обсерваториях, был обнаружен еще один, наиболее горячий компонент межзвездной среды - очень разреженный газ с температурой в миллионы и десятки миллионов градусов. Ни по оптическим наблюдениям, ни по наблюдениям в радиолиниях этот газ «увидеть» невозможно - среда слишком разрежена и полностью ионизована, но, тем не менее, он заполняет существенную долю объема всей нашей Галактики.

Быстрое развитие астрофизики, изучающей взаимодействие вещества и излучения в космическом пространстве, как и появление новых возможностей наблюдений, позволило детально исследовать физические процессы в межзвездной среде. Возникли целые научные направления - космическая газодинамика и космическая электродинамика , изучающие свойства разреженных космических сред. Астрономы научились определять расстояния до газовых облаков, измерять температуру, плотность и давление газа, его химический состав, оценивать скорости движения вещества. Во второй половине 20 в. выявилась сложная картина пространственного распределения межзвездной среды и ее взаимодействия со звездами. Оказалось, что от плотности и количества межзвездного газа и пыли зависит возможность зарождения звезд, а звезды (прежде всего, наиболее массивные из них), в свою очередь, меняют свойства окружающей межзвездной среды - нагревают ее, поддерживают непрестанное движение газа, пополняют среду своим веществом, меняют ее химический состав.

2. ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ МЗС

Межзвёздная среда включает в себя межзвёздный газ, пыль (1 % от массы газа), межзвёздные магнитные поля, межзвёздное облако, космические лучи, а также тёмную материю. Химический состав межзвёздной среды -- продукт первичного нуклеосинтеза и ядерного синтеза в звёздах.

2 .1 Межзвёздный газ

Межзвёздный газ - это разрежнная газовая среда, заполняющая всё пространство между звёздами. Межзвёздный газ прозрачен. Полная масса межзвёздного газа в Галактике превышает 10 миллиардов масс Солнца или несколько процентов суммарной массы всех звёзд нашей Галактики. Средняя концентрация атомов межзвёздного газа составляет менее 1 атома в смі. Плотность газа в среднем составляет около 10?21 кг/мі. Химический состав примерно такой же, как и у большинства звёзд: он состоит из водорода и гелия с небольшой примесью более тяжёлых элементов. В зависимости от температуры и плотности межзвёздный газ пребывает в молекулярном, атомарном или ионизованном состояниях. Ультрафиолетовые лучи, в отличие от лучей видимого света, поглощаются газом и отдают ему свою энергию. Благодаря этому горячие звёзды своим ультрафиолетовым излучением нагревают окружающий газ до температуры примерно 10 000 К. Нагретый газ начинает сам излучать свет, и мы наблюдаем его как светлую газовую туманность. Более холодный, «невидимый» газ наблюдают радиоастрономическими методами. Атомы водорода в разрежённой среде излучают радиоволны на длине волны около 21 см. Поэтому от областей межзвёздного газа непрерывно распространяются потоки радиоволн. Принимая и анализируя это излучение, учёные узнают о плотности, температуре и движении межзвёздного газа в космическом пространстве.

2 .2 Межзвёздная пыль

Межзвёздная пыль -- твёрдые микроскопические частицы, наряду с межзвёздным газом заполняющие пространство между звёзд. В настоящее время считается что пылинки имеют тугоплавкое ядро, окруженное органическим веществом или ледяной оболочкой. Химический состав ядра определяется тем, в атмосфере каких звёзд они сконденсировались. Например в случае углеродных звёзд, они будут состоять из графита и карбида кремния.

Типичный размер частиц межзвездной пыли от 0,01 до 0,2 мкм, полная масса пыли составляет порядка 1 % от полной массы газа. Свет звёзд нагревает межзвёздную пыль до нескольких десятков K, благодаря чему межзвёздная пыль является источником длинноволнового инфракрасного излучения.

Пыль также влияет на химические процессы, проходящие в межзвездной среде: пылевые гранулы содержат тяжелые элементы, которые используются как катализатор в различных химических процессах. Гранулы пыли участвуют и в образовании молекул водорода, что увеличивает темп звездообразования в металло-бедных облаках

2 .3 Межзвёздное облако

Межзвёздное облако -- общее название для скоплений газа, плазмы и пыли в нашей и других галактиках. Иными словами, межзвёздное облако имеет более высокую плотность, чем средняя плотность межзвёздной среды. В зависимости от плотности, размера и температуры данного облака, водород в нем может быть нейтральным, ионизированным (то есть в виде плазмы) или молекулярным. Нейтральные и ионизованные облака иногда называют диффузными облаками, в то время как молекулярные облака называют плотными облаками.

Анализ состава межзвёздных облаков осуществляется путём изучения их электромагнитного излучения с помощью больших радиотелескопов. Исследуя спектр излучения межзвёздного облака и сопоставляя его со спектром конкретных химических элементов, можно определить химический состав облака.

Обычно около 70 % массы межзвёздного облака составляет водород, оставшаяся часть приходится в основном на гелий. В облаках также присутствуют следы тяжёлых элементов: металлов, таких как кальций, нейтральный или в форме катионов Ca+ (90 %) и Ca++ (9 %), и неорганические соединения, такие как вода, оксид углерода, сероводород, аммиак и цианистый водород.

2 .4 Космические лучи

Космимческие лучим -- элементарные частицы и ядра атомов, движущиеся с высокими энергиями в космическом пространстве. Их основным (но не единственным) источником служат взрывы сверхновых звезд.

Первичными принято называть внегалактические и галактические лучи. Вторичными принято называть потоки частиц, проходящие и трансформирующиеся в атмосфере Земли.

Космические лучи являются составляющей естественной радиации (фоновой радиации) на поверхности Земли и в атмосфере.

Химический спектр космических лучей в пересчете энергии на нуклон более чем на 94 % состоит из протонов, ещё на 4 % -- из ядер гелия (альфа-частиц). Есть также ядра других элементов, но их доля значительно меньше.

По количеству частиц космические лучи на 90 процентов состоят из протонов, на 7 процентов -- из ядер гелия, около 1 процента составляют более тяжелые элементы, и около 1 процента приходится на электроны.

2 .5 Межзвёздное магнитное поле

Частицы движутся в слабом магнитном поле межзвездного пространства, индукция которого примерно в сто тысяч раз меньше, чем у магнитного поля Земли. Межзвездное магнитное поле, действуя на заряженные частицы с силой, зависящей от их энергии, «запутывает» траектории частиц, и они непрерывно меняют направление своего движения в Галактике. Заряженные частицы, летящие в межзвездном магнитном поле, отклоняются от прямых траекторий под действием силы Лоренца. Их траектории словно «наматываются» на линии магнитной индукции.

3. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МЗС

· Отсутствие локального термодинамического равновесия (ЛТР) - с остояния системы, при котором остаются неизменными по времени макроскопические величины этой системы (температура, давление, объём, энтропия) в условиях изолированности от окружающей среды.

· Тепловая неустойчивость

Условие теплового равновесия может вовсе не выполняться. Существует магнитное поле, которое препятствует сжатию, если только оно не происходит вдоль линий поля. Во-вторых, межзвёздная среда находится в непрерывном движении и её локальные свойства непрерывно меняются, в ней появляются новые источники энергии и исчезают старые. В-третьих, кроме термодинамической неустойчивости существуют гравитационная и магнитогидродинамическая. И это без учёта всякого рода катаклизмов в виде вспышек сверхновых, приливных влияний, проходящих по соседству галактик, или прохождения самого газа через спиральные ветви Галактики.

· Запрещенные линии и линия 21 см

Отличительной особенностью оптически тонкой среды является излучение в запрещённых линиях . Запрещёнными называют линии, которые запрещены правилами отбора, то есть происходят с метастабильных уровней (квазиустойчивого равновесия). Характерное время жизни электрона на этом уровне -- от с до нескольких суток. При высоких концентрациях частиц их столкновение снимает возбуждение и линии не наблюдаются из-за крайней слабости. При и малых плотностях интенсивность линии не зависит от вероятности перехода, поскольку малая вероятность компенсируется большим числом атомов находящихся в метастабильном состоянии. Если ЛТР нет, то заселённость энергетических уровней следует рассчитывать из баланса элементарных процессов возбуждения и деактивации.

Важнейшей запрещённой линией МЗС является радиолиния атомарного водорода 21 см . Эта линия возникает при переходе между подуровнями сверхтонкой структуры уровня водорода, связанными с наличием спина у электрона и протона. Вероятность этого перехода (То есть 1 раз в 11 млн лет).

Исследования радиолинии 21 см позволили установить, что нейтральный водород в галактике в основном заключён в очень тонком, 400 пк толщиной, слое около плоскости Галактики.

· Вмороженность магнитного поля.

Вмороженность магнитного поля означает сохранение магнитного потока через любой замкнутый проводящий контур при его деформации. В лабораторных условиях магнитный поток можно считать сохраняющимся в средах с высокой электропроводностью. В пределе бесконечной электропроводности бесконечное малое электрическое поле вызвало бы рост тока до бесконечной величины. Следовательно идеальный проводник не должен пересекать магнитные силовые линии, и таким образом возбуждать электрическое поле, а напротив должен увлекать за собой линии магнитного поля, магнитное поле оказывается как бы вмороженным в проводник.

Реальная космическая плазма, далеко не идеальна и вмороженность стоит понимать в том смысле, что требуется очень большое время для изменения потока через контур. На практике это означает, что мы можем считать поле постоянным пока облако сжимается, обращается и т. д.

4. ТУМАННОСТИ

Туманность -- участок межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба. Туманности состоят из пыли, газа и плазмы.

Первичный признак, используемый при классификации туманностей -- поглощение, или же излучение либо рассеивание ими света, то есть по этому критерию туманности делятся на тёмные и светлые.

Деление туманностей на газовые и пылевые в значительной степени условно: все туманности содержат и пыль, и газ. Такое деление исторически обусловлено различными способами наблюдения и механизмами излучения: наличие пыли наиболее ярко наблюдается при поглощении тёмными туманностями излучения расположенных за ними источников и при отражении или рассеивании, или переизлучении, содержащейся в туманности пылью излучения расположенных поблизости или в самой туманности звёзд; собственное излучение газовой компоненты туманности наблюдается при её ионизации ультрафиолетовым излучением расположенной в туманности горячей звезды (эмиссионные области H II ионизированного водорода вокруг звёздных ассоциаций или планетарные туманности) или при нагреве межзвёздной среды ударной волной вследствие взрыва сверхновой или воздействия мощного звёздного ветра звёзд типа Вольфа -- Райе.

4 .1 Диффузная (светлая) туманность

Диффузная (светлая) туманность -- в астрономии, общий термин, используемый для обозначения излучающих свет туманностей. Три типа диффузных туманностей -- это отражательная туманность, эмиссионная туманность (разновидностью которой являются протопланетарная, планетарная и область H II) и остаток сверхновой.

· Отражательная туманность

Отражательные туманности являются газово-пылевыми облаками, подсвечиваемыми звёздами. Если звезда (звёзды) находится в межзвёздном облаке или рядом с ним, но недостаточно горяча (горячи), чтобы ионизовать вокруг себя значительное количество межзвёздного водорода, то основным источником оптического излучения туманности оказывается свет звёзд, рассеиваемый межзвёздной пылью.

Спектр отражательной туманности такой же, как и у подсвечивающей ее звезды. Среди микроскопических частиц, ответственных за рассеивание света, можно выделить частички углерода (иногда их называют бриллиантовой пылью), а также частицы железа и никеля. Последние две взаимодействуют с галактическим магнитным полем, и поэтому отражённый свет слегка поляризован.

Отражательные туманности обычно имеют синий оттенок, поскольку рассеяние голубого цвета более эффективно, чем красного (именно этим, в частности, объясняется голубой цвет неба).

В настоящее время известно порядка 500 отражательных туманностей, самая известная из которых -- вокруг Плеяд (звёздное скопление). Гигантская красная (спектральный класс M1) звезда Антарес окружена большой красной отражательной туманностью. Отражательные туманности также часто встречаются в местах звёздообразования.

В 1922 году Хаббл опубликовал результаты исследований некоторых ярких туманностей. В этой работе Хаббл вывел закон светимости для отражательной туманности, который устанавливает соотношение между угловым размером туманности (R ) и видимой величиной подсвечивающей звезды (m ):

где -- константа, зависящая от чувствительности измерения.

· Эмиссионная туманность

Эмиссионная туманность -- облако ионизированного газа (плазмы), излучающее в видимом цветовом диапазоне спектра. Ионизация происходит за счёт высокоэнергетических фотонов, излучаемых ближайшей горячей звездой. Различают несколько видов эмиссионных туманностей. Среди них -- области H II, в которых происходит формирование новых звёзд, и источниками ионизирующих фотонов являются молодые, массивные звезды, а также планетарные туманности , в которых умирающая звезда отбросила свои верхние слои, и обнажившееся горячее ядро их ионизирует.

Планета м рная тума м нность -- астрономический объект, состоящий из ионизированной газовой оболочки и центральной звезды, белого карлика. Планетарные туманности образуются при сбросе внешних слоёв (оболочек) красных гигантов и сверхгигантов с массой 2,5--8 солнечных на завершающей стадии их эволюции. Планетарная туманность -- быстропротекающее (по астрономическим меркам) явление, длящееся всего несколько десятков тысяч лет, при продолжительности жизни звезды-предка в несколько миллиардов лет. В настоящее время в нашей галактике известно около 1500 планетарных туманностей.

Процесс образования планетарных туманностей, наряду со вспышками сверхновых, играет важную роль в химической эволюции галактик, выбрасывая в межзвёздное пространство материал, обогащённый тяжёлыми элементами -- продуктами звёздного нуклеосинтеза (в астрономии тяжёлыми считаются все элементы, за исключением продуктов первичного нуклеосинтеза Большого взрыва -- водорода и гелия, такие как углерод, азот, кислород и кальций).

В последние годы при помощи снимков, полученных космическим телескопом «Хаббл», удалось выяснить, что многие планетарные туманности имеют очень сложную и своеобразную структуру. Несмотря на то, что приблизительно пятая часть из них имеет околосферическую форму, большинство не обладает какой бы то ни было сферической симметрией. Механизмы, благодаря которым возможно образование такого многообразия форм, остаются на сегодняшний день до конца не выясненными. Считается, что большую роль в этом могут играть взаимодействие звёздного ветра и двойных звёзд, магнитного поля и межзвёздной среды.

Планетарные туманности в большинстве своём представляют собой тусклые объекты и, как правило, не видны невооружённым глазом. Первой открытой планетарной туманностью была туманность Гантель в созвездии Лисички.

Необычность природы планетарных туманностей обнаружилась в середине XIX века, с началом использования в наблюдениях метода спектроскопии. Уильям Хаггинс стал первым астрономом, получившим спектры планетарных туманностей -- объектов, выделявшихся своей необычностью. При изучении Хаггинсом спектров туманностей NGC 6543 (Кошачий Глаз) , M27 (Гантель), M 57 (кольцевая туманность в Лире) и ряда других, оказалось, что их спектр чрезвычайно отличается от спектров звёзд: все полученные к тому времени спектры звёзд являлись спектрами поглощения (непрерывный спектр с большим количеством тёмных линий), в то время как спектры планетарных туманностей оказались эмиссионными спектрами с небольшим количеством эмиссионных линий, что указывало на их природу, в корне отличающуюся от природы звёзд.

Планетарные туманности представляют собой заключительный этап эволюции для многих звёзд. Типичная планетарная туманность имеет среднюю протяжённость в один световой год и состоит из сильно разреженного газа плотностью около 1000 частиц на смі, что пренебрежимо мало в сравнении, например, с плотностью атмосферы Земли, но примерно в 10--100 раз больше, чем плотность межпланетного пространства на расстоянии орбиты Земли от Солнца. Молодые планетарные туманности имеют наибольшую плотность, иногда достигающую 10 6 частиц на смі. По мере старения туманностей их расширение приводит к уменьшению плотности. Большинство планетарных туманностей симметричны и имеют почти сферический вид, что не мешает им иметь множество очень сложных форм. Приблизительно 10 % планетарных туманностей практически биполярны, и лишь малое их число асимметричны. Известна даже прямоугольная планетарная туманность.

Протопланетарная туманность - это астрономический объект, который недолго существует между тем, как среднемассивная звезда (1-8 солнечных масс) покинула асимптотическую ветвь гигантов (АВГ) и последующей фазой планетарной туманности (ПТ). Протопланетарная туманность светит в основном в инфракрасном диапазоне и является подтипом отражательных туманностей.

Область H II - это облако горячего газа и плазмы, достигающее нескольких сотен световых лет в поперечнике, являющееся областью активного звездообразования. В этой области рождаются молодые горячие голубовато-белые звёзды, которые обильно излучают ультрафиолетовый свет, тем самым ионизируя окружающую туманность.

Области H II могут рождать тысячи звёзд за период всего в несколько миллионов лет. В конце концов, взрывы сверхновых и мощный звёздный ветер, исходящий от наиболее массивных звёзд в образовавшемся звёздном скоплении, рассеивают газы этой области, и она превращается в группу наподобие Плеяд.

Эти области получили своё название из-за большого количества ионизированного атомарного водорода, обозначаемого астрономами как H II (область H I -- зона нейтрального водорода, а H 2 обозначает молекулярный водород). Их можно заметить на значительных расстояниях по всей Вселенной, и изучение таких областей, находящихся в других галактиках, важно для определения расстояния до последних, а также их химического состава.

Примерами являются туманность Киля , туманность Тарантул, NGC 604 , Трапеция Ориона , Петля Барнарда .

· Остаток сверхновой

Остаток сверхновой (англ. S uper N ova R emnant , SNR ) -- газопылевое образование, результат произошедшего много десятков или сотен лет назад катастрофического взрыва звезды и превращения её в сверхновую. Во время взрыва оболочка сверхновой разлетается во все стороны, образуя расширяющуюся с огромной скоростью ударную волну, которая и формирует остаток сверхновой . Остаток состоит из выброшенного взрывом звёздного материала и поглощаемого ударной волной межзвёздного вещества.

Вероятно самый красивый и лучше всего исследованный молодой остаток образован сверхновой SN 1987 A в Большом Магеллановом Облаке, вспыхнувшей в 1987 г. Другие хорошо известные остатки сверхновых, это Крабовидная туманность , остаток относительно недавнего взрыва (1054 год), остаток сверхновой Тихо (SN 1572) , получившей имя в честь Тихо Браге, который наблюдал и зафиксировал её первоначальную яркость сразу после вспышки в 1572 г., а также остаток сверхновой Кеплера (SN 1604) , названной в честь Иоганна Кеплера.

4 .2 Тёмная туманность

Тёмная тумамнность -- тип межзвёздного облака, настолько плотного, что оно поглощает видимый свет, исходящий от эмиссионных или отражательных туманностей (как, например, туманность Конская Голова ) или звёзд (например, туманность Угольный Мешок ), находящихся позади неё.

Поглощают свет частицы межзвёздной пыли, находящиеся в наиболее холодных и плотных частях молекулярных облаков. Скопления и большие комплексы тёмных туманностей связаны с гигантскими молекулярными облаками (ГМО). Изолированные тёмные туманности чаще всего бывают глобулами Бока.

Такие облака обладают очень неправильной формой: у них нет чётко очерченных границ, иногда они приобретают закрученные змеевидные образы. Самые большие тёмные туманности видны невооружённым глазом, они выступают как куски черноты на фоне яркого Млечного Пути.

Во внутренних частях тёмных туманностей часто протекают активные процессы: например, рождение звёзд или мазерное излучение.

5. ИЗЛУЧЕНИЕ

Звёздный ветер -- процесс истечения вещества из звёзд в межзвёздное пространство.

Вещество, из которого состоят звёзды, при определённых условиях может преодолевать их притяжение и выбрасываться в межзвёздное пространство. Это происходит в том случае, если частица в атмосфере звезды разгоняется до скорости, превышающей вторую космическую скорость для данной звезды. Фактически, скорости частиц, из которых состоит звёздный ветер, составляют сотни километров в секунду.

Звёздный ветер может содержать как заряженные частицы, так и нейтральные.

Звёздный ветер -- постоянно происходящий процесс, который приводит к снижению массы звезды. Количественно этот процесс может быть охарактеризован как количество (масса) вещества, которое теряет звезда в единицу времени.

Звёздный ветер может играть важную роль в звёздной эволюции: так как в результате этого процесса происходит уменьшение массы звезды, то от его интенсивности зависит срок жизни звезды.

Звёздный ветер является способом переноса вещества на значительные расстояния в космосе. Помимо того, что он сам по себе состоит из вещества, истекающего из звёзд, он может воздействовать на окружающее межзвёздное вещество, передавая ему часть своей кинетической энергии. Так, форма эмиссионной туманности NGC 7635 «Пузырь» образовалась в результате такого воздействия.

В случае истечения вещества от нескольких близко расположенных звёзд, дополненного воздействием излучения этих звёзд возможна конденсация межзвёздного вещества с последующим звездообразованием.

При активном звёздном ветре количество выбрасываемого вещества может оказаться достаточным для формирования планетарной туманности.

6. ЭВОЛЮЦИЯ МЕЖЗВЁЗДНОЙ СРЕДЫ

Эволюция межзвёздной среды, а если быть точнее межзвёздного газа, тесно связана с химической эволюцией всей Галактики. Казалось бы, все просто: звезды поглощают газ, а после выбрасывают его обратно, обогащая его продуктами ядерного горения -- тяжёлыми элементами, -- таким образом металличность должна постепенно возрастать.

Теория Большого взрыва предсказывает, что в ходе первичного нуклеосинтеза образовались водород, гелий, дейтерий, литий и другие лёгкие ядра, которые раскалываются ещё на треке Хаяши или стадии протозвёзды. Иными словами, мы должны наблюдать долгоживущие G-карлики с нулевой металличностью. Но таковых в Галактике не найдено, более того, большинство из них имеют почти солнечную металличность. По косвенным данным, можно судить, что что-то подобное и в других галактиках. На данный момент вопрос остаётся открытым и ждёт своего решения.

В первичном межзвёздном газе не было и пыли. Как сейчас считается, пылинки образуются на поверхности старых холодных звёзд и покидают её вместе с истекающим веществом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение такой сложной системы как «звезды - межзвездная среда» оказалось очень сложной астрофизической задачей, особенно если учесть, что общая масса межзвездной среды в Галактике и ее химический состав медленно изменяются под действием различных факторов. Поэтому можно сказать, что в межзвездной среде отражена вся история нашей звездной системы продолжительностью в миллиарды лет.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1) Материалы, взятые с сайта www.wikipedia.org

2) Материалы, взятые с сайта www.krugosvet.ru

3) Материалы, взятые с сайта www.bse.sci-lib.com

4) Материалы, взятые с сайта www.dic.academic.ru

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Туманность как участок межзвездной среды, выделяющейся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба, ее разновидности и формы: эмиссионная, остатки сверхновых. История возникновения и развития некоторых туманностей: Орел, Песочные часы.

презентация , добавлен 11.10.2012


Пыль, газ и плазма как основные составляющие туманности. Классификация туманностей, характеристика их основных видов. Особенности строения диффузных, отражательных, эмиссионных, темных и планетарных туманностей. Формирование остатка сверхновой звезды.

презентация , добавлен 20.12.2015


Описание явлений туманности и солнечной активности. Изучение галактических, солнечных и космических лучей, способы их регистрации. Свойства межзвездного магнитного поля. Особенности пространственного распределения галактик. Идеи о расширении Вселенной.

краткое изложение , добавлен 06.01.2012


Звездное ядро как центральная, компактная область Галактики. Основные элементы структуры Галактики. Рассеянный и шаровой тип скоплений. Характеристика межзвездного газа. Общее понятие про светлые газовые туманности. Планетарные, темные туманности.

презентация , добавлен 28.09.2011


Космогония как наука, изучающая происхождение и развитие небесных тел. Сущность гипотезы Джинса. Туманность, рождение Солнца. Основные этапы процесса превращения частиц туманности в планеты: слипание частиц; разогревание; вулканическая деятельность.

реферат , добавлен 20.06.2011


Космические аппараты исследования природных ресурсов Земли и контроля окружающей среды серии Ресурс-Ф. Основные технические характеристики КА Ресурс-Ф1 и фотоаппаратуры. Космические аппараты космической медицины и биологии КА Бион, материаловедения Фотон.

реферат , добавлен 06.08.2010


Звёздная эволюция - изменения звезды в течение её жизни. Термоядерный синтез и рождение звезд; планетарная туманность, протозвезды. Характеристика молодых звезд, их зрелость, поздние годы, гибель. Нейтронные звезды (пульсары), белые карлики, черные дыры.

презентация , добавлен 10.05.2012


Стадии формирования Солнечной системы. Состав среды протопланетного диска Солнца, исследование его эволюции с помощью численной двумерной газодинамической модели, которая соответствует осесимметричному движению газовой среды в гравитационном поле.

курсовая работа , добавлен 29.05.2012


Характеристика звезд. Звезды в космическом пространстве. Звезда – плазменный шар. Динамика звездных процессов. Солнечная система. Межзвездная среда. Понятие звездной эволюции. Процесс звездообразования. Звезда как динамическая саморегулирующаяся система.

реферат , добавлен 17.10.2008


Восьмая планета от Солнца. Некоторые параметры планеты Нептун. Химический состав, физические условия, строение, атмосфера. Температура поверхностных областей. Спутники Нептуна, их размеры, характеристики, история открытий. Кольца Нептуна, магнитное поле.

Газодинамика - раздел физики, который изучает законы движения газа. С вопросами газодинамики мы часто сталкиваемся и в обыденной жизни - это и зву­ковые волны, и обтекание быстро движущихся тел, и ударные волны, которые в век сверхзвуковых скоростей хорошо всем известны. Но условия межзвездной среды существенно меняют законы движения газа.

Начнем со звуковых волн. Как читатель, вероятно, знает, звуковые волны представляют собой распростра­няющуюся в среде последовательность сжатий и разре­жений газа. Если слегка сжать газ в некотором объеме, а затем предоставить ему возможность вернуться в пер­воначальное состояние, то по инерции он затем немного расширится, сожмет соседние с этим объемом слои га­за, а потом опять сам сожмется. Возникнут колебания, которые будут передаваться и соседним слоям, а от них - еще дальше. Это и есть распространение звуко­вых волн. Их скорость зависит только от температуры газа. Скорость звуковых волн в воздухе при температу­ре 300 К хорошо известна - 330 м/с, а с ростом тем­пературы она увеличивается пропорционально (Т ) 1/2 .

Но такие звуковые волны являются адиабатически­ми, т. е. предполагается, что сжатие и разрежение газа в звуковых волнах происходит без потери тепла. В меж­звездном пространстве это не так. При увеличении плот­ности заметно увеличиваются и потери на излучение. Поэтому межзвездные звуковые волны отнюдь не адиа­батические. В первом приближении их можно еще счи­тать изотермическими, т. е. предположить, что при сжа­тии и расширении газа температура в волне вообще не меняется. Тогда скорость звуковых волн будет несколь­ко меньше (в воздухе - на 20%) и ее можно вычис­лить по формуле: с s = (RT /мю) 1/2 , где R - универсаль­ная газовая постоянная, a мю - молекулярный вес. Лю­бопытно, что еще Ньютон, который первым вычислил скорость звуковой волны, предполагал ее изотермиче­ской, и поэтому долгое время было непонятным, почему в воздухе скорость звука оказалась больше вычислен­ной. Однако для межзвездных звуковых волн эта фор­мула, полученная Ньютоном, вполне применима.

Следующее важное явление, которое в межзвездных условиях также меняет свои свойства, - это ударные волны. Для того чтобы его пояснить, рассмотрим слу­чай, изображенный на рис. 16. Пусть в закрытую с одного конца длинную трубу втекает газ с концентра­цией п 1 и скоростью v . Налетая на стенку, он должен остановиться. Образуется область неподвижного газа, которая должна все время увеличиваться по мере вте­кания все новых порций газа. Между покоящимся и дви­жущимся газом образуется граница (пунктир на рис. 16), которая перемещается по трубе навстречу по­току газа.

Обозначим концентрацию газа за этой границей как п 2 . Оказывается, если скорость v очень велика (много больше скорости звука), то эта граница резкая (удар­ная волна), а скачок концентрации, т. е. величина п 2 /п 1 , оказывается ограниченным (например, в одно­атомном газе п 2 /п 1 <4, в двухатомном п 2 /п 1 <6). Объяс­няется это просто. Кинетическая энергия налетающего газа не только сжимает, но и нагревает остановившийся газ. В неподвижной области, таким образом, возникает большое газовое давление, которое и препятствует даль­нейшему сжатию.

Но в межзвездном пространстве этого может не быть. Как только газ сожмется, резко возрастет его излучение и температура уже не будет подниматься. Газовое дав­ление остается небольшим, и оно не препятствует даль­нейшему сжатию газа. В результате, в межзвездных ударных волнах, которые лучше называть «скачками уплотнения», могут возникнуть очень большие скачки концентрации. Величину скачка п 2 /п 1 можно опреде­лить, если сравнить газовое давление в сжатой области (т. е. величину, пропорциональную n 2 RT ) с динамиче­ским давлением налетающего потока газа, пропорцио­нальным п 1 v 2 . Таким образом, получаем, что скачок концентрации в межзвездной ударной волне характери­зуется величиной n 2 /п 1 ~мю v 2 / RT ~ v 2 / c s 2 , где Т - обыч­ная температура межзвездного газа (около 10 4 К в зо­нах НII и много меньше, 10-20 К, в молекулярных об­лаках). Читатель может легко убедиться, что даже при небольших скоростях движения газа (например, при скорости 7-8 км/с, - обычной скорости межзвездных облаков) можно получить (при их столкновении друг с другом) скачки уплотнения в десятки и даже сотни раз меняющейся концентрации.

Конечно, случай, изображенный на рис. 16, есть идеализация - в межзвездном пространстве труб нет, но общие особенности движения там именно таковы.

Один из важных случаев динамики межзвездной среды изображен на рис. 17 - падение межзвездного газа под действием собственной силы тяжести к центру облака. Это падение создает в центре облака область сжатия, окруженную распространяющимся от центра сферическим скачком уплотнения. Очевидно, что и здесь может быть очень сильное сжатие вещества, но уже в реальном объекте, т. е. данное явление очень возмож­но при формировании звезд.

Третья особенность межзвездной газодинамики - существенная роль магнитных полей. Рассмотрим эту особенность на примере, знакомом читателю из курса школьной физики. Если через магнитное поле переме­щать проводник, то в нем индуцируется электрический ток, который, в свою очередь, создает магнитное поле. В результате взаимодействия этих полей возникает си­ла, тормозящая перемеще­ние проводника (правило Ленца). Когда электриче­ское сопротивление провод­ника велико, индуцирован­ные токи и магнитные поля оказываются слабыми и проводники легко переме­щаются в магнитном поле. Но если электрическое со­противление проводника очень мало, то возникают довольно сильные индуци­рованные токи, и сила со­противления перемещению проводника существенно возрастает - проводник «застревает». Известно, на­пример, что сверхпро­водник вообще невозможно втолкнуть в область, заня­тую магнитным полем. (Напоминаем, что если провод­ник движется вдоль магнитного поля, то в нем вообще не возникает ток и сопротивления такому движению нет.)

А теперь вернемся к межзвездному газу. Здесь, как мы знаем, много свободных электронов, и поэтому электропроводность межзвездного газа достаточно вели­ка (даже лучше, чем электропроводность меди). Поэтому перемещение такого газа через межзвездное магнит­ное поле вполне можно уподобить перемещению хоро­шего металлического проводника в этом же поле. Здесь нужно еще учесть, что огромные размеры межзвездных облаков делают эффект их торможения в магнитном поле очень заметным.

Таким образом, межзвездное магнитное поле должно тормозить движение межзвездных облаков поперек на­правления поля и не препятствовать их движению вдоль поля. Можно ожидать, что потоки межзвездного газа направлены преимущественно вдоль магнитных сило­вых линий. Этот вывод подтверждается наблюдениями: действительно, газ чаще всего движется параллельно плоскости Галактики, причем и магнитное поле имеет примерно то же направление.

Однако, если межзвездное магнитное поле слабое, так что оно уже не может остановить движение газа поперек силовых линий, то тогда уже газ начинает ув­лекать с собой и магнитное поле. Иными словами, дви­жущиеся потоки газа будут как бы тянуть за собой магнитные силовые линии, вытягивая и закручивая их. В этом случае говорят, что магнитные силовые линии «вморожены» в межзвездный газ (или межзвездный газ «приклеен» к магнитным силовым линиям).

Из определения понятия силовых линий магнитного поля известно, что напряженность магнитного поля Я (или магнитная индукция В) пропорциональна числу силовых линий, проходящих через единичную площад­ку. Когда движение газа вытягивает и «запутывает» маг­нитные силовые линии, то оно тем самым увеличивает Н (и В). Можно сказать, что здесь кинетическая энер­гия газа переходит в магнитную энергию. Рост магнит­ного поля при движении газа приостанавливается тог­да, когда эти энергии оказываются одного порядка: pv 2 /2~ B 2 /8п (здесь р - плотность газа; слева стоит плотность кинетической энергии, справа - плотность магнитной энергии). Особенно заметно усиление маг­нитного поля в упомянутых выше скачках плотности. Увеличение плотности сопровождается, в силу принципа «вмороженности» поля, пропорциональным увеличением величины В.

Четвертой особенностью межзвездной газодинамики является существование ионизационных фронтов - дви­жущихся границ между зонами НII и областями HI. Они появляются вследствие того, что газовое давление в зонах НИ обычно Много больше, чем газовое давле­ние в областях HI. В самом деле, рассматривая меж­звездную термодинамику, мы убедились, что в двухкомпонентной системе, состоящей из облаков и межоблач­ной среды, величина давления (а точнее, произведение пТ ) не больше 3 10 3 К/см 3 . С другой стороны, в зоне НИ, где Т =10 4 К, эта величина при «стандартном» значении концентрации протонов и электронов (п~с м -3) больше, а при больших концентрациях раз­личие еще более заметно.

Таким образом, зоны НII должны расширяться в ок­ружающее пространство. Но при расширении плотность газа внутри зоны падает, уменьшается число рекомби­наций, и в результате в этой зоне остается часть «не­использованных» ионизирующих квантов. Они проходят через границу первоначальной массы зоны НII и иони­зируют новые атомы водорода. Таким образом, весь про­цесс состоит не только из расширения вещества самой зоны НII, но и из еще более быстрого продвижения границы между областями ионизованного и неионизиро­ванного водорода - зона НII растет как по своим раз­мерам, так и по величине своей массы.

Такое перемещение границы зоны НII называется движением ионизационного фронта, скорость перемеще­ния которого можно сравнить со скоростью звука в об­ласти HI. Если скорость ионизационного фронта боль­ше скорости звука в том же газе, то говорят о фронте R -типа. Здесь при переходе через этот фронт газ иони­зируется и уплотняется.

Наоборот, если скорость фронта меньше соответст­вующей скорости звука, то на ионизационном фронте (называемом фронтом D -типа) происходит уменьшение концентрации. Чтобы обеспечить это уменьшение, фронт D -типа часто «посылает» перед собой ударную волну, которая предварительно «поджимает» газ в области HI.

Как только в области HI образуется новая горячая звезда, она сначала создает маленькую зону НII, кото­рая быстро расширяется как ионизационный фронт R — типа. Затем скорость расширенной зоны НII уменьша­ется, вперед посылается ударная волна, за которой на близком расстоянии следует ионизационный фронт D -типа.

Знание свойств межзвездной газодинамики совершенно необходимо для понимания процессов конденса­ции звезд из межзвездной среды - ведь эта конден­сация есть не что иное, как движение межзвездного газа. И как мы увидим ниже, особенности межзвезд­ной газодинамики проявляются в различных аспектах проблемы формирования звезд.

Межзвёздная среда

разреженное вещество, межзвёздный газ и мельчайшие пылевые частицы, заполняющие пространство между звёздами в нашей и других Галактика х. В состав М. с. входят, кроме того, Космические лучи , межзвёздные магнитные поля (См. Межзвёздное магнитное поле), а также кванты электромагнитного излучения различной длины волны. Вблизи Солнца (и других звёзд) М. с. переходит в межпланетную среду (См. Межпланетная среда). Пространство между галактиками заполняет Межгалактическая среда . Впервые к выводу о существовании М. с., поглощающей свет звёзд, пришёл В. Я. Струве (1847), однако её существование было доказано только в 30-х годах 20 века (американским астрономом Р. Трамплером и советским астрономом Б. А. Воронцовым-Вельяминовым).

Межзвёздный газ состоит из нейтральных и ионизованных атомов и молекул. Основную массу газа составляют атомы водорода и гелия (соответственно около 90 % и 10 % по числу атомов) с небольшой примесью кислорода, углерода, неона, азота (около 0,01 % каждого). Из молекул наиболее обильно представлена H 2 , сосредоточенная в облаках. Кроме того, имеются в малом количестве CH, OH, H 2 O, NH 3 , CH 2 O и другие органические и неорганические молекулы. Межзвёздный газ почти равномерно перемешан с межзвёздной пылью, состоящей из частиц размером 10 -4 -3·10 -6 см . Мелкие частицы состоят из Fe, SiO 2 , более крупные имеют частично графитовые ядра, возможно с примесью железа, и оболочки из замерзших газов CH 4 , NH 3 , H 2 O и других. Газ и пыль почти полностью отсутствуют в эллиптических галактиках, в спиральных же галактиках типов Sa , Sb , Sc составляют соответственно около 1 %, 3 %, 10 % массы галактики, а в неправильных галактиках - в среднем 16 %. Межзвёздные газ и пыль сильно концентрируются к плоскости галактик, образуя диск, толщина которого составляет в среднем несколько сотен пс , возрастая к периферии иногда до нескольких кпс . Концентрация газа в дисках в среднем около 1 или нескольких атомов в 1 см 3 (плотность около 10 -24 г/см 3 ); вне диска и на его краях плотность газа значительно меньше. В спиральных галактиках большая часть газа и пыли сосредоточена в спиральных рукавах (ветвях): плотность газа между рукавами галактики в 3-10 раз меньше, чем в рукавах. В рукавах около 80-90 % газа сосредоточено в межзвёздных облаках, которые часто объединяются, образуя газопылевые комплексы, располагающиеся главным образом на внутренней (вогнутой) стороне спиральных рукавов. Параметры межзвёздных облаков крайне разнообразны.

В нашей Галактике диаметры межзвёздных облаков обычно составляют 5-40 пс , концентрация атомов в них от 2 до 100 в 1 см 3 , температура 20-100 К. Облака занимают около 10 % объёма диска Галактики. Газ и пыль М. с. вместе со звёздами движутся в диске галактик вокруг её центра по орбитам, близким к круговым, со средними скоростями, составляющими 100-200 км/сек. Отдельные облака межзвёздного газа имеют собственные (пекулярные) скорости, величина которых в среднем равна 10 км/сек , достигая иногда 50-100 км/сек. В галактической короне наблюдается газ, падающий на плоскость галактики со скоростями в десятки и сотни (до 200) км/сек ; происхождение этого газа не выяснено. Концентрация атомов между облаками 0,02-0,2 в 1 см 3 , температура 7-10 тысяч К.

Водород, гелий и другие элементы, потенциалы ионизации которых больше, чем у водорода, в облаках ионизованы очень слабо, а между облаками ионизация водорода - несколько десятков процентов. Остальные элементы однократно ионизованы светом звёзд. Такие облака и среда между ними называются областями HI (нейтрального водорода) и занимают основную часть диска галактик. Вокруг горячих звёзд класса О водород сильно (до 99 %) ионизован ультрафиолетовым излучением. Такие области называются областями HII (ионизованного водорода) или зонами Стрёмгрена. температура областей HII достигает 6000-8000 К, размеры их в зависимости от температуры звезды и плотности газа колеблются от долей пс до нескольких десятков, а в исключительных случаях - до сотен пс . Обычно вокруг горячих звёзд наблюдаются не просто ионизованные межзвёздные облака, а значительно более плотные диффузные туманности, в которых концентрация достигает десятков и сотен атомов в 1 см 3 . Возможно, это остатки того плотного комплекса, из которого образовались горячие звёзды. Такие области HII постепенно расширяются под действием горячего газа. Если на пути такой области встречается уплотнение, принадлежащее области HI, то граница области HII огибает это уплотнение, обнажая его со всех сторон. Так образуются тёмные (на фоне светящихся областей HII) холодные плотные области HI, имеющие вид вытянутых жгутов (так называемые слоновьи хоботы) или сферических сгустков (глобулы). В спектре областей HII наблюдаются яркие линии водорода и запрещенные линии кислорода, азота, серы и некоторых других элементов, а также слабый непрерывный спектр. В радиодиапазоне эти области светятся в непререрывном спектре и в линиях водорода и гелия, возникающих при квантовых переходах между очень высокими энергетическими уровнями. В областях HI газ в оптических лучах не светится. Его изучают по линиям поглощения света звёзд, расположенных позади этих областей. Особенно много информации дают резонансные линии поглощения атомов и ионов, расположенные в ультрафиолетовой области и наблюдаемые с космических зондов. Сведения о нейтральном водороде в Галактике и других галактиках, о его распределении и движении получают, наблюдая радиолинии нейтрального водорода с длиной волны 21 см . В этой линии, однако, излучается лишь малая доля тепловой энергии газа областей HI. Основная доля энергии излучается областями HI в далёких инфракрасных спектральных линиях атомов O, ионов C, Si, Fe и других.

Средняя плотность пыли в диске Галактики 10 -26 г/см (0,01 плотности газа). Эта пыль поглощает свет звёзд, причём синие лучи сильнее, чем красные. Поэтому из-за пыли свет далёких звёзд виден не только ослабленным, но и более красным. Наличие пыли не позволяет наблюдать звёзды, лежащие в плоскости Галактики на расстояниях, превышающих 3 кпс от Земли. Плотные облака газа и пыли, поглощающей свет, кажутся тёмными на светлом фоне Млечного Пути. Ещё резче выделяются тёмные газопылевые облака, если они проектируются на светлую туманность. Вблизи достаточно ярких звёзд (в основном класса B) пыль освещена настолько, что может быть сфотографирована с Земли; такие светлые облака называются отражательными туманностями. Слой газа и пыли в других галактиках, наблюдаемых с ребра, виден в виде тёмной полосы (см., например, илл. ). Межзвёздные пылинки имеют несферическую форму и ориентированы в среднем определённым образом относительно магнитного поля Галактики, что вызывает поляризацию света звёзд.

Массы больших газопылевых комплексов достигают десятков и сотен тысяч масс Солнца. В их центральных частях температура очень низкая (иногда всего 5-6 К) при концентрации атомов до сотен в 1 см 3 и более. Плотность пыли в них больше 1 / 100 плотности газа. Последнее обстоятельство связано с тем, что при низких температурах и больших плотностях происходит образование молекул, в том числе многоатомных, и налипание их на пылинки. В таких местах могут образовываться звёзды. В связи с этим имеет важное значение то обстоятельство, что в центральных частях комплексов наблюдаются компактные объекты (размером порядка 10 15 см и меньше), из которых, возможно, образуются звёзды (см. Протозвёзды) и планеты. Они очень интенсивно излучают в радиолиниях молекул OH, H 2 O и других, характер излучения которых иногда аналогичен излучению Лазер ов.

Частиц, составляющих космические лучи и обладающих огромными энергиями - от 10 6 до 10 20 эв , в М. с. гораздо меньше, чем других её компонентов, но их общая энергия в 1 см 3 составляет около 1 эв , то есть превышает энергию тепловых движений межзвёздного газа. Космические лучи больших энергий слабо взаимодействуют с газом и пылью, изредка вызывая в них ядерные реакции. Менее энергичные частицы (10 6 -10 7 эв ) способны нагревать и ионизовывать межзвёздный газ; они являются одним из основных источников нагрева областей HI. Напряжённость межзвёздного магнитного поля мала (в 10 5 раз слабее магнитного поля Земли), но его энергия примерно равна энергии космических лучей. Поэтому давление космических лучей и магнитного поля играют существенную роль в динамике М. с. Электромагнитные кванты в М. с. имеют частоты от радиодиапазона до жёсткого гамма-излучения. Наибольшее воздействие на межзвёздные газ и пыль оказывают оптические, ультрафиолетовые и мягкие рентгеновские лучи (с энергией квантов меньше 1 кэв ). Последние отчасти приходят из межгалактического пространства, а отчасти возникают в рентгеновских источниках внутри Галактики и вызывают (вместе с космическими лучами) нагрев и частичную ионизацию областей HI. Оптические и ультрафиолетовые кванты в М. с. являются результатом излучения звёзд Галактики.

В галактиках происходит постоянный обмен веществом между М. с. и звёздами. М. с. служит материалом для образования звёзд, а звёзды, в свою очередь, выбрасывают часть вещества в М. с., сообщая одновременно газу кинетическую энергию. Это происходит и на спокойных стадиях развития звёзд, и в конце их эволюции, когда звёзды сбрасывают оболочку, образуя планетарную туманность, или взрываются как сверхновая звезда (См. Сверхновые звёзды). Происходит постоянный круговорот вещества, при котором количество газа в М. с. постепенно истощается. В частности, последним обстоятельством объясняется, что в эллиптических галактиках газа нет, в то время как в неправильных его много: здесь он истощился менее всего. Поскольку в процессе эволюции звёзд и особенно при взрывах сверхновых звёзд ядерные реакции меняют химический состав газа, меняется со временем и состав М. с., а следовательно, и состав образующихся из неё звёзд. Кроме того, происходит обмен газом между ядрами галактик и М. с.

Лит.: Пикельнер С. Б., Физика межзвёздной среды, М., 1959; Каплан С. А., Пикельнер С. Б., Межзвёздная среда, М., 1963; Гринберг М., Межзвёздная пыль, перевод с английского, М., 1970; Космическая газодинамика, [перевод с английского], М., 1972; Бакулин П. И., Кононович Э. В., Мороз В. И., Курс общей астрономии, М., 1970; Мартынов Д, Я., Курс общей астрофизики, М., 1971; Аллер Л., Астрофизика, перевод с английского, т. 2, М., 1957.

С. Б. Пикельнер, Н. Г. Бочкарёв.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Межзвёздная среда" в других словарях:

Материя, заполняющая пространство между звёздами внутри галактик. Материя в пространстве между галактиками наз. межгалактич. средой (см. Скопления галактик. Межгалактический газ). Газ в оболочках вокруг звёзд (околозвёздные оболочки) часто… … Физическая энциклопедия

Включает разреженное вещество (газ, пыль), электромагнитное излучение, космические лучи, нейтрино и другие виды материи, заполняющей пространство между звёздами в нашей Галактике и других галактиках. Плотность межзвёздной среды 10–24 10–26 г/см3 … Энциклопедический словарь

Карта местного межзвёздного облака Межзвёздная среда (МЗС) вещество и поля, заполняющие межзвёздное пространство внутри галактик … Википедия

Включает разреженное в во (газ, пыль), эл. магн. излучение, космич. лучи, нейтрино и др. виды материи, заполняющей пространство между звёздами в нашей Галактике и др. галактиках. Плотн. М.с. 10 24 10 26Г/СМ3 … Естествознание. Энциклопедический словарь

Межзвёздная пыль твёрдые микроскопические частицы, наряду с межзвёздным газом заполняющие пространство между звёзд. В настоящее время считается что пылинки имеют тугоплавкое ядро, окруженное органическим веществом или ледяной оболочкой.… … Википедия

Твёрдые частицы размером от тысячных до неск. десятых долей микрона. Распределение M. п. в Галактике коррелирует с распределением межзвёздного газа; отношение содержаний (по массе) пыли и газа составляет в ср. 0,01. Пылевые частицы воздействуют… … Физическая энциклопедия

Межзвёздный полёт путешествие между звёздами пилотируемых аппаратов или автоматических станций. Четыре автоматические станции Пионер 10, Пионер 11, Вояджер 1, Вояджер 2 достигли третьей космической скорости и покинули солнечную… … Википедия

Путешествия между звёздами пилотируемых аппаратов или автоматических станций. Полеты на звездолётах занимают существенное место в научной фантастике. Четыре автоматические станции Пионер 10, Пионер 11, Вояджер 1, Вояджер 2 достигли третьей… … Википедия

Межзвёздные полёты путешествия между звёздами пилотируемых аппаратов или автоматических станций. Полеты на звездолётах занимают существенное место в научной фантастике. Четыре автоматические станции Пионер 10, Пионер 11, Вояджер 1, Вояджер 2… … Википедия

- (поле коллектора показано видимым) Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда … Википедия

По всейвероятности, первыми внеземными объектами, которые привлекли внимание человекаеще в глубокой древности, были Солн­це и Луна. Вопреки известной шутке о том,что Луна полезнее Солнца потому, что светит ночью, а днем и без того светло,перво­степенная роль Солнца была отмечена людьми еще в первобытную эпоху, и этонашло отражение в мифах и легендах почти всех народов.

Вопрос о том, какова природазвезд, возник, очевидно, гораздо позже. Заметив блуждающие звезды - планеты,люди, быть может, впервые сделали попытку проанализировать взаимосвязьразличных явлений, хотя возникшая таким путем астрология подменила знаниясуевериями. Любопытно, что астрономия, одна из наиболее обобщаю­щих наук оприроде, свои первые шаги совершала по зыбкой почве заблуждений, отголоскикоторых дошли даже до наших дней.

Причину этих заблужденийлегко понять, если учесть, что пер­вый этап развития науки о небе в буквальномсмысле слова был основан на созерцании и абстрактном мышлении, когдапрактически отсутствовали какие-либо астрономические инструменты. Тем болеепоразительно, что этот этап блестяще завершился, бессмертным творениемКоперника - первой и важнейшей революцией в астро­номии. До этого казалосьочевидным, что наблюдаемое, видимое совпадает с действительным, реальносуществующим, копирует его. Коперник впервые доказал, что действительное можетрадикально и принципиально отличаться от видимого.

Следующий столь же решительный шаг сделан великимГалилеем, сумевшим увидеть то, что не заметил даже такой тонкий наблюдатель,как Аристотель. Именно Галилей впервые понял, что, вопреки очевидному, процессдвижения тела вовсе не означает постоянного воздействия на него другого тела.Открытый Галилеем принцип инерциипозволил затем Ньютону сформулировать законы динамики, которые послужилифундаментом современной физики.

Если самое гениальное своеоткрытие Галилей сделал в области механики - и это в дальнейшем принеслоогромную пользу астроно­мии, - то непосредственно наука о небе обязана емуначалом новой эпохи в своем развитии - эпохи телескопических наблюдений.

Применение телескопа вастрономии прежде всего неизмеримо увеличило число объектов, доступныхисследованиям. Еще Джорда­но Бруно говорил о бесчисленных мирах солнц. Оноказался прав: звезды - самые важные объекты во Вселенной, в них сконцентри­рованопочти все космическое вещество. Но звезды - это не просто резервуары дляхранения массы и энергии. Они являются тер­моядерными котлами, где происходитпроцесс образования атомов тяжелых элементов, без которых невозможны были бынаиболее сложные этапы эволюции материи, приведшие на Земле к возникно­вениюфлоры, фауны, человека и наконец человеческой цивилизации.

По мере совершенствованиятелескопов и методов регистрации электромагнитного излучения астрономы получаютвозможность проникать во все более удаленные уголки космического простран­ства.И это не только расширяет геометрический горизонт извест­ного нам мира: болеедалекие объекты отличаются и по возрасту, так что в известной нам частиВселенной, которую принято называть Метагалактикой, содержится богатаяинформация об истории раз­вития, иными словами, об эволюции Вселенной.Современная астро­номия обогатилась учением о развитии миров, подобно тому какбиология в свое время обогатилась учением Дарвина. Это уже бо­лее высокаяступень перехода -от видимого к действительному, ибо по тому, что видносегодня, мы познаем суть явлений в далеком прошлом и можем предвидеть будущее!

В последнее время в астрономии наметился еще один важный переход отнаблюдаемого к действительному. Само по себе наблю­даемое теперь оказалосьдостоянием многих ученых-астрономов, вооруженных самой современной техникой,которая использует малейшие возможности, скрытые в тайниках физических законови позволяющие вырывать у природы ее тайны. Но проникновение в неведомую еще намреальность - это не просто представление о том, что вокруг чего обращается, идаже не то, что является причиной движения или как выглядели те или иные тела внезапамятные времена, а нечто гораздо большее. Это – познание свойств пространстваи времени в целом, в масштабах, не доступных нашему непосредственномувосприятию и созерцанию.

Пространство между звёздами, за ис­ключениемотдельных туманностей, выглядит пустым. На самом же деле всё межзвёздноепространство за­полнено веществом. К такому заклю­чению учёные пришли послетого, как в начале XX в. швейцарский аст­роном Роберт Трюмплер открыл по­глощение(ослабление) света звёзд на пути к земному наблюдателю. Причём степень егоослабления зависит от цвета звезды. Свет от голубых звёзд поглощается болееинтенсивно, чем от красных. Таким образом, если звезда излучает в голубых икрасных лучах одинаковое количество энер­гии, то в результате поглощения све­таголубые лучи ослабляются сильнее красных и с Земли звезда кажется красноватой.

Вещество, поглощающее свет, рас­пределено в пространстве не равно­мерно,а имеет клочковатую структу­ру и концентрируется к Млечному Пути. Тёмныетуманности, такие, как Угольный Мешок и Конская Голова, являются местомповышенной плот­ности поглощающего межзвёздного

вещества.А состоит оно из мельчай­ших частиц - пылинок. Физические свойства пылинок кнастоящему вре­мени изучены достаточно хорошо.

Помимо пыли между звёздами имеется большое количество невиди­могохолодного газа. Масса его поч­ти в сто раз превосходит массу пыли. Как же сталоизвестно о существова­нии этого газа? Оказалось, что атомы водорода излучаютрадиоволны с длиной волны 21 см. Большую часть информации о межзвёздном вещест­веполучают с помощью радиотеле­скопов. Так были открыты облака атомарного нейтрального водорода.

Типичное облако атомарного ней­трального водорода имеет температу­руоколо 70 К (-200 °С) и невысокую плотность (несколько десятков ато­мов вкубическом сантиметре про­странства). Хотя такая среда и счита­ется облаком, дляземлянина это глубокий вакуум, в миллиард раз раз­реженнее, чем вакуум,создаваемый, например, в кинескопе телевизора. Размеры облаков водорода - от 10до 100 пк (для сравнения: звёзды в среднем находятся друг от друга на рас­стоянии1 пк).

Впоследствии были обнаружены ещё более холодные и плотные обла­камолекулярного водорода, совер­шенно непрозрачные для видимого света. Именно вних сосредоточена большая часть холодного межзвёзд­ного газа и пыли. Поразмерам эти облака примерно такие же, как и об­ласти атомарного водорода, ноплот­ность их в сотни и тысячи раз выше. Поэтому в больших молекулярных облакахможет содержаться огромная масса вещества, достигающая сотен тысяч и дажемиллионов масс Солн­ца. В молекулярных облаках, состоя­щих в основном из водорода,присут­ствуют и многие более сложные молекулы, в том числе простейшиеорганические соединения. Некоторая часть межзвёздного ве­щества нагрета доочень высоких температур и «светится» в ультрафи­олетовых и рентгеновскихлучах. В рентгеновском диапазоне излучает самый горячий газ, имеющий темпе­ратуруоколо миллиона градусов. Это - короналъный газ, названный так поаналогии с разогретым газом в солнечной короне. Корональный газ отличаетсяочень низкой плотностью: примерно один атом на кубический дециметрпространства.

Горячий разреженный газ образу­ется в результате мощных взрывов -вспышек сверхновых звёзд. От места взрыва в межзвёздном газе распро­страняетсяударная волна и нагрева­ет газ до высокой температуры, при которой онстановится источником рентгеновского излучения. Корональ­ный газ обнаружентакже в простран­стве между галактиками.

Итак, основным компонентом меж­звёздной среды является газ, состоя­щийиз атомов и молекул. Он переме­шан с пылью, содержащей около 1% массымежзвёздного вещества, и про­низывается быстрыми потоками эле­ментарных частиц- космическими лучами - и электромагнитным излу­чением, которые также можносчитать составляющими межзвёздной среды. Кроме того, межзвёздная средаоказалась слегка намагниченной.

Магнитные поля связаны с облака­мимежзвёздного газа и движутся вместе с ними. Эти поля примерно в 100 тыс. разслабее магнитного по­ля Земли. Межзвёздные магнитные поля способствуютобразованию наиболее плотных и холодных обла­ков газа, из которых конденсируют­сязвёзды. Частицы космических лу­чей также реагируют на межзвёздное магнитноеполе: они перемещаются вдоль его силовых линий по спи­ральным траекториям, какбы нави­ваясь на них. При этом электроны, входящие в состав космических лу­чей,излучают радиоволны. Это так называемое синхротронное излуче­ние рождается вмежзвёздном про­странстве и уверенно наблюдается в радиодиапазоне.

ГАЗОВЫЕТУМАННОСТИ

Наблюденияс помощью телескопов позволили обнаружить на небе боль­шое количествослабосветящихся пя­тен - светлых туманностей. Систе­матическое изучениетуманностей начал в XVIII в. Уильям Гершель. Он разделял их на белые изеленоватые. Подавляющее большинство белых туманностей образовано множест­вомзвёзд - это звёздные скопления и галактики, а некоторые оказались связанными смежзвёздной пылью, которая отражает свет близко распо­ложенных звёзд, - этоотражатель­ные туманности. Как правило, в цен­тре такой туманности видна яркаязвезда. А вот зеленоватые туманно­сти - не что иное, как свечение меж­звёздногогаза.

Самая яркая на небе газовая туман­ность - Большая туманность Орио­на.Она видна в бинокль, а при хоро­шем зрении её можно заметить и невооружённымглазом - чуть ниже трёх звёзд, расположенных в одну ли­нию, которые образуютПояс Орио­на. Расстояние до этой туманности около 1000 световых лет.

Что заставляет светитьсямежзвёзд­ный газ? Ведь привычный нам воздух прозрачен и не излучает света. Голу­боенебо над головой светится рассе­янным на молекулах воздуха светом Солнца. Ночьюнебо становится тём­ным. Впрочем, иногда всё же можно увидеть свечение воздуха,например во время грозы, когда под действием электрического разряда возникаетмолния. В северных широтах и в Ан­тарктиде часто наблюдаются поляр­ные сияния -разноцветные полосы и сполохи на небе. В обоих случаях воздух излучает свет несам по себе, а под действием потока быстрых час­тиц. Поток электронов порождаетвспышку молнии, а попадание в атмо­сферу Земли энергичных частиц израдиационных поясов, существую­щих в околоземном космическом пространстве, -полярные сияния.

Подобным образом возникает из­лучение в неоновых и других газовыхлампах: поток электронов бомбардирует атомы газа и заставляет их све­титься. Взависимости от того, какой газ находится в лампе, от его давле­ния иэлектрического напряжения, приложенного к лампе, изменяется цвет излучаемогосвета.

В межзвёздном газе также проис­ходят процессы, приводящие к излу­чениюсвета, однако они не всегда связаны с бомбардировкой газа бы­стрыми частицами.

Объяснить, как возникает свечение межзвёздного газа,можно на приме­ре атомарного водорода. Атом водоро­да состоит из ядра(протона), имею­щего положительный электрический заряд, и вращающегося вокругнего от­рицательно заряженного электрона. Они связаны между собой электриче­скимпритяжением. Затратив опреде­лённую энергию, их можно разделить. Такоеразделение приводит к иони­зации атома. Но электроны и ядра могут вновьсоединиться друг с дру­гом. При каждом объединении частиц будет выделятьсяэнергия. Она излучается в виде порции (кванта) света оп­ределённого цвета,соответствующего данной энергии.

Итак, для того чтобы газ излучал, необходимо ионизовать атомы, изкоторых он состоит. Это может про­изойти в результате столкновений с другимиатомами, но чаще ионизация возникает, когда атомы газа поглоща­ют квантыультрафиолетового излуче­ния, например от ближайшей звезды.

Если вблизи облака нейтрально­го водорода вспыхнет голубая горя­чаязвезда, то при условии, что обла­ко достаточно большое и массивное, почти всеультрафиолетовые кванты от звезды поглотятся атомами об­лака. Вокруг звездыскладывается область ионизованного водорода. Освободившиеся электроны обра­зуютэлектронный газ температу­рой около 10 тыс. градусов. Обрат­ный процессрекомбинации, когда свободный электрон захватывается протоном, сопровождаетсяпереиз­лучением освободившейся энергии в виде квантов света.

Светизлучается не только водоро­дом. Как считалось в XIX в., цвет зе­леноватыхтуманностей определяет­ся излучением некоего «небесного» химического элемента,который на­звали небулием (от лат. nebula- «ту­манность»). Новпоследствии выясни­лось, что зелёным цветом светится кислород. Часть энергиидвижения частиц электронного газа расходует­ся на возбуждение атомов кислорода,т. е. на перевод электрона в атоме на более далёкую от ядра орбиту. Привозвращении электрона на устойчи­вую орбиту атом кислорода должен испуститьквант зелёного света. В земных условиях он не успевает это­го сделать:плотность газа слишком высока и частые столкновения «раз­ряжают» возбуждённыйатом. А в крайне разреженной межзвёздной среде от одного столкновения додругого проходит достаточно много времени, чтобы электрон успел со­вершить этотзапрещённый переход и атом кислорода послал в простран­ство квант зелёногосвета. Аналогич­ным образом возникает излучение азота, серы и некоторых другихэле­ментов.

Таким образом, область ионизо­ванного газа вокруг горячих звёзд можнопредставить в виде «машины», которая перерабатывает ультрафио­летовое излучениезвезды в очень интенсивное излучение, спектр кото­рого содержит линии различныххи­мических элементов. И цвет газовых туманностей, как выяснилось позд­нее,различен: они бывают зелено­ватые, розовые и других цветов и оттенков - взависимости от темпе­ратуры, плотности и химического со­става газа.

Некоторые звезды назаключительных стадиях эволюции постепенно сбрасывают внешние слои, которые,медленно расширяясь, образуют светящиеся туманности. При наблюдении в телескопы эти туманностинапоминают диски планет, поэтому они получили название планетарных. В центренекоторых из них можно увидеть небольшие очень горячие звезды. Расширяющиесягазовые туманности также возникают в конце жизни некоторых массивных звезд,когда они взрываются как сверхновые; при этом звезды полностью разрушаются,рассеивая свое вещество в межзвездное пространство. Это вещество богатотяжелыми элементами, образовавшихся в ядерных реакциях, протекавших внутризвезды, и в дальнейшем служит материалом для звезд новых поколений и планет.

Что происходит в центре нашей Галактики?

Центральная область Млечного Пути приковывалавнимание астрономов на протяжении многих десятилетий. От нее до Земли всего 25тыс. световых лет, тогда как от центров других галактик нас отделяют миллионысветовых лет, поэтому есть все основания надеяться, что именно центр нашейГалактики удастся изучить более подробно. Однако в течение длительного времени непосредственно наблюдать этуобласть было невозможно, поскольку она скрыта большими плотными облаками газа ипыли. Хотя открытия, сделанные при наблюдениях рентгеновского игамма-излучения, безусловно важны, наиболее обширные и ценные спект­роскопическиеисследования центра Галактики были проведены в инфра­красном и радиодиапазонах,в кото­рых он впервые наблюдался. Доволь­но подробно изучалось радиоизлуче­ниеатомарного водорода с длиной волны 21 см. Водород - наиболее распространенныйэлемент во Все­ленной, что компенсирует слабость его излучения. В тех областяхМлеч­ного Пути, где облака межзвездного газа не слишком плотны и где ультра­фиолетовоеизлучение не очень интен­сивно, водород присутствует глав­ным образом в видеизолированных электрически нейтральных атомов; именно хорошо различимые радио­сигналы атомарного водорода де­тальнокартировались для установле­ния структуры нашей Галактики.

На расстояниях более 1000 св.лет от центра Галактики излучение ато­марного водорода дает надежные данные овращении Галактики и структуре ее спиральных рукавов. Из него нельзя получитьмного информа­ции об условиях вблизи центра Галак­тики, поскольку там водородпреиму­щественно объединен в молекулы или ионизован (расщеплен на протон иэлектрон).

Мощные облака молекулярногово­дорода скрывают центр Галактики и наиболее удаленные объекты, находя­щиеся вплоскости Галактики. Однако микроволновые и инфракрасные теле­скопы позволяютнаблюдать и эти облака, и то, что находится сзади них в галактическом центре.Кроме моле­кулярного водорода облака содержат много стабильных молекул окиси(монооксида) углерода (СО), для ко­торых наибольшая характеристиче­ская длинаволны излучения составля­ет 3 мм. Это излучение проходит че­рез земнуюатмосферу и может быть зарегистрировано наземными прием­никами; особенно многоокиси угле­рода в темных пылевых облаках, по­этому она играет полезную роль дляопределения их размеров и плотно­сти. Измеряя доплеровский сдвиг (из­менениечастоты и длины волны сиг­нала, вызываемое движением источ­ника вперед илиназад относительно наблюдателя), можно определить и скорости движения облаков.

Обычно темные облака довольнохолодные - с температурой около 15 К(-260°С), поэтому окись углеро­да в нихнаходится в низких энергети­ческих состояниях и излучает на отно­сительнонизких частотах - в милли­метровом диапазоне. Часть вещества вблизи центраГалактики явно более теплая. С помощью Койперовской астрономическойобсерватории исследова­телями из Калифорнийского универ­ситета в Берклизарегистрировали бо­лее энергичное излучение окиси угле­рода в дальнейинфракрасной обла­сти, указывающее на температуру га­за около 400 К, чтоприблизительно соответствует точке кипения воды. Этот газ нагревается подвоздействи­ем идущего из центра Галактики уль­трафиолетового излучения и, воз­можно,ударных волн, которые воз­никают при столкновениях облаков, движущихся вокругцентра.

В других местах вокруг центраокись углерода несколько холоднее и большая часть ее излучения прихо­дится наболее длинные волны - око­ло 1 мм. Но даже здесь температура газа составляетнесколько сотен кельвинов, т. е. близка к температуре у поверхности Земли и гораздо выше, чем внутрибольшинства межзвезд­ных облаков. "К другим детально изу­ченным молекуламотносятся цианис­тый водород (HCN), гидроксил(ОН), моносульфид углерода (CS) и аммиак (NH^). Карта излучения HCN высо­кого разрешения былаполучена на ра­диоинтерферометре Калифорнийско­го университета. Карта указыва­етна существование разбитого на от­дельные сгустки, неоднородного дис­ка изтеплых молекулярных облаков, окружающего «полость» шириной около 10 св. лет вцентре Галак­тики. Поскольку диск наклонен от­носительно линии наблюдения сЗемли, эта круглая полость кажет­ся эллиптической (см. рис. внизу).

Атомы углерода и кислорода, часть которых ионизованаультрафи­олетом, перемешаны в диске с моле­кулярным газом. Карты инфракрас­ногои радиоизлучений, соответству­ющих линиям испускания ионов, ато­мов и разныхмолекул, показывают, что газовый диск вращается вокруг центра Галактики соскоростью око­ло 110 км/с, а также, что этот газ теп­лый и собран в отдельныесгустки. Измерения обнаружили и некоторые облака, движения которых совершен­ноне соответствуют этой общей схе­ме циркуляции; возможно, это веще­ство упалосюда с некоторого рассто­яния. Ультрафиолетовое излучение центральной области«ударяет» по внешнему краю облачного диска, со­здавая почти непрерывное кольцоионизованного вещества. Ионизован­ные стримеры и сгустки газа имеются также вцентральной полости.

Некоторые достаточно распро­страненные ионизованныеэлементы, включая неон, лишенный одного электрона, аргон без двух электронов исеру без трех электронов, имеют яр­киелинии излучения вблизи 10 мкм - в той части инфракрасного спектра, для которогоземная атмосфера про­зрачна. Было такжеобнаружено, что из всех элементов вблизи центра преобладает однозарядныйионизованный неон, тогда как трехза­рядный ион серы там практически от­сутствует.Чтобы отобрать три элек­трона у атома серы, нужно затратить гораздо большеэнергии, чем для то­го, чтобы отобрать один электрон у атома неона; наблюдаемыйсостав ве­щества указывает на то, что в цент­ральной области поток ультрафиоле­товогоизлучения велик, но его энер­гия не очень большая. Отсюда следу­ет, что этоизлучение, по-видимому, создается горячими звездами с темпе­ратурой от 30 до 35тыс. Кельвинов, и звезды с температурой, существенно больше указанной,отсутствуют.

Спектроскопический анализизлуче­ния ионов дал также подробную ин­формацию о скоростях разреженноговещества внутри

полости диаметром 10 св. лет, окружающейцентр. В неко­торых частях полости скорости

близ­ки к скорости вращения кольца моле­кулярногогаза - около 110 км/с. Часть облаков внутри этой области движется значительнобыстрее - при­мерно со скоростью 250 км/с, а неко­торые имеют скорости до 400км/с.

В самом центре обнаружено ионизованное веще­ство,движущееся со скоростями до 1000 км/с. Это вещество ассоцииро­вано с интереснымнабором объектов вблизи центра полости, известным как IRS16, который был обнаружен Беклином и Негебауэром во время по­искаисточников коротковолнового инфракрасного излучения. Большин­ство найденных имиочень небольших источников - это, вероятно, одиноч­ные массивные звезды, но IRS16 (16-й в их списке инфракрасный источник) представляет собой нечто иное: по­следующиеизмерения выявили в нем.пять ярких необычных компонентов. Вся эта центральная область - как теплыйгазовый диск, так и внутрен­няя полость - является, по-видимо­му, сценой, гдесовсем недавно разы­гралось какое-то бурное действие. Кольцо или диск газа,вращающиеся вокруг центра Галактики, должны постепенно превратиться в однород­нуюструктуру в результате столкно­вений между быстро и медленно дви­жущимисясгустками вещества. Из­мерения доплеровского сдвига пока­зывают, что разницамежду скоростя­ми отдельных сгустков в кольце моле­кулярного газа достигаетдесятков ки­лометров в секунду. Эти сгустки дол­жны сталкиваться, а ихраспределе­ние сглаживаться в масштабах време­ни порядка 100 тыс. лет, т. е. заодин-два оборота вокруг центра. Отсюда следует, что в течение этого проме­жуткавремени газ подвергся сильно­му возмущению, возможно, в резуль­тате выделенияэнергии из центра или падения вещества с некоторого рас­стояния извне, истолкновения между сгустками должны быть еще доста­точно сильными, чтобы в газевозни­кали ударные волны. Справедливость этих выводов может быть проверенапутем поиска «следов» таких волн.

Ударные волны могут быть иден­тифицированыпо спектральным ли­ниям горячих сильно возбужденных молекул. Такие молекулыбыли обна­ружены при наблюдениях с Койперовской астрономической обсервато­рии;к ним относятся радикалы гидроксила - электрически заряженные фрагменты молекулводы, которые были с силой разорваны на части. За­регистрировано такжекоротковолно­вое инфракрасное излучение горячих молекул водорода; оноуказывает, что в некоторых местах температура облаков молекулярного газадостига­ет 2000 К - именно такая температу­ра может создаваться ударными вол­нами.Каков источник плотных моле­кулярных пылевых облаков вблизи центра? Веществосодержит тяжелые элементы; это указывает на то, что оно было образовано внедрах звезд, где в результате элементы, такие как углерод, кислород и азот.Старые звезды расширяются и испускают огромное количество вещества, а в не­которыхслучаях взрываются как сверхновые. В любом случае тяжелые элементывыбрасываются в меж­звездное пространство. Вещество об­лаков, находящихсявблизи центра Галактики, было, по-видимому, бо­лее основательно «обработано»внут­ри звезд, чем вещество, расположен­ное дальше от центра, поскольку вблизицентра особенно много неко­торых редких изотопов, образующих­ся только внутризвезд.

Не все это вещество былосоздано ранее существовавшими звездами в непосредственной близости от цент­ра.Возможно, часть облаков была притянута извне. Под влиянием тре­ния и магнитныхполей вещество по­степенно стягивается по направлению к центру, поэтому в этойобласти оно должно скапливаться..

Газ в Большом МагеллановомОблаке.

Светящиеся газовыетуманности- одни из наиболее красивых и впечатляющих объектов во Вселенной.Туманность 30 Золотой Рыбы является самой яркой и большой из газовыхтуманностей трех десятков галактик местной группы, включая нашу Галактику. Онаимеет неправильную форму и огромные размеры. В то время как Большая туманностьв созвездии Ориона видна невооруженным глазом в виде звезды с размытымизображением. Туманность 30 Золотой Рыбы занимает на небе площадь, сравнимую сдиском солнца или полной луны, несмотря на то что она находится от нас в 100 слишним раз дальше туманности Ориона. Ее диаметр составляет около 1000 световыхлет, а туманности Ориона – всего три световых года. Газ туманности взначительной степени ионизирован: большая часть атомов потеряла по крайней мерепо одному электрону. Оказывается, туманность 30 Золотой Рыбы содержитионизированного газа в 1500 раз больше, чем туманность Ориона. Ионизация газапроисходит под действием ультрафиолетового излучения, испускаемого массивнымигорячими молодыми звездами, находящимися в туманности.

Двадцатый век породил удивительные науку и технику, они позволяют человеческой мысли проникать в глубиныВселенной, поистине за пределы известного мира. Наш кругозор и горизонтывидимого мира расширились на столько, что человеческий разум, пытающийсясбросить с себя оковы земных предрассудков, едва способен овладеть им. Ученые,работающие в различных областях науки, пытаясь с помощью физических законовобъяснить загадочные объекты, обнаруженные в наше время, убеждаются в том, чтоудивительная Вселенная, в которой мы живём, в основном ещё нам не известна.Если же какая-либо информация о Вселенной становится доступной, то часто дажесамый дерзновенный ум оказывается не подготовленным к её восприятию в тойформе, в какой её преподносит природа. Поражаясь необычности вновьоткрытых небесных объектов, следуетпомнить, что за всю историю человечества, ни одна наука не достигала стольфеноменально быстрого развития, как наукаоб этих уникальных объектах. И всё это буквально за последние десятилетия. Утоляя присущую человеку неистощимую жажду познания, астрофизикинеутомимо изучают природу этих небесных объектов, бросающих вызов человеческомуразуму.

1.С.Данлоп «Азбуказвёздного неба» (1990 г.)

2.И.Левитт «За пределами известного мира» (1978 г.)

3.Джон С. Матис «Объект необычайно высокой светимости в Большом Магелановом Облаке» (Вмире науки. Октябрь 1984 г.)

4.Чарлз Г. Таунс, Рейнгард Гензел «Что происходит в центре нашей Галактики?» (Вмире науки. Июнь 1990 г.)

5.Аванта плюс. Астрономия.