Фізичні властивості міжзоряного газу. Міжзоряні газ та пил

Міжзоряний газ

Міжзоряний газ- це розріджене газове середовище, що заповнює весь простір між зірками. Міжзоряний газ прозорий. Повна маса міжзоряного газу Галактиці перевищує 10 мільярдів мас Сонця чи кілька відсотків сумарної маси всіх зірок нашої Галактики. Середня концентрація атомів міжзоряного газу становить менше 1 атома см3. Основна його маса укладена поблизу площини Галактики у шарі завтовшки кілька сотень парсек. Щільність газу в середньому становить близько 10 -21 кг/м3. Хімічний склад приблизно такий самий, як і у більшості зірок: він складається з водню та гелію (90 % і 10 % за кількістю атомів, відповідно) з невеликою домішкою більш важких елементів. Залежно від температури та щільності міжзоряний газ перебуває у молекулярному, атомарному чи іонізованому станах. Спостерігаються холодні молекулярні хмари, розріджений міжхмарний газ, хмари іонізованого водню з температурою близько 10 тис. К. (Туманність Оріона), і великі області розрідженого і гарячого газу з температурою близько мільйона До. Ультрафіолетові промені, На відміну від променів видимого світла, поглинаються газом і віддають йому свою енергію. Завдяки цьому гарячі зірки своїм ультрафіолетовим випромінюванням нагрівають навколишній газ до температури приблизно 10 000 К. Нагрітий газ починає випромінювати світло, і ми спостерігаємо його як світлу газову туманність. Холодніший, «невидимий» газ спостерігають радіоастрономічними методами. Атоми водню в розрідженому середовищі випромінюють радіохвилі на довжині хвилі близько 21 см. Тому від областей міжзоряного газу безперервно поширюються потоки радіохвиль. Приймаючи та аналізуючи це випромінювання, вчені дізнаються про щільність, температуру та рух міжзоряного газу в космічному просторі.

Міжзоряне середовище
складники	Міжзоряний газ· Міжзоряний пил · Міжзоряна хмара · Космічні промені · Магнітне поле
Туманності	Дифузна (світла) туманність · Темна туманність · Емісійна туманність · Відбивна туманність · Залишок наднової · Планетарна туманність · Протопланетарна туманність
Області зіркоутворення	Молекулярна хмара · Глобула · Область H II
Навколозіркові освіти	Аккреційний диск · Протопланетний диск · Полярні струменеві течії · Об'єкт Хербіга - Аро
Випромінювання	Зірковий вітер · Реліктове випромінювання

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Міжзоряний газ" в інших словниках:

основ. компонент міжзоряного середовища, що становить прибл. 99% її маси. M. р. заповнює практично весь об'єм галактик. Наиб, вивчений M. р. у Галактиці. M. р. характеризується великою різноманітністю структур, що виникають у ньому, фіз. умов та протікаючих… … Фізична енциклопедія

Одна з основних складових міжзоряного середовища. Складається в основному з водню та гелію; загальна маса інших елементів менше 3%.

Матерія заповнює простір між зірками всередині галактик. Матерія у просторі між галактиками зв. міжгалактич. середовищем (див. Скупчення галактик. Міжгалактичний газ). Газ в оболонках навколо зірок (околозіркові оболонки) часто… Фізична енциклопедія

Міжзоряний пил тверді мікроскопічні частинки, що поряд з міжзоряним газом заповнюють простір між зірок. В даний час вважається що порошинки мають тугоплавке ядро, оточене органічною речовиною або крижаною оболонкою.

Карта місцевої міжзоряної хмари Міжзоряне середовище (МЗС) речовина та поля, що заповнюють міжзоряний простір усередині галактик … Вікіпедія

Розріджена речовина, міжзоряний газ та дрібні пилові частинки, що заповнюють простір між зірками в нашій та інших Галактиках. До складу М. с. входять, крім того, Космічні промені, міжзоряні магнітні поля. Велика Радянська Енциклопедія

Карта місцевої міжзоряної хмари Міжзорове середовище (МЗС) - це речовина і поля, що заповнюють міжзоряний простір усередині галактик. Склад: міжзоряний газ, пил (1 % від маси газу), міжзоряні магнітні поля, космічні промені, а також … Вікіпедія

Більше 200 новостворених зірок усередині хмари відомої як NGC 604 у галактиці Трикутника. Зірки опромінюють газ високоенергетично... Вікіпедія

Міжзоряний газ у нашій Галактиці Міжзоряний газ це розріджене газове середовище, що заповнює весь простір між зірками. Міжзоряний газ прозорий. Повна маса міжзоряного газу в Галактиці перевищує 10 мільярдів мас Сонця або ... Вікіпедія

Зірковий вітер процес витікання речовини із зірок у міжзоряний простір. 1 Визначення 2 Джерела енергії ... Вікіпедія

Газодинаміка – розділ фізики, який вивчає закони руху газу. З питаннями газодинаміки ми часто стикаємося і в повсякденному житті- це і звукові хвилі, і обтікання тіл, що швидко рухаються, і ударні хвилі, які в століття надзвукових швидкостей добре всім відомі. Але умови міжзоряного середовища суттєво змінюють закони руху газу.

Почнемо зі звукових хвиль. Як читач, ймовірно, знає, звукові хвилі являють собою послідовність стисків і розріджень газу, що поширюється в середовищі. Якщо трохи стиснути газ у певному обсязі, а потім надати йому можливість повернутися в початковий стан, то за інерцією він потім трохи розшириться, стисне сусідні з цим обсягом шари газу, а потім знову сам стиснеться. Виникнуть коливання, які передаватимуть і сусідні верстви, а від них - ще далі. Це і поширення звукових хвиль. Їхня швидкість залежить тільки від температури газу. Швидкість звукових хвиль у повітрі при температурі 300 К добре відома – 330 м/с, а зі зростанням температури вона збільшується пропорційно ( Т) 1/2 .

Але такі звукові хвилі є адіабатичними, тобто передбачається, що стиск та розрідження газу в звукових хвилях відбувається без втрати тепла. У міжзоряному просторі це негаразд. При збільшенні густини помітно збільшуються й втрати випромінювання. Тому міжзоряні звукові хвилі аж ніяк не адіабатичні. У першому наближенні їх можна вважати ізотермічними, т. е. припустити, що з стискуванні і розширенні газу температура у хвилі взагалі змінюється. Тоді швидкість звукових хвиль буде дещо меншою (у повітрі - на 20%) і її можна обчислити за формулою: зs = (RT/мю) 1/2, де R - Універсальна газова постійна, a мю - молекулярна вага. Цікаво, що ще Ньютон, який першим обчислив швидкість звукової хвилі, передбачав її ізотермічною, і тому довгий час було незрозумілим, чому в повітрі швидкість звуку виявилася більшою за обчислену. Однак для міжзоряних звукових хвиль ця формула, отримана Ньютоном, цілком застосовна.

Наступне важливе явище, яке у міжзоряних умовах також змінює свої властивості, – це ударні хвилі. Щоб його пояснити, розглянемо випадок, зображений на рис. 16. Нехай у закриту з одного кінця довгу трубу втікає газ із концентрацією п 1та швидкістю v. Налітаючи на стінку, він має зупинитися. Утворюється область нерухомого газу, яка повинна постійно збільшуватися в міру втікання нових порцій газу. Між газом, що покоїться і рухається, утворюється межа (пунктир на рис. 16), яка переміщається по трубі назустріч потоку газу.

Позначимо концентрацію газу за цим кордоном як п 2 .Виявляється, якщо швидкість v дуже велика (багато більша за швидкість звуку), то ця межа різка (ударна хвиля), а стрибок концентрації, тобто величина п 2 /п 1 ,виявляється обмеженим (наприклад, в одноатомному газі п 2 /п 1<4, в двухатомном п 2 /п 1<6). Пояснюється це просто. Кінетична енергія налітаючого газу не тільки стискає, а й нагріває газ, що зупинився. У нерухомій ділянці, таким чином, виникає великий газовий тиск, який і перешкоджає подальшому стиску.

Але в міжзоряному просторі цього не може бути. Як тільки газ стиснеться, різко зросте його випромінювання і температура вже не підніматиметься. Газовий тиск залишається невеликим, і він не перешкоджає подальшому стиску газу. В результаті, у міжзоряних ударних хвилях, які краще називати «стрибками ущільнення», можуть виникнути великі стрибки концентрації. Величину стрибка п 2 /п 1можна визначити, якщо порівняти газовий тиск у стиснутій області (тобто величину, пропорційну n 2 RT) з динамічним тиском налітаючого потоку газу, пропорційним п 1v 2 . Таким чином, отримуємо, що стрибок концентрації у міжзоряній ударній хвилі характеризується величиною n 2 /п 1 ~мюv 2 / RT~ v 2 / c s 2 , де Т- нормальна температура міжзоряного газу (близько 10 4 До зонах НII і набагато менше, 10-20 До, в молекулярних хмарах). Читач може легко переконатися, що навіть при невеликих швидкостях руху газу (наприклад, при швидкості 7-8 км/с - звичайної швидкості міжзоряних хмар) можна отримати (при їх зіткненні один з одним) стрибки ущільнення в десятки і навіть сотні разів мінливої ​​концентрації .

Звісно, ​​випадок, зображений на рис. 16 є ідеалізація - в міжзоряному просторі труб немає, але загальні особливості руху там саме такі.

Один із важливих випадків динаміки міжзоряного середовища зображено на рис. 17 - падіння міжзоряного газу під впливом власної сили тяжіння до центру хмари. Це падіння створює в центрі хмари область стиснення, оточену сферичним стрибком ущільнення, що поширюється від центру. Очевидно, що і тут може бути дуже сильний стиск речовини, але вже в реальному об'єкті, тобто дане явище дуже можливе при формуванні зірок.

Третя особливість міжзоряної газодинаміки – істотна роль магнітних полів. Розглянемо цю особливість з прикладу, знайомому читачеві з курсу шкільної фізики. Якщо через магнітне поле переміщати провідник, то ньому індукується електричний струм, який, своєю чергою, створює магнітне поле. Внаслідок взаємодії цих полів виникає сила, що гальмує переміщення провідника (правило Ленца). Коли електричний опір провідника великий, індуковані струми та магнітні поля виявляються слабкими і провідники легко переміщаються в магнітному полі. Але якщо електричне опір провідника дуже мало, виникають досить сильні індуковані струми, і сила опору переміщенню провідника істотно зростає - провідник «застряє». Відомо, наприклад, що надпровідник взагалі неможливо вштовхнути в область, зайняту магнітним полем. (Нагадуємо, що якщо провідник рухається вздовж магнітного поля, то в ньому взагалі не виникає струму і опору такому руху немає.)

А тепер повернемось до міжзоряного газу. Тут, як знаємо, багато вільних електронів, і тому електропровідність міжзоряного газу досить велика (навіть краще, ніж електропровідність міді). Тому переміщення такого газу через міжзоряне магнітне поле цілком можна уподібнити до переміщення хорошого металевого провідника в цьому ж полі. Тут треба ще врахувати, що величезні розміриміжзоряних хмар роблять ефект їхнього гальмування в магнітному полі дуже помітним.

Таким чином, міжзоряне магнітне поле має гальмувати рух міжзоряних хмар упоперек напряму поля та не перешкоджати їхньому руху вздовж поля. Очікується, що потоки міжзоряного газу спрямовані переважно вздовж магнітних силових ліній. Цей висновок підтверджується спостереженнями: дійсно, газ найчастіше рухається паралельно площині Галактики, причому і магнітне поле має приблизно той самий напрямок.

Однак, якщо міжзоряне магнітне поле слабке, так що воно вже не може зупинити рух газу впоперек силових ліній, тоді газ починає захоплювати з собою і магнітне поле. Іншими словами, рухомі потоки газу будуть тягнути за собою магнітні силові лінії, витягуючи і закручуючи їх. У цьому випадку кажуть, що магнітні силові лінії «вморожені» у міжзоряний газ (або міжзоряний газ «приклеєний» до магнітних силових ліній).

З визначення поняття силових ліній магнітного поля відомо, що напруженість магнітного поля Я (або магнітна індукція в)пропорційна числу силових ліній, що проходять через одиничний майданчик. Коли рух газу витягує і «заплутує» магнітні силові лінії, воно тим самим збільшує Н(В). Можна сказати, що тут кінетична енергія газу перетворюється на магнітну енергію. Зростання магнітного поля під час руху газу припиняється тоді, коли ці енергії виявляються одного порядку: pv 2 /2~ B 2 /8п(Тут р - щільність газу; зліва стоїть щільність кінетичної енергії, праворуч - щільність магнітної енергії). Особливо помітно посилення магнітного поля у згаданих вище стрибках щільності. Збільшення густини супроводжується, в силу принципу «вмороженості» поля, пропорційним збільшенням величини Ст.

Четвертою особливістю міжзоряної газодинаміки є існування іонізаційних фронтів - кордонів, що рухаються між зонами НII і областями HI. Вони з'являються внаслідок того, що газовий тиск у зонах НІ зазвичай набагато більший, ніж газовий тиск в областях HI. Насправді, розглядаючи міжзоряну термодинаміку, ми переконалися, що у двокомпонентній системі, що складається з хмар та міжхмарного середовища, величина тиску (а точніше, твір пТ) не більше 3 10 3 К/см 3 . З іншого боку, у зоні НІ, де Т=10 4 К, ця величина при "стандартному" значенні концентрації протонів та електронів (П~См -3) більше, а при великих концентраціях відмінність ще помітніша.

Таким чином, зони НII повинні розширюватися в навколишній простір. Але при розширенні щільність газу всередині зони падає, зменшується кількість рекомбінацій, і в результаті в цій зоні залишається частина «невикористаних» квантів, що іонізують. Вони проходять через межу первісної маси зони НII та іонізують нові атоми водню. Таким чином, весь процес складається не тільки з розширення речовини самої зони НII, але і ще з більш швидкого просування кордону між областями іонізованого і неіонізованого водню - зона НII росте як за своїми розмірами, так і за величиною своєї маси.

Таке переміщення межі зони НII називається рухом іонізаційного фронту, швидкість переміщення якого можна порівняти зі швидкістю звуку області HI. Якщо швидкість іонізаційного фронту більша за швидкість звуку в тому ж газі, то говорять про фронт R-Типу. Тут при переході через цей фронт газ іонізується та ущільнюється.

Навпаки, якщо швидкість фронту менша за відповідну швидкість звуку, то на іонізаційному фронті (називається фронтом D-Типу) відбувається зменшення концентрації. Щоб забезпечити це зменшення, фронт D-Типу часто «посилає» перед собою ударну хвилю, яка попередньо «підтискає» газ в області HI.

Як тільки в області HI утворюється нова гаряча зірка, вона спочатку створює маленьку зону НII, яка швидко розширюється як іонізаційний фронт R— типу. Потім швидкість розширеної зони НII зменшується, вперед посилається ударна хвиля, за якою на близькій відстані слідує іонізаційний фронт D-Типу.

Знання властивостей міжзоряної газодинаміки зовсім необхідне для розуміння процесів конденсації зірок з міжзоряного середовища - адже ця конденсація є не що інше, як рух міжзоряного газу. І як ми побачимо нижче, особливості міжзоряної газодинаміки виявляються у різних аспектах проблеми формування зірок.

Велику роль у динаміці зоряних процесів, у зоряній еволюції грає міжзоряне середовище, тісно пов'язане із зірками: у міжзоряному середовищі вони народжуються, а «вмираючи», віддають їй свою речовину. Таким чином, між зірками та міжзоряним середовищем відбувається кругообіг речовини: міжзоряне середовище > зірки > міжзоряне середовище. У ході такого кругообігу міжзоряне середовище збагачується створюваними в надрах зірок хімічними елементами. Близько 85% усіх хімічних елементівважче гелію виникло на зорі нашої Галактики, приблизно 15 млрд років тому. ВТО час відбувався інтенсивний процес зіркоутворення, а час життя, еволюції масивних зірокбуло щодо коротким. Лише 10-13% хімічних елементів (важкого гелію) мають вік менше 5 млрд. років.

Хоча навіть у потужні оптичні телескопи ми бачимо в нашому галактичному просторі лише зірки і темну «безодню», що розділяє їх, насправді міжзоряний галактичний простір не є абсолютною порожнечею, він заповнений матерією, речовиною і полем.

Питання лише в тому, які форми цієї матерії, в якому стані тут знаходяться речовина і поле.

Міжзоряне середовище складається на 90% з міжзоряного газу, який досить рівномірно перемішаний з міжзоряним пилом (близько 1% маси міжзоряного середовища), а також космічних променів, що пронизується міжзоряними магнітними полями, потоками нейтрино, гравітаційного та електромагнітного випромінювання. Всі компоненти міжзоряного середовища впливають один на одного (космічні промені та електромагнітне поле іонізують і нагрівають міжзоряний газ, магнітне поле визначає рух газу та ін.) Проявляє себе міжзоряне середовище в ослабленні, розсіянні, поляризації світла, поглинанні світла в окремих лініях спектру, радіовипромінюванні, інфрачервоному, рентгенівському та гамма-випромінюваннях, через оптичне світіння деяких туманностей та ін.

Основна складова міжзоряного середовища - міжзоряний газ, який, як і речовина зірок, складається головним чином з атомів водню (близько 90% всіх атомів) та гелію (близько 8%); 2% представлені іншими хімічними елементами (переважно кисень, вуглець, азот, сірка, залізо та ін.). Загальна маса молекулярного газу нашій Галактиці дорівнює приблизно 4 млрд мас Сонця, що становить приблизно 2% всієї маси речовини Галактики. Із цієї речовини щорічно утворюється приблизно 10 нових зірок!

Міжзоряний газ існує як в атомарному, так і в молекулярному стані (найбільш щільні та холодні частини молекулярного газу). При цьому він зазвичай перемішаний з міжзоряним пилом (яка є твердими дрібними тугоплавкими частинками, що містять водень, кисень, азот, силікати, залізо), утворюючи газопилові утворення, хмари. Революційне значення для космохімії мало відкриття у газопилових хмарах різних органічних сполук- вуглеводнів, спиртів, ефірів, навіть амінокислот та інших сполук, у яких молекули містять до 18 атомів вуглецю. На сьогодні у міжзоряному газі відкрито понад 40 органічних молекул. Найчастіше вони зустрічаються у місцях найбільшої концентрації газопилової речовини. Звісно виникає припущення, що органічні молекули з міжзоряних газопилових хмар могли сприяти виникненню найпростіших форм життя Землі. Газопилові хмари знаходяться під впливом різних сил(гравітаційних, електромагнітних, ударних хвиль, турбулентності та ін.), які або уповільнюють, або прискорюють неминучий процес їх гравітаційного стиску та поступового перетворення на протозірки.

Ймовірно, першими позаземними об'єктами, які привернули увагу людини ще в давнину, були Сонце і Місяць. Всупереч відомому жарту про те, що Місяць корисніше Сонцятому, що світить вночі, а вдень і без того світло, першорядна роль Сонця була відзначена людьми ще в первісну епоху, і це відбилося в міфах і легендах майже всіх народів.

Питання, яка природа зірок, виник, очевидно, набагато пізніше. Помітивши блукаючі зірки - планети, люди, можливо, вперше зробили спробу проаналізувати взаємозв'язок різних явищ, хоча астрологія, що виникла таким шляхом, підмінила знання забобонами. Цікаво, що астрономія, одна з найбільш узагальнюючих наук про природу, свої перші кроки робила по хиткій ґрунті помилок, відгомонів яких дійшли навіть до наших днів.

Причину цих оман легко зрозуміти, якщо врахувати, що перший етап розвитку науки про небо в буквальному сенсі слова був заснований на спогляданні та абстрактному мисленні, коли практично були відсутні астрономічні інструменти. Тим більше вражаюче, що цей етап блискуче завершився, безсмертним творіннямКоперника - першою та найважливішою революцією в астрономії. До цього здавалося очевидним, що спостережуване, видиме збігається з дійсним, реальним, копіює його. Коперник вперше довів, що дійсне може радикально та принципово відрізнятися від видимого.

Наступний такий же рішучий крок зроблено великим Галілеєм, який зумів побачити те, що не помітив навіть такий тонкий спостерігач, як Арістотель. Саме Галілей вперше зрозумів, що, всупереч очевидному, процес руху тіла зовсім не означає постійного впливу на нього іншого тіла. Відкритий Галілеєм принцип інерції дозволив потім Ньютон сформулювати закони динаміки, які послужили фундаментомсучасної фізики.

Якщо саме геніальне своєвідкриття Галілей зробив у галузі механіки - і це надалі принесло величезну користь астрономії, - то безпосередньо наука про небо завдячує йомупочатком нової добиу своєму розвитку – епохи телескопічних спостережень.

Застосування телескопа вастрономії насамперед незмірно збільшило кількість об'єктів, доступних дослідженням. Ще Джордано Бруно говорив про незліченні світи сонців. Він мав рацію: зірки - самі важливі об'єктиу Всесвіті, в них сконцентровано майже всю космічну речовину. Але зірки - це не просто резервуари для зберігання маси та енергії. Вони є термоядерними котлами, де відбувається процес утворення атомів важких елементів, без яких неможливі були б найскладніші етапи еволюції матерії, що призвели на Землі до виникненняфлори, фауни, людини і нарешті людської цивілізації.

У міру вдосконалення телескопів і методів реєстрації електромагнітного випромінювання астрономи отримують можливість проникати в дедалі більше віддалені куточки космічного простору. багата інформація про історію розвитку, іншими словами, про еволюцію Всесвіту. Сучасна астрономія збагатилася вченням про розвиток світів, подібно до того як біологія свого часу збагатилася вченням Дарвіна. Це вже більш висока ступінь переходу - від видимого до дійсного, бо з того, що видно сьогодні, ми пізнаємо суть явищ у далекому минулому і можемо передбачити майбутнє!

Останнім часом в астрономії намітився ще один важливий перехід від спостережуваного до дійсного. Саме собою спостерігається тепер виявилося надбанням багатьох учених-астрономів, озброєних найсучаснішою технікою, яка використовує найменші можливості, приховані у схованках фізичних законів і дозволяють виривати в природи її таємниці. Але проникнення в невідому ще нам реальність - це не просто уявлення про те, що навколо чого звертається, навіть не те, що є причиною руху або як виглядали ті чи інші тіла незапам'ятні часи, а щось набагато більше. Це – пізнання властивостей простору та часу в цілому, в масштабах, не доступних нашому безпосередньому сприйняттю та спогляданню.

Простір між зірками, за винятком окремих туманностей, виглядає порожнім. Насправді все міжзоряне простір заповнено речовиною. До такого висновку вчені прийшли після того, як на початку XX ст. швейцарський астроном Роберт Трюмплер відкрив поглинання світла зірок на шляху до земного спостерігача. Причому ступінь його ослаблення залежить від кольору зірки. Світло від блакитних зірок поглинається більш інтенсивно, ніж червоних. Таким чином, якщо зірка випромінює в блакитних і червоних променях однакову кількість енергії, то в результаті поглинання світлоблакитні промені послаблюються сильніше червоних і з Землі зірка здається червоною.

Речовина, що поглинає світло, розподілена в просторі не рівномірно, а має клаптувату структуру і концентрується до Чумацького Шляху. Темні туманності, такі, як Вугільний Мішок і Кінська Голова, є місцем підвищеної щільності поглинаючого міжзоряного.

речовини. А складається воно з найдрібніших частинок - порошинок. Фізичні властивості порошинок до теперішнього часу вивчені досить добре.

Крім пилу між зірками є велика кількістьневидимого холодного газу. Маса його майже сто разів перевищує масу пилу. Як стало відомо про існування цього газу? Виявилося, що атоми водню випромінюють радіохвилі з довжиною хвилі 21 см. Більшу частину інформації про міжзоряну речовину отримують за допомогою радіотелескопів. Так було відкрито хмари атомарного нейтрального водню.

Типова хмара атомарного нейтрального водню має температуру близько 70 К (-200 °С) і невисоку щільність (кілька десятків атомів в кубічному сантиметріпростору). Хоча таке середовище і вважається хмарою, для земляна це глибокий вакуум, у мільярд разів розрідженіший, ніж вакуум, що створюється, наприклад, у кінескопі телевізора. Розміри хмар водню - від 10 до 100 пк (для порівняння: зірки в середньому знаходяться один від одного на відстані 1 пк).

Згодом були виявлені ще більш холодні та щільні хмара молекулярного водню, абсолютно непрозорі для видимого світла. Саме в них зосереджена більша частинахолодного міжзоряного газу та пилу. За розмірами ці хмари приблизно такі ж, як і області атомарного водню, але щільність їх у сотні та тисячі разів вище. Тому у великих молекулярних хмарах може міститися величезна маса речовини, що досягає сотень тисяч і навіть мільйонів мас Сонця. У молекулярних хмарах, що складаються в основному з водню, присутні і багато складніших молекул, у тому числі найпростіші органічні сполуки. Деяка частина міжзоряної речовини нагріта до дуже високих температур і «світиться» в ультрафіолетових та рентгенівських променях. У рентгенівському діапазоні випромінює найгарячіший газ, що має температуру близько мільйона градусів. Це - коронал'ний газ, названий так по аналогії з розігрітим газом у сонячній короні. Корональний газ відрізняється дуже низькою щільністю: приблизно один атом на кубічний дециметр простору.

Гарячий розріджений газ утворюється в результаті потужних вибухів-Спалах наднових зірок. Від місця вибуху в міжзоряному газі поширюється ударна хвиля і нагріває газ до високої температури, коли він стає джерелом рентгенівського випромінювання. Корональний газ виявлено також у просторі між галактиками.

Отже, основним компонентом міжзоряного середовища є газ, що складається з атомів та молекул. Він перемішаний з пилом, що містить близько 1% маси міжзоряної речовини, і пронизується швидкими потоками елементарних частинок - космічними променями - і електромагнітним випромінюванням, які також можна вважати складовими міжзоряного середовища. Крім того, міжзоряне середовище виявилося злегка намагніченим.

Магнітні поля пов'язані з хмарами міжзоряного газу і рухаються разом із ними. Ці поля приблизно в 100 тис. розслабленіші за магнітне поле Землі. Міжзоряні магнітні поля сприяють освіті найбільш щільних і холодних хмар газу, з яких конденсуються зірки. Частинки космічних променів також реагують на міжзоряне магнітне поле: вони переміщаються вздовж його силових ліній по спіральних траєкторіях, ніби навиваючись на них. При цьому електрони, що входять до складу космічних променів, випромінюють радіохвилі. Це так зване синхротронне випромінювання народжується в міжзоряному просторі і впевнено спостерігається в радіодіапазоні.

ГАЗОВИТУМАННОСТІ

Спостереження за допомогою телескопів дозволили виявити на небі велику кількість слабких плям - світлих туманностей. Систематичне вивчення туманностей почав у XVIII ст. Вільям Гершель. Він поділяв їх на білі зелені. Переважна більшість білих туманностей утворена безліччю зірок - це зоряні скупчення і галактики, а деякі виявилися пов'язаними зміжзоряним пилом, який відбиває світло близько розташованих зірок, - це відбивні туманності. Як правило, в центрі такої туманності видно яскрава зірка. А ось зелені туманності - не що інше, як світіння міжзоряного газу.

Найяскравіша на небі газова туманність - Велика туманність Оріона. Вона видно в бінокль, а при гарному зорі її можна помітити і неозброєним очима - трохи нижче трьох зірок, розташованих в одну лінію, які утворюють Пояс Оріона. Відстань до цієї туманності близько 1000 світлових років.

Що змушує світитися міжзоряний газ? Адже звичне нам повітря прозоре і не випромінює світла. Голубонебо над головою світиться розсіяним на молекулах повітря світлом Сонця. Вночі небо стає темним. Втім, іноді все ж таки можна побачити свічення повітря, наприклад під час грози, коли під дією електричного розряду виникає блискавка. У північних широтах та в Антарктиді часто спостерігаються полярні сяйва - різнокольорові смуги та сполохи на небі. В обох випадках повітря випромінює світло несам собою, а під дією потоку швидких частинок. Потік електронів породжує спалах блискавки, а потрапляння в атмосферу Землі енергійних частинок з радіаційних поясів, що існують у навколоземному космічному просторі, - полярні сяйва.

Подібним чином виникає випромінювання в неонових та інших газових лампах: потік електронів бомбардує атоми газу і змушує їх світитися. В залежності від того, який газ знаходиться в лампі, від його тиску і електричної напруги, прикладеного до лампи, змінюється колір випромінюваного світла.

У міжзоряному газі також відбуваються процеси, що призводять до випромінювання світла, проте вони не завжди пов'язані з бомбардуванням газу швидкими частинками.

Пояснити, як виникає свічення міжзоряного газу, можна з прикладу атомарного водню. Атом водню складається з ядра (протона), що має позитивний електричний заряд, і навколо нього, що обертається, негативно зарядженого електрона. Вони пов'язані між собою електричним тяжінням. Витративши певну енергію, їх можна поділити. Такий поділ призводить до іонізації атома. Але електрони та ядра можуть знову з'єднатися один з одним. При кожному об'єднанні частинок виділятиметься енергія. Вона випромінюється у вигляді порції (кванту) світла певного кольору, що відповідає даній енергії.

Отже, для того щоб газ випромінював, необхідно іонізувати атоми, з яких він складається. Це може статися в результаті зіткнень з іншими атомами, але частіше іонізація виникає, коли атоми газу поглинають квантиультрафіолетового випромінювання, наприклад, від найближчої зірки.

Якщо поблизу хмари нейтрального водню спалахне блакитна гаряча зірка, то за умови, що хмара досить велика і масивна, майже все ультрафіолетові кванти від зірки поглинуться атомами хмари. Навколо зірки складається область іонізованого водню. Електрони, що звільнилися, утворюють електронний газ температурою близько 10 тис. градусів. Зворотний процес рекомбінації, коли вільний електрон захоплюється протоном, супроводжується перевипромінюванням звільненої енергії у вигляді квантів світла.

Світловилучається не тільки воднем. Як вважалося XIX в., колір зелених туманностей визначається випромінюванням якогось «небесного» хімічного елемента, який назвали небулієм (від латів. nebula- «туманність»). Але згодом з'ясувалося, що зеленим кольоромсвітиться кисень. Частина енергії руху частинок електронного газу витрачається на збудження атомів кисню,т. е. на переклад електрона в атомі на більш далеку від ядра орбіту. При поверненні електрона на стійку орбіту атом кисню повинен опустити квант зеленого світла. У земних умовах він не встигає цього зробити: щільність газу занадто висока і часті зіткнення «розряджають» збуджений атом. А у вкрай розрідженому міжзоряному середовищі від одного зіткнення до іншого проходить досить багато часу, щоб електрон встиг здійснити цей заборонений перехід і атом кисню послав у простір квант зеленого світла. Аналогічним чином виникає випромінювання азоту, сірки та деяких інших елементів.

Таким чином, область іонізованого газу навколо гарячих зірок можна представити у вигляді «машини», яка переробляє ультрафіолетове випромінювання зірки в дуже інтенсивне випромінювання, спектр якого містить лінії різних хімічних елементів. І колір газових туманностей, як з'ясувалося пізніше, різний: вони бувають зелені, рожеві та інших кольорів і відтінків - залежно від температури, щільності та хімічного складу газу.

Деякі зірки на завершальних стадіях еволюції поступово скидають зовнішні верстви, які, повільно розширюючись, утворюють туманності, що світяться. При спостереженні телескопи ці туманності нагадують диски планет, тому вони отримали назву планетарних. У центрі деяких з них можна побачити невеликі дуже гарячі зірки. Газові туманності, що розширюються, також виникають наприкінці життя деяких масивних зірок, коли вони вибухають як наднові; при цьому зірки повністю руйнуються, розсіюючи свою речовину в міжзоряний простір. Ця речовина багатоважкими елементами, що утворилися в ядерних реакціях, що протікали внутрішньозірки, і надалі служить матеріалом для зірок нових поколінь та планет.

Що відбувається у центрі нашої Галактики?

Центральна область Чумацького Шляхуприковувала увагу астрономів протягом багатьох десятиліть. Від неї до Землі всього 25тис. світлових років, тоді як від центрів інших галактик нас відокремлюють мільйони світлових років, тому є всі підстави сподіватися, що саме центр нашої Галактики вдасться вивчити докладніше. Однак протягом тривалого часу безпосередньо спостерігати цю область було неможливо, оскільки вона прихована великими щільними хмарами газу та пилу. Хоча відкриття, зроблені при спостереженнях рентгенівського ігамма-випромінювання, безумовно важливі, найбільш великі та цінні спектроскопічні дослідження центру Галактики були проведені в інфрачервоному та радіодіапазонах, в яких він вперше спостерігався. Досить докладно вивчалося радіовипромінювання атомного водню з довжиною хвилі 21 см. Водень - найпоширеніший елемент у Всесвіті, що компенсує слабкість його випромінювання. У тих областях Чумацького Шляху, де хмари міжзоряного газу не надто щільні і де ультрафіолетове випромінювання не дуже інтенсивне, водень присутній головним чином у вигляді ізольованих електрично нейтральних атомів; саме добре помітні радіосигнали атомарного водню детально картувалися для встановлення структури нашої Галактики.

На відстані понад 1000 св. років від центру Галактики випромінювання атомарного водню дає надійні дані про обертання Галактики та структуру її спіральних рукавів. З нього не можна отримати багато інформації про умови поблизу центру Галактики, оскільки там водень переважно об'єднаний в молекули або іонізований (розщеплений на протон і електрон).

Потужні хмари молекулярного водню приховують центр Галактики і найбільш віддалені об'єкти, що знаходяться в площині Галактики. Однак мікрохвильові та інфрачервоні телескопи дозволяють спостерігати і ці хмари, і те, що знаходиться ззаду них в галактичному центрі. Це випромінювання проходить через земну атмосферу і може бути зареєстроване наземними приймачами; особливо багатоокису вуглецю в темних хмарах, тому вона грає корисну рольдля визначення їх розмірів та щільності. Вимірюючи доплерівський зрушення (зміна частоти і довжини хвилі сигналу, що викликається рухом джерела вперед або назад щодо спостерігача), можна визначити і швидкості руху хмар.

Зазвичай темні хмари досить холодні - з температурою близько 15 К (-260 ° С), тому оксид вуглецю в них знаходиться в низьких енергетичних станах і випромінює на відносно низьких частотах - в міліметровому діапазоні. Частина речовини поблизу центру Галактики явно тепліша. За допомогою Койперівської астрономічної обсерваторії дослідниками з Каліфорнійського університету в Берклі зареєстрували більш енергійне випромінювання окису вуглецю в дальній інфрачервоній області, що вказує на температуру газу близько 400 К, що приблизно відповідає точці кипіння води. Цей газ нагрівається під впливом ультрафіолетового випромінювання, що йде з центру Галактики і, можливо, ударних хвиль, які виникають при зіткненнях хмар, що рухаються навколо центру.

В інших місцях навколо центру окис вуглецю дещо холодніше і більшість її випромінювання припадає на більш довгі хвилі - близько 1 мм. Але навіть тут температура газу складає кілька сотень кельвінів, тобто близька до температури у поверхні Землі і набагато вище, ніж усередині більшості міжзоряних хмар. "До інших детально вивчених молекул відносяться ціаністий водень (HCN), гідроксил (ОН), моносульфід вуглецю (CS) і аміак (NH^). Карта випромінювання HCN високого дозволу була отримана на радіоінтерферометрі Каліфорнійського університету. Карта вказує на існування розбитого на окремі згустки, не з теплих молекулярних хмар, що оточує «порожнину» шириною близько 10 святих років у центрі Галактики, оскільки диск нахилений щодо лінії спостереження з Землі, ця кругла порожнина здається еліптичною (див. рис. внизу).

Атоми вуглецю та кисню, частина яких іонізована ультрафіолетом, перемішані в диску з молекулярним газом. Карти інфрачервоного і радіовипромінювань, відповідних лініях випромінювання іонів, атомів і різних молекул, показують, що газовий диск обертається навколо центру Галактики зі швидкістю близько 110 км/с, а також, що цей газ теплий і зібраний в окремі згустки. Вимірювання виявили і деякі хмари, рухи яких зовсім не відповідають цій загальній схемі циркуляції; можливо, ця речовина впала сюди з деякої відстані. Ультрафіолетове випромінювання центральної області «вдаряє» по зовнішньому краю хмарного диска, створюючи майже безперервне кільце іонізованої речовини. Іонізовані стримери та згустки газу є також у центральній порожнині.

Деякі досить поширені іонізовані елементи, включаючи неон, позбавлений одного електрона, аргон без двох електронів і серу без трьох електронів, мають яскраві випромінювання поблизу 10 мкм - в тій частині інфрачервоного спектру, для якого земна атмосфера прозора. Було також виявлено, що з усіх елементів поблизу центру переважає однозарядний іонізований неон, тоді як тризарядний іон сірки там практично відсутній. спостерігається склад речовини вказує на те, що в центральній області потік ультрафіолетового випромінювання великий, але його енергія не дуже велика. Звідси випливає, що це випромінювання, мабуть, створюється гарячими зірками з температурою від 30 до 35тис. Кельвінів, і зірки з температурою, значно більше зазначеної, відсутні.

Спектроскопічний аналіз випромінювання іонів дав також докладну інформацію про швидкості розрідженого речовини всередині

порожнини діаметром 10 св. років, навколишній центр. У деяких частинах порожнини швидкості

близькі до швидкості обертання кільця молекулярного газу - близько 110 км/с. Частина хмар усередині цієї області рухається значно швидше - приблизно зі швидкістю 250 км/с, а деякі мають швидкості до 400 км/с.

У самому центрі виявлено іонізовану речовину, що рухається зі швидкостями до 1000 км/с. Ця речовина асоційована з цікавим набором об'єктів поблизу центру порожнини, відомим як IRS16, який був виявлений Бекліном і Негебауер під час пошуку джерел короткохвильового інфрачервоного випромінювання. Більшість знайдених і дуже невеликих джерел - це, ймовірно, одиночні масивні зірки, але IRS16 (16-й в їх списку інфрачервоне джерело) являє собою щось інше: наступні вимірювання виявили в ньому. п'ять яскравих незвичайних компонентів. Вся ця центральна область - як теплий газовий диск, так і внутрішня порожнина - є, мабуть, сценою, де зовсім недавно розігралася якась бурхлива дія. Кільце або диск газу, що обертаються навколо центру Галактики, повинні поступово перетворитися на однорідну структуру в результаті зіткнень між швидко і повільно рухомими згустками речовини. Вимірювання доплерівського зсуву показують, що різниця між швидкостями окремих згустків у кільці молекулярного газу досягає десятків кілометрів на секунду. Ці згустки повинні зіштовхуватися, які розподіл згладжуватися в масштабах часу близько 100 тис. років, т. е. заодин-два обороту навколо центру. Звідси випливає, що протягом цього проміжку часу газ зазнав сильного обурення, можливо, в результаті виділення енергії з центру або падіння речовини з певної відстані ззовні, зіткнення між згустками повинні бути ще досить сильними, щоб у газі виникали ударні хвилі. Справедливість цих висновків може бути перевірена шляхом пошуку «слідів» таких хвиль.

Ударні хвилі можуть бути ідентифіковані за спектральними лініями гарячих сильно збуджених молекул. Такі молекули були виявлені при спостереженнях з Койперівської астрономічної обсерваторії; до них відносяться радикали гідроксилу - електрично заряджені фрагменти молекул води, які були з силою розірвані на частини. Зареєстровано також короткохвильове інфрачервоне випромінювання гарячих молекул водню; воно вказує, що в деяких місцях температура хмар молекулярного газу досягає 2000 К - саме така температура може створюватися ударними хвилями. Яке джерело щільних молекулярних хмар пилу поблизу центру? Речовина містить важкі елементи; це вказує на те, що воно було утворене впровадженнях зірок, де в результаті елементи, такі як вуглець, кисень і азот.Старі зірки розширюються і випускають велика кількістьречовини, а в деяких випадках вибухають як наднові. У будь-якому випадку важкі елементи викидаються у міжзоряний простір. Речовина хмар, що знаходяться поблизу центру Галактики, була, мабуть, більш ґрунтовно «оброблена»всередині зірок, ніж речовина, розташована далі від центру, оскільки поблизу центру особливо багато деяких рідкісних ізотопів, що утворюються тільки внутрізір.

Не вся ця речовина була створена раніше існували зірками в безпосередньої близькостівід центру. Можливо, частина хмар була притягнута ззовні. Під впливом тертя і магнітних полів речовина поступово стягується у напрямку до центру, тому в цій області воно має накопичуватися.

Газ у Великій МагеллановійХмарі.

Туманність 30 Золотої Риби є найяскравішою і найбільшою з газових туманностей трьох десятків галактик місцевої групи, включаючи нашу Галактику. Вона має неправильну форму та величезні розміри. У той час як Велика туманність у сузір'ї Оріона видно неозброєним оком у вигляді зірки з розмитими зображенням. Туманність 30 Золотої Риби займає на небі площу, порівнянну здиском сонця або повного місяця, незважаючи на те, що вона знаходиться від нас у 100 зайвих разів далі за туманність Оріона. Її діаметр становить близько 1000 світлових років, а туманності Оріона - всього три світлові роки. Газ туманності значною мірою іонізований: більшість атомів втратила принаймні по одному електрону. Виявляється, туманність 30 Золотої Риби містить іонізованого газу в 1500 разів більше, ніж туманність Оріону. Іонізація газу відбувається під дією ультрафіолетового випромінювання, що випускається масивними гарячими молодими зірками, що знаходяться в туманності.

Двадцяте століття породило дивовижні науку та техніку, вони дозволяють людської думкипроникати в глибини Всесвіту, воістину за межі відомого світу. Наш кругозір і горизонти видимого світу розширилися на стільки, що людський розум, який намагається скинути з себе пута земних забобонів, ледве здатний оволодіти ним. Вчені, які працюють у різних галузях науки, намагаючись за допомогою фізичних законів пояснити загадкові об'єкти, виявлені в наш час, переконуються в тому, що дивовижний Всесвіт, в якому ми живемо, в основному ще нам не відома. Якщо ж якась інформація про Всесвіт стає доступною , то найчастіше навіть сміливий розум виявляється не підготовленим до її сприйняттю в тій формі, в якій її підносить природа. Уражаючись незвичайності нововідкритих небесних об'єктів, слід пам'ятати, що за всю історію людства, жодна наука не досягала настількифеноменально швидкого розвитку, як наука про ці унікальні об'єкти. І все це буквально за останні десятиліття. Вгамовуючи властиву людині невичерпну спрагу пізнання, астрофізики невтомно вивчають природу цих небесних об'єктів, що кидають виклик людському розуму.

1.С.Данлоп «Азбукозоряного неба» (1990 р.)

2.І.Левітт «За межами відомого світу» (1978 р.)

3.Джон С. Матіс «Об'єкт надзвичайно високої світності у Великій Магеланові Хмарі» (У світі науки. Жовтень 1984 р.)

4. Чарлз Г. Таунс, Рейнгард Гензел «Що відбувається у центрі нашої Галактики?» (У світі науки. Червень 1990 р.)

5.Аванта плюс. Астрономія.

Каплан С.А., Пікельнер С.Б. Фізика міжзоряного середовища. М., 1979
Шкловський І.С. Зірки: їх народження, життя та смерть. М., 1984
Спітцер Л. Простір між зірками. М., 1986
Бочкарьов Н.Г. Основи фізики міжзоряного середовища. М., 1992
Сурдін В.Г. Народження зірок. М., 1997
Кононович Е.В., Мороз В.І. Загальний курс астрономії. М., 2001