Диффузная материя
Пространство между планетами, звездами, туманностями и галактиками не абсолютно пустое — оно заполнено диффузной материей. Она существует в виде разобщенных атомов и молекул, а также более плотных образований – гигантских облаков пыли и газа – газопылевых туманностей. Значительную долю материи во Вселенной занимает материя в виде излучения.
Плотность этой диффузной среды чрезвычайно низка — она в 10^24 раз меньше плотности воды, тогда как плотность газовых и цвет более красным.
В 1847 г. известный астроном, директор Пулковской обсерватории В. Я. Струве установил факт поглощения света в межзвездном пространстве, пылевых туманностей раз в сто или в тысячу больше, чем у этой среды.
Как ни мала плотность межзвездной диффузной среды, эта среда заметно поглощает свет очень далеких звезд и ослабляет их блеск. Это открытие стало общепризнанным лишь в XX в. Астрономам постоянно приходится считаться с тем, что в мировом пространстве свет частично поглощается, и учитывать это поглощение при изучении далеких звезд.
Межзвездная среда, как и туманности, сгущается в плоскости Галактики. Газовые туманности и межзвездный газ испускают радиоволны, изучение которых помогает нам узнать их природу и установить местоположение даже там, где они не светятся.
Состав диффузной материи
Межзвездная пыль и газ
Исследования показали, что межзвездная пыль сосредоточена в слое небольшой толщины (около 200-300 пк) вдоль галактической плоскости. Он состоит из разреженной газопылевой среды, которая местами сгущается в облака. Проходя расстояние в 1000 пк в плоскости Галактики, свет ослабляется в среднем на 1,5 звездной величины.
Уменьшение видимой яркости далеких звезд затрудняет точное определение расстояния до них путем сравнения их абсолютной звездной величины с видимой. Определяя расстояния, приходится учитывать не только влияние космической пыли, но и неравномерное ее распределение, наличие темных облаков.
Сходные по своей природе и близкие по составу газопылевые облака выглядят по-разному. Непрозрачные для света, они могут наблюдаться как темные туманности
Когда газопылевое облако освещается очень горячей звездой (температура которой не ниже 20 000-30 000 К), то ультрафиолетовое излучение звезды ионизует водород и другие газы облака и заставляет их светиться. Газ поглощает ультрафиолетовые лучи, а излучает в красных, зеленых и других линиях спектра. Такое светящееся облако называют диффузной газовой туманностью. Если бы горячая звезда вдруг угасла, туманность бы тоже вскоре перестала светиться. Типичная туманность такого типа находится в созвездии Ориона. Она видна (зимой) в сильный бинокль, но только фотография выявляет ее структуру.
Созвездие Ориона
Газопылевых разреженных диффузных туманностей известно много. Все они клочковаты, неправильной формы, без четких очертаний. Спектр туманностей состоит из ярких линий водорода, кислорода и других легких газов.
Особым типом туманностей являются планетарные туманности — светящиеся газовые оболочки, выбрасываемые звездами на определенной стадии их развития, которая является закономерным этапом для большинства звезд. Природа их свечения такая же, как и диффузных туманностей.
Темная материя
Полученные в последнее время космологические данные требуют кардинального дополнения современных представлений о структуре материи и фундаментальных взаимодействиях элементарных частиц. Помимо обычного вещества во Вселенной имеется другой тип вещества – темная материя.
Лишь 5% массы Вселенной приходится на понятное нам «обычное» вещество. Остальные 95% – это некие субстанции: темная материя (25%) и темная энергия (65 – 70%).
Темная материя сродни обычному веществу. Она способна собираться в сгустки (размером с галактику) и участвует в гравитационных взаимодействиях. Скорее всего, темная материя состоит из новых, не открытых еще в земных условиях частиц.
Темная энергия – гораздо более странная субстанция, чем темная материя. Она не собирается в сгустки, а равномерно распределена во Вселенной. Темная энергия носит явно выраженный невещественный характер, но именно она доминирует во Вселенной.
Нейтральный водород и молекулярный газ
Много сведений о межзвездном газе приносят исследования его радиоизлучения. Водород в светлых туманностях ионизуется и светится, только если поблизости есть горячие звезды. Но основная масса водорода в Галактике нейтральна.
Нейтральный водород в космосе не светится и невидим. Однако он излучает радиоволну длиной 0,21 м.
По интенсивности излучения на этой длине волны определяют массу и плотность водорода, а по отличию фактической длины волны от 0,21 м по эффекту Доплера находят скорость водородного облака.
В настоящее время выяснена общая картина распределения водорода в Галактике. Он расположен преимущественно в тонком слое вблизи галактической плоскости. Облака водорода можно наблюдать на расстояниях, гораздо больших, чем те, на которых возможно наблюдать в телескоп отдельные звезды.
В межзвездном пространстве, помимо водорода, находятся гелий, а также атомы и некоторые простейшие молекулы других химических элементов в количестве, малом сравнительно с водородом и гелием. Многие молекулы обнаружены радиометодами (по излучению и поглощению радиоволн). Среди них ОН, Н2О, СО, СО2, NH3 и некоторые более сложные молекулы.
Магнитное поле, космические лучи и радиоизлучение
В Галактике существует общее магнитное поле. Линии индукции этого поля в основном параллельны галактической плоскости. Изгибаясь, они идут вдоль спиральных ветвей Галактики. Индукция магнитного поля Галактики около 10-10 Тл, но в облаках газа она выше.
При вспышках сверхновых звезд, кроме быстрых атомных ядер (в основном протонов), составляющих космические лучи, выбрасывается много электронов со скоростями, близкими к скорости света.
Магнитное поле Галактики тормозит быстрые электроны, и это вызывает нетепловое (синхротронное) радиоизлучениена метровых и более длинных волнах. Оно приходит к нам со всех сторон.
Наиболее сильное радиоизлучение принимается из области Млечного Пути.
Это радиоизлучение рождается в межзвездном пространстве вблизи плоскости нашей Галактики, где плотность космических лучей и индукция межзвездного магнитного поля достигают наиболее высоких значений.
Помимо Млечного Пути, в Галактике есть и другие источники радиоизлучения.
Гравитационное взаимодействие во Вселенной
Для объяснения структуры мегамира наиболее важным является гравитационное взаимодействие. Всякое тело притягивает другое тело, но сила гравитации, согласно закону всемирного тяготения, быстро уменьшается с увеличением расстояния между ними.
В газово-пылевых туманностях под действием сил гравитации происходит формирование неустойчивых неоднородностей, благодаря чему диффузная материя распадается на ряд сгущений.
Если сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением времени они превращаются в звезды.
Важно отметить, что происходит процесс рождения не отдельной изолированной звезды, а звездных ассоциаций.
Рождение диффузной материи
Еще древние греки рисовали себе мир происшедшим из беспредельного хаоса. Эти представления о происхождении компактных мировых тел из разреженной и хаотической материи, обычно мыслимой как газ, бессознательно отражены и в идеях Гершеля о сгущении туманностей в звезды и в гипотезах Канта, Лапласа и других о рождении Солнечной системы из туманности, в теориях Джинса об образовании спиральных звездных систем.
Из различных форм вещества во Вселенной в настоящее время мы, кроме больших тел (звезд и планет), знаем лишь диффузный газ и метеоритную пыль.
Процесс образования масс диффузного газа происходит в настоящее время, можно сказать, на наших глазах. Он происходил и раньше и будет еще происходить долго в будущем. Можно видеть на небе примеры туманностей типа переходного от планетарных к диффузным
Что планетарные туманности образованы за счет газов, выделенных когда-то самой звездой, сидящей внутри каждой из них, в этом нет никаких сомнений. Итак, за счет газов, выделенных когда-то звездами — ядрами планетарных туманностей, все время образуются разреженные межзвездные газы, а в некоторых случаях и диффузные туманности.
С тех пор как Галактика существует, звезды, образующие вокруг себя планетарные туманности, доставили в мировое пространство массу газов, по меньшей мере равную массе десяти миллионов солнц, — массу, весьма внушительную, а вероятно, в действительности она во много раз больше.
Кроме планетарных туманностей, непосредственно на наших глазах газы выбрасываются в мировое пространство новыми и сверхновыми звездами . Так звезда Вольфа — Райе теряет в год около 10-5 массы Солнца путем непрерывного выбрасывания атомов со своей поверхности.
В какой-то мере даже наше Солнце и все звезды теряют вещество со своей поверхности, заполняя им окружающее пространство.
За время с рождения Земли в я межзвездное пространство приобрело массу газа, из которой можно было бы сделать три миллиарда солнц.
Если учесть еще, что, вероятно, все звезды, а не только указанные выше, поставляют в межзвездное пространство свой газ (путем выброса протуберанцев или иначе), то окажется, что масса газа, выброшенного звездами за время существования Галактики, может быть, даже превосходит наблюдаемую в ней теперь массу диффузной материи.
- Вывод: масса диффузной материи не только прибывает, но и убывает.
Куда она может убывать?
- Очевидно, она снова конденсируется в более плотные тела — в звезды и т. п.
Конечно, возможно и необходимо, чтобы первые поколения звезд каждой галактики возникали из «первичного» газа, происшедшего не из звезд, а иным путем.
При этом звезды разных периодов образования, имели разный химический состав, так как процесс изменения существует и во Вселенной.
Видео
Источники
Пространство между планетами, звездами, туманностями и галактиками не абсолютно пустое — оно заполнено диффузной материей. Она существует в виде разобщенных атомов и молекул, а также более плотных образований – гигантских облаков пыли и газа – газопылевых туманностей. Значительную долю материи во Вселенной занимает материя в виде излучения.
Плотность этой диффузной среды чрезвычайно низка — она в 10^24 раз меньше плотности воды, тогда как плотность газовых и цвет более красным.
В 1847 г. известный астроном, директор Пулковской обсерватории В. Я. Струве установил факт поглощения света в межзвездном пространстве, пылевых туманностей раз в сто или в тысячу больше, чем у этой среды.
Как ни мала плотность межзвездной диффузной среды, эта среда заметно поглощает свет очень далеких звезд и ослабляет их блеск. Это открытие стало общепризнанным лишь в XX в. Астрономам постоянно приходится считаться с тем, что в мировом пространстве свет частично поглощается, и учитывать это поглощение при изучении далеких звезд.
Межзвездная среда, как и туманности, сгущается в плоскости Галактики. Газовые туманности и межзвездный газ испускают радиоволны, изучение которых помогает нам узнать их природу и установить местоположение даже там, где они не светятся.
Состав диффузной материи
Межзвездная пыль и газ
Исследования показали, что межзвездная пыль сосредоточена в слое небольшой толщины (около 200-300 пк) вдоль галактической плоскости. Он состоит из разреженной газопылевой среды, которая местами сгущается в облака. Проходя расстояние в 1000 пк в плоскости Галактики, свет ослабляется в среднем на 1,5 звездной величины.
Уменьшение видимой яркости далеких звезд затрудняет точное определение расстояния до них путем сравнения их абсолютной звездной величины с видимой. Определяя расстояния, приходится учитывать не только влияние космической пыли, но и неравномерное ее распределение, наличие темных облаков.
Сходные по своей природе и близкие по составу газопылевые облака выглядят по-разному. Непрозрачные для света, они могут наблюдаться как темные туманности
Когда газопылевое облако освещается очень горячей звездой (температура которой не ниже 20 000-30 000 К), то ультрафиолетовое излучение звезды ионизует водород и другие газы облака и заставляет их светиться. Газ поглощает ультрафиолетовые лучи, а излучает в красных, зеленых и других линиях спектра. Такое светящееся облако называют диффузной газовой туманностью. Если бы горячая звезда вдруг угасла, туманность бы тоже вскоре перестала светиться. Типичная туманность такого типа находится в созвездии Ориона. Она видна (зимой) в сильный бинокль, но только фотография выявляет ее структуру.
Созвездие Ориона
Газопылевых разреженных диффузных туманностей известно много. Все они клочковаты, неправильной формы, без четких очертаний. Спектр туманностей состоит из ярких линий водорода, кислорода и других легких газов.
Особым типом туманностей являются планетарные туманности — светящиеся газовые оболочки, выбрасываемые звездами на определенной стадии их развития, которая является закономерным этапом для большинства звезд. Природа их свечения такая же, как и диффузных туманностей.
Темная материя
Полученные в последнее время космологические данные требуют кардинального дополнения современных представлений о структуре материи и фундаментальных взаимодействиях элементарных частиц. Помимо обычного вещества во Вселенной имеется другой тип вещества – темная материя.
Лишь 5% массы Вселенной приходится на понятное нам «обычное» вещество. Остальные 95% – это некие субстанции: темная материя (25%) и темная энергия (65 – 70%).
Темная материя сродни обычному веществу. Она способна собираться в сгустки (размером с галактику) и участвует в гравитационных взаимодействиях. Скорее всего, темная материя состоит из новых, не открытых еще в земных условиях частиц.
Темная энергия – гораздо более странная субстанция, чем темная материя. Она не собирается в сгустки, а равномерно распределена во Вселенной. Темная энергия носит явно выраженный невещественный характер, но именно она доминирует во Вселенной.
Нейтральный водород и молекулярный газ
Много сведений о межзвездном газе приносят исследования его радиоизлучения. Водород в светлых туманностях ионизуется и светится, только если поблизости есть горячие звезды. Но основная масса водорода в Галактике нейтральна.
Нейтральный водород в космосе не светится и невидим. Однако он излучает радиоволну длиной 0,21 м.
По интенсивности излучения на этой длине волны определяют массу и плотность водорода, а по отличию фактической длины волны от 0,21 м по эффекту Доплера находят скорость водородного облака.
В настоящее время выяснена общая картина распределения водорода в Галактике. Он расположен преимущественно в тонком слое вблизи галактической плоскости. Облака водорода можно наблюдать на расстояниях, гораздо больших, чем те, на которых возможно наблюдать в телескоп отдельные звезды.
В межзвездном пространстве, помимо водорода, находятся гелий, а также атомы и некоторые простейшие молекулы других химических элементов в количестве, малом сравнительно с водородом и гелием. Многие молекулы обнаружены радиометодами (по излучению и поглощению радиоволн). Среди них ОН, Н2О, СО, СО2, NH3 и некоторые более сложные молекулы.
Магнитное поле, космические лучи и радиоизлучение
В Галактике существует общее магнитное поле. Линии индукции этого поля в основном параллельны галактической плоскости. Изгибаясь, они идут вдоль спиральных ветвей Галактики. Индукция магнитного поля Галактики около 10-10 Тл, но в облаках газа она выше.
При вспышках сверхновых звезд, кроме быстрых атомных ядер (в основном протонов), составляющих космические лучи, выбрасывается много электронов со скоростями, близкими к скорости света.
Магнитное поле Галактики тормозит быстрые электроны, и это вызывает нетепловое (синхротронное) радиоизлучениена метровых и более длинных волнах. Оно приходит к нам со всех сторон.
Наиболее сильное радиоизлучение принимается из области Млечного Пути.
Это радиоизлучение рождается в межзвездном пространстве вблизи плоскости нашей Галактики, где плотность космических лучей и индукция межзвездного магнитного поля достигают наиболее высоких значений.
Помимо Млечного Пути, в Галактике есть и другие источники радиоизлучения.
Гравитационное взаимодействие во Вселенной
Для объяснения структуры мегамира наиболее важным является гравитационное взаимодействие. Всякое тело притягивает другое тело, но сила гравитации, согласно закону всемирного тяготения, быстро уменьшается с увеличением расстояния между ними.
В газово-пылевых туманностях под действием сил гравитации происходит формирование неустойчивых неоднородностей, благодаря чему диффузная материя распадается на ряд сгущений.
Если сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением времени они превращаются в звезды.
Важно отметить, что происходит процесс рождения не отдельной изолированной звезды, а звездных ассоциаций.
Рождение диффузной материи
Еще древние греки рисовали себе мир происшедшим из беспредельного хаоса. Эти представления о происхождении компактных мировых тел из разреженной и хаотической материи, обычно мыслимой как газ, бессознательно отражены и в идеях Гершеля о сгущении туманностей в звезды и в гипотезах Канта, Лапласа и других о рождении Солнечной системы из туманности, в теориях Джинса об образовании спиральных звездных систем.
Из различных форм вещества во Вселенной в настоящее время мы, кроме больших тел (звезд и планет), знаем лишь диффузный газ и метеоритную пыль.
Процесс образования масс диффузного газа происходит в настоящее время, можно сказать, на наших глазах. Он происходил и раньше и будет еще происходить долго в будущем. Можно видеть на небе примеры туманностей типа переходного от планетарных к диффузным
Что планетарные туманности образованы за счет газов, выделенных когда-то самой звездой, сидящей внутри каждой из них, в этом нет никаких сомнений. Итак, за счет газов, выделенных когда-то звездами — ядрами планетарных туманностей, все время образуются разреженные межзвездные газы, а в некоторых случаях и диффузные туманности.
С тех пор как Галактика существует, звезды, образующие вокруг себя планетарные туманности, доставили в мировое пространство массу газов, по меньшей мере равную массе десяти миллионов солнц, — массу, весьма внушительную, а вероятно, в действительности она во много раз больше.
Кроме планетарных туманностей, непосредственно на наших глазах газы выбрасываются в мировое пространство новыми и сверхновыми звездами . Так звезда Вольфа — Райе теряет в год около 10-5 массы Солнца путем непрерывного выбрасывания атомов со своей поверхности.
В какой-то мере даже наше Солнце и все звезды теряют вещество со своей поверхности, заполняя им окружающее пространство.
За время с рождения Земли в я межзвездное пространство приобрело массу газа, из которой можно было бы сделать три миллиарда солнц.
Если учесть еще, что, вероятно, все звезды, а не только указанные выше, поставляют в межзвездное пространство свой газ (путем выброса протуберанцев или иначе), то окажется, что масса газа, выброшенного звездами за время существования Галактики, может быть, даже превосходит наблюдаемую в ней теперь массу диффузной материи.
- Вывод: масса диффузной материи не только прибывает, но и убывает.
Куда она может убывать?
- Очевидно, она снова конденсируется в более плотные тела — в звезды и т. п.
Конечно, возможно и необходимо, чтобы первые поколения звезд каждой галактики возникали из «первичного» газа, происшедшего не из звезд, а иным путем.
При этом звезды разных периодов образования, имели разный химический состав, так как процесс изменения существует и во Вселенной.