Презентация «Туманности»

Туманности

Смотрящие из глубин космоса загадочные объекты давным-давно привлекали интерес людей, наблюдающих за небом.

Еще древнегреческий ученый Гиппарх в своем каталоге отметил наличие в ночном небе нескольких туманных объектов. Его коллега Птолемей пополнил список еще пятью туманностями. В XVII веке Галилей изобрел телескоп и с его помощью смог увидеть туманности Ориона и Андромеды. С тех пор по мере совершенствования телескопов и других приборов начались новые открытия в космическом пространстве. А туманности отнесли к отдельному классу звездных объектов.

Со временем известных туманностей стало очень много. Они начали мешать ученым и астрономам в поисках новых объектов. В конце XVIII века, изучая определенные объекты – кометы, Шарль Мессье составил «каталог диффузных неподвижных объектов», которые были похожи на кометы. Но из-за отсутствия достаточной технической поддержки в этот каталог вошли как туманности, так и галактики вместе с шаровыми звездными скоплениями.

Так же, как совершенствовались телескопы, развивалась и сама астрономия. Понятие «туманность» обретало все новые краски и постоянно уточнялось. Некоторые виды туманностей идентифицировали в звездные скопления, некоторые отнесли к поглощающим, а в 20-х годах прошлого века Хаббл смог установить природу туманностей и выделить области галактик.

Классификация и типы туманностей

Первоначальный принцип, по которому квалифицируют туманности, заключается в поглощении или рассеивании (излучении) ими света. Данный критерий делит туманности на светлые и темные. Излучение светлых зависит от их происхождения. А источники энергии, которые возбуждают их излучение, зависят от собственной природы. Очень часто в туманности могут действовать не один, а два механизма излучения. Темные можно увидеть только благодаря поглощению расположенных за ними источников излучения.

Но если первый принцип классификации точный, то второй (деление туманностей на пылевые и газовые), является условным принципом. Каждая туманность содержит пыль и газ. Это деление обусловлено разными механизмами излучения и способами наблюдения. Наличие пыли лучше всего наблюдается при процессе поглощения излучения темными туманностями, которые размещены за источниками. Собственное излучение газовых компонентов туманности просматривается при ее ионизации ультрафиолетом или при нагревании межзвездной среды. Последний процесс возможен после удара в нее волны, которая образовалась после взрыва сверхновой звезды.

Темная туманность представлена в виде плотного, чаще всего молекулярного облака межзвездной пыли и газа. Поглощая свет, облако становится непрозрачным. Чаще всего темные туманности видны на фоне светлых. Крайне редко ученые замечают их на фоне Млечного Пути. Их называют гигантскими глобулами.

Поглощение света Av у темных колеблется в больших пределах. Может достигать показателей: от 1–10 m до 10–100 m. Строение туманностей с большим поглощением можно изучить только благодаря методам субмиллиметровой астрономии и радиоастрономии, при наблюдениях по инфракрасному излучению и по молекулярным радиолиниям. Часто в самой туманности обнаруживаются отдельные уплотнения, имеющие показатель Av до 10000 m. По теориям передовых астрофизиков там формируются звезды.

В полупрозрачных частях туманностей в оптическом диапазоне отлично видно волокнистую структуру. Общая вытянутость и волокна связаны с присутствием магнитных полей, которые затрудняют перемещение вещества поперек магнитогидродинамических неустойчивостей и силовых линий. Эта связь происходит из-за того, что пылинки заряжены электричеством.

Еще одним ярким типом туманностей является отражательная туманность. Это газово-пылевые облака, подсвеченные звездами. Если звезды расположены в межзвездном облаке или возле него, но не сильно горячи, чтобы уменьшить вокруг себя количество водорода, то главным источником оптического излучения самой туманности становится рассеиваемый межзвездной пылью свет звезд. Яркий пример подобного явления находится вокруг звезд Плеяды.

Большая часть отражательных туманностей находится поблизости плоскости Млечного Пути. В некоторых случаях наблюдается наличие таких туманностей на высоких галактических широтах. Эти молекулярные облака имеют разные размеры, форму, плотность и массу и подсвечиваются совместным излучением звезд Млечного Пути. Их трудно изучить, поскольку поверхностная яркость очень низкая. Иногда, появляясь на изображениях галактик, на фотографиях видны несуществующие детали – перемычки, хвосты и т. п.

Небольшая часть отражательных туманностей имеет кометообразный вид. Их называют кометарными. В заглавии такой туманности, как правило, находится переменная звезда по типу Тельца. Она освещает туманность. Они переменны в яркости и имеют маленькие размеры примерно сотые доли парсека.

Световое эхо – самая редкая разновидность отражательной туманности. Яркий пример – образовавшаяся вспышка Новой звезды в созвездии Персея. Эта вспышка подсветила пыль, в результате чего образовавшаяся туманность просматривалась несколько лет. И при этом в космосе она двигалась со скоростью света. Помимо светового эха после таких происшествий образуются газовые туманности.

Большинство отражательных туманностей располагает тонковолокнистой структурой, то есть системой практически параллельных волокон. Их толщина может достигать нескольких сотых долей парсека. Данные волокна происходят в результате проникания магнитным полем в желобковую неустойчивость туманности. Волокна пыли и газа раздвигают силовые линии в магнитном поле и просачиваются между ними.

Такие свойства пыли, как альбедо, форма, ориентация пылинок, индикатор рассеивания и размер дали ученым и астронавтам возможность изучить распределение поляризации света и его яркости по поверхности отражательных туманностей.

Ионизованные излучением туманности – это участки межзвездного газа, которые сильно ионизованы излучением звезд. Это излучение также может появляться и из других источников. Более всего подобные туманности изучаются в областях ионизованного водорода, как правило, это зона Н II. В таких зонах вещество полностью ионизовано. Его температура составляет около 104 К. Нагревается из-за внутреннего ультрафиолетового излучения. Внутри зон Н II звездное излучение в Лаймановском континууме превращается в субординантно-серийное излучение (соответствуя теореме Росселанда). Из-за этого в спектре туманностей находятся яркие линии серии Бельмера и линии Лайман-альфа.

К таким туманностям относятся также зоны ионизированного углерода – С II. Углерод в них полностью ионизован светом звезд. Зоны С II, как правило, расположены вокруг зон Н II. Они получаются из-за низкого потенциала ионизации углерода в сравнении с водородом. Также они могут образоваться вокруг звезд с высоким спектральным классом в плотностях межзвездной среды. Ионизованные излучением туманности возникают еще вокруг сильных рентгеновских источников. У них более высокие температуры, нежели в зонах Н II, и сравнительно большая степень ионизации.

Самой распространенной разновидностью эмиссионных туманностей считаются планетарные туманности. Они созданы истекающими верхними слоями атмосфер звезд. Такая туманность светится и расширяется в оптическом диапазоне. Впервые их открыл в XVII веке Гершель и именовал их так из-за внешнего сходства с дисками планет. Но не все планетарные туманности представляют форму диска, некоторые имеют округлую форму кольца. Внутри таких туманностей наблюдается тонкого типа структура в виде спиралей, струй и мелких глобул. Такие туманности расширяются со скоростью 20 км/с, а масса их равна 0,1 массы Солнца. Живут они около 10 тысяч лет.

Помимо обычных, долгоживущих, туманных образований существуют кратковременные, созданные ударными волнами. Они исчезают тогда, когда исчезает кинетическая энергия движущегося газа. Существует несколько источников для возникновения таких ударных волн. Чаще всего – это результат взрыва звезды. Реже – звездный ветер, вспышки новых и сверхновых звезд. В любом случае присутствует один источник выброса подобного вещества – звезда. Туманности такого происхождения имеют форму расширяющейся оболочки или форму сферы. Вещество, которое выбросилось в результате взрыва, может иметь различные скорости от сотен до тысяч км/с, из-за этого температура газа за ударной волной достигает не миллионов, а миллиардов градусов.

Нагретый до огромных температур газ излучается в рентгеновском диапазоне как в спектральных линиях, так и в непрерывном спектре. В спектральных оптических линиях он слабо светится. При встрече с неоднородностью межзвездной среды ударная волна огибает уплотнения. Внутри самого уплотнения распространяется собственная ударная волна. Она же вызывает излучение в линиях спектра оптического диапазона. В результате создаются яркие волокна, которые отлично просматриваются на фотографиях.

Самые яркие туманности, возникшие после ударных волн, созданы взрывами сверхновых звезд. Их называют остатками вспышек звезд. Они играют далеко не последнюю роль в формировании формы межзвездного газа. Они характеризуются малогабаритностью, слабостью и недолговечностью.

Существует еще один тип туманностей. Этот тип также создан впоследствии возникновения ударной волны. Но основная причина заключается в звездном ветре от звезд Вольфа – Райе. Звезды Вольфа имеют довольно мощный ветровой поток массы и скорость истечения. Они образуют туманности средних размеров с очень яркими волокнами. Сравнивая их с остатками вспышек сверхновых звезд, ученные утверждают, что радиоизлучение таких туманностей обладает тепловой природой. Туманности, которые расположены вокруг звезд Вольфа, живут недолго. Их существование напрямую зависит от продолжительности присутствия звезды в стадии звезды Вольфа – Райе.

Абсолютно аналогичные туманности находятся вокруг О-звезд. Это очень яркие горячие звезды, которые относятся к спектральному классу О. Они обладают сильным звездным ветром. В отличие от туманностей, расположенных вокруг звезд Вольфа – Райе, туманности О-звезд менее яркие, но имеют намного большие размеры и продолжительность существования.

Самые распространенные туманности находятся в областях звездообразования. Мало-скоростные ударные волны создаются в областях межзвездной среды. Именно в них происходит звездообразование. Такой процесс влечет за собой нагрев газа до сотен и даже тысяч градусов, частичное разрушение молекул, нагрев самой пыли, возбуждение молекулярных уровней. Подобные ударные волны имеют вид вытянутых туманностей и, как правило, светятся в инфракрасном диапазоне. Яркий пример подобного явления просматривается в созвездии Ориона.

Подробнее на: http://kvant.space/tumannosti