На высоте 5 км давление воздуха снижается вдвое, а на высоте 12 км проходит граница между тропосферой и стратосферой, выше которой облака не поднимаются. Двенадцать километров — это максимальное расстояние полета для пассажирских самолетов, а также предел для кратковременного вдыхания чистого кислорода.
Межзвёздная среда
Межзвездная среда (МСС) — это материя и поля, заполняющие межзвездное пространство внутри галактик 1. Состав: межзвездный газ, пыль (1% от массы газа), межзвездные магнитные поля, космические лучи и темная материя. Химический состав межзвездной среды является продуктом первичного нуклеосинтеза и ядерного синтеза в звездах. В течение своей жизни звезды испускают звездные ветры, которые возвращают элементы из звездной атмосферы в среду. А в конце жизни звезды оболочка выбрасывается, обогащая межзвездную среду продуктами ядерного синтеза.
Пространственное распределение межзвездной среды не является тривиальным. Помимо общегалактических структур, таких как спиральные рукава и спиральные рукава галактик, существуют отдельные холодные и горячие облака, окруженные более горячим газом. Ключевой особенностью MHC является его чрезвычайно низкая плотность, составляющая в среднем около 1000 атомов на кубический сантиметр.
Содержание
При историческом исследовании его спектра кальций очень слабый» и что «одним из сюрпризов является то, что линии кальция на уровне 393,4 нанометров не движутся в периодическом расхождении спектральных линий, присутствующих в спектроскопических бинарных звездах. Стабильный характер этих линий заставил Гартмана предположить, что газ, ответственный за поглощение, находится не в атмосфере дельты Ориона, а вне звезды и между звездой и наблюдателем. Это исследование стало началом изучения межзвездной среды.
Дальнейшие исследования линий H и K кальция, проведенные Билсом 5 (1936), привели к открытию двойных и асимметричных профилей в спектре Ориона. Асимметрия профилей линий поглощения является результатом суперпозиции нескольких линий поглощения, каждая из которых соответствует атомным переходам (например, линия кальция «K»), происходящим в межзвездных облаках, каждая из которых имеет свой собственный эффект Доплера, и линии поглощения смещены в красную сторону. Это исследование подтвердило, что материя неравномерно распределена в межзвездном пространстве.
Также в 1912 году были открыты космические лучи — энергетически заряженные частицы, бомбардирующие Землю из космоса. Это заставило некоторых исследователей утверждать, что они также заполняют межзвездную среду. Норвежский физик, занимающийся ионами всех видов. Мы также склонны думать, что все звездные системы образовались из заряженных частиц в космосе. И идея о том, что большая часть массы Вселенной находится не в звездных системах или туманностях, а в «пустом» пространстве, не кажется такой уж надуманной. «7
Торндайк писал в 1930 году: «Было бы ужасно осознать, что между звездами и абсолютной пустотой лежит непроходимая пропасть. Аврора возбуждается заряженными частицами, испускаемыми нашим Солнцем. Но если миллионы других звезд также испускают заряженные частицы, что является непреложным фактом, то в галактике вообще не может быть абсолютного вакуума. «8
Эволюция межзвездной среды, а точнее, межзвездного газа, тесно связана с химической эволюцией галактики в целом. Казалось бы, все просто: звезды вбирают газ и снова выбрасывают его, обогащая продуктами ядерного горения — тяжелыми элементами — так что 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 Солнце и межзвёздная среда
Межзвездная среда вблизи Солнечной системы неоднородна. Наблюдения показывают, что Солнце движется со скоростью около 25 км/с в Местном межзвездном облаке и может покинуть его в ближайшие 10 000 лет. Солнечный ветер играет важную роль во взаимодействии Солнечной системы с межзвездной материей.
Солнечный ветер — это поток заряженных частиц (в основном водородной и гелиевой плазмы), исходящий от Солнца. 9 Другими словами, Солнце по-разному взаимодействует с нейтральным и ионизированным газом.
Взаимодействие с ионизованным газом
Граница ударной волны
Во-первых, солнечный ветер замедляется, становится плотнее и горячее и удаляется от Солнца. (По данным космических станций «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которые пересекли эту границу в декабре 2004 и августе 2007 года).
Гелиосфера и гелиопауза
Примерно через 40 ÅU солнечный ветер сталкивается с межзвездным веществом и в конце концов останавливается. Эта граница, отделяющая межзвездную среду от материи Солнечной системы, называется гелиопаузой. Он имеет форму пузыря и расширяется в направлении, противоположном движению Солнца. Область пространства, ограниченная гелиопаузой, называется гелиосферой.
По данным космического аппарата «Вояджер», гелиопауза находится ближе с южной стороны, чем с северной (73 и 85 астрономических единиц соответственно). Точные причины этого пока неизвестны; первые гипотезы предполагают, что асимметрия заката может быть вызвана влиянием сильных магнитных полей в межзвездном пространстве Млечного Пути.
Головная ударная волна
По другую сторону гелиопаузы, на расстоянии около 230 AU от Солнца, межзвездная материя, сталкиваясь с Солнечной системой, тормозится космическими скоростями.
Взаимодействие с нейтральным водородом
Взаимодействие нейтральной частицы среды намного сложнее. Во-первых, она (частица) может отдать свой электрон иону из солнечного ветра (эффект сверхзаряда), а во-вторых, она может проделать весь путь до Солнца, где на нее воздействуют гравитация и световое давление.
Первое явление вызывает резкое уменьшение размеров гелиосферы и сильные контрасты, которые исследователи надеются обнаружить с помощью «Вояджера-1» и «Вояджера-2». Он также изменяет картину в хвосте гелиосферы (куда движется Пионер 10), создавая диск Маха, тангенциальный разрыв и отраженную ударную волну 10. К сожалению, проверить эти явления с помощью наблюдений с Земли невозможно, и остается надеяться только на измерения с космических аппаратов.
Те частицы межзвездной среды, которым удалось проникнуть в межпланетную среду, гораздо интереснее с точки зрения наблюдателя. Их можно не только наблюдать, но и получать о них информацию:
Это было продемонстрировано в начале прошлого века швейцарским астрономом Робертом Трюмплером, который обнаружил затухание светового потока от звезд к Земле. И, как он позже выяснил, свет синих звезд теряется на пути к наблюдателю на Земле в большей степени, чем свет красных звезд.
Эмиссионные газовые туманности.
Большая часть межзвездной среды недоступна для наблюдения с помощью оптических телескопов. Наиболее ярким исключением из этого правила являются газовые эмиссионные туманности, которые можно было наблюдать с помощью самых примитивных оптических инструментов. Самая известная из них — Большая туманность Ориона, которая видна невооруженным глазом (при очень хорошем зрении) и особенно хорошо просматривается в мощный бинокль или небольшой телескоп.
Известны многие сотни газовых туманностей на различных расстояниях, почти все они расположены вблизи пояса Млечного Пути, где больше всего молодых горячих звезд.
Эмиссионные туманности имеют гораздо большую плотность газа, чем их окружение, но даже в них концентрация частиц составляет всего несколько десятков или сотен атомов на кубический сантиметр. По «земным» стандартам такая среда неотличима от полного вакуума (для сравнения, концентрация частиц в воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет в среднем 3-10 19 молекул на см3, и даже самые мощные вакуумные насосы не могут создать такую низкую плотность, как в газовых облаках). Туманность Ориона относительно невелика по линейной протяженности (20-30 световых лет). Поскольку некоторые туманности имеют диаметр более 100 световых лет, общая масса их газа может составлять десятки тысяч солнечных масс.
Эмиссионные туманности светятся, потому что в них или рядом с ними находятся звезды редкого типа — горячие голубые сверхновые. Эти звезды, вероятно, следует называть ультрафиолетовыми, поскольку их основное излучение находится в жесткой ультрафиолетовой области спектра. Излучение с длиной волны менее 91,2 нм очень эффективно поглощается атомами водорода в межзвездной системе и ионизирует их, т.е. разрывает связи между электронами и атомными ядрами — протонами. Этот процесс (ионизация) уравновешивается противоположным процессом (рекомбинация), так что электроны воссоединяются с протонами в нейтральных атомах благодаря взаимному притяжению. Этот процесс сопровождается испусканием электромагнитных квантов. Обычно, однако, когда электрон соединяется с протоном в нейтральном атоме, он не переходит сразу на самый низкий энергетический уровень атома, а остается на различных промежуточных уровнях, и каждый раз, когда происходит переход между уровнями атома, испускается фотон, энергия которого ниже, чем у фотона, который ионизирует атом. В результате ультрафиолетовый фотон, который ионизирует атом, «расщепляется» на множество оптических фотонов. Таким образом, газ преобразует ультрафиолетовое излучение звезды, невидимое глазу, в оптическое излучение, которое позволяет нам видеть туманность.
Эмиссионные туманности, такие как туманность Ориона, состоят из газа, нагретого ультрафиолетовыми звездами. Планетарные туманности, состоящие из газа, выброшенного стареющими звездами, относятся к тому же типу.
Однако наблюдались и яркие газовые облака несколько иного типа, возникающие в результате взрывных процессов в звездах. Прежде всего, это остатки взрывов сверхновых звезд, примером чему может служить Крабовидная туманность в Тельце. Такие туманности нестабильны и характеризуются быстрым расширением.
В газообразных остатках сверхновых нет ярких ультрафиолетовых источников. Их световая энергия — это преобразованная энергия газа, взорвавшегося после взрыва звезды, плюс энергия, излучаемая уцелевшим остатком сверхновой. В случае Крабовидной туманности таким остатком является массивная, быстро вращающаяся нейтронная звезда, которая постоянно испускает потоки высокоэнергетических элементарных частиц в окружающее пространство. Через десятки тысяч лет эти туманности постепенно расширяются и растворяются в межзвездной среде.
Межзвездная пыль.
Даже беглый взгляд на изображение эмиссионной туманности достаточно велик, чтобы увидеть интенсивные темные детали на заднем плане — пятна, лучи, странные «провалы». Это небольшие, более плотные облака, которые выступают из близлежащей яркой туманности и являются непрозрачными, поскольку межзвездная пыль, поглощающая свет, всегда смешана с газом.
Пыль также существует вне газовых облаков и заполняет (вместе с очень разбавленным газом) все пространство между облаками. Такая пространственно распределенная пыль приводит к сложному объяснению ослабления света от далеких звезд. Свет частично поглощается и частично рассеивается мелкими твердыми частицами. Затухание сильнее всего вблизи Млечного Пути (плоскость галактического диска). В этих направлениях видимый свет ослабевает примерно на 40 процентов, пройдя тысячу световых лет. Учитывая, что длина Млечного Пути составляет десятки тысяч световых лет, очевидно, что мы можем изучать звезды галактического диска лишь в небольшой его части. Чем короче длина волны излучения, тем больше света поглощается, поэтому далекие звезды кажутся более красными. Поэтому межзвездное пространство более прозрачно для длинноволнового инфракрасного света. Только самые плотные газопылевые облака остаются непрозрачными даже для инфракрасного света.
Следы космической пыли можно наблюдать и без телескопа. В безлунную летнюю или осеннюю ночь «раздвоение» Млечного Пути хорошо видно в районе созвездия Лебедя. Это связано с близлежащими пылевыми облаками, слой которых заслоняет яркие области Млечного Пути за ними. Темные области существуют и в других регионах Млечного Пути. Более плотные газопылевые облака, которые простираются в звездные области неба, выглядят как темные пятна даже в инфракрасном свете.
Иногда яркие звезды встречаются вблизи холодных газопылевых облаков. Их свет затем рассеивается в частицах пыли, и становится видна «отражательная туманность».
В отличие от эмиссионных туманностей, они имеют непрерывный спектр, как и спектр звезд, которые они освещают.
Изучая свет звезд, отражающийся от облака или проходящий сквозь него, можно многое узнать о частицах пыли. Поляризация света, например, показывает вытянутую форму пылевых частиц, которые приобретают определенную ориентацию под воздействием межзвездного магнитного поля. Твердые частицы космической пыли имеют размер порядка 0,1-1 мкм. Вероятно, они имеют ядро из силиката железа или графита, покрытое застывшей «оболочкой» из легких элементов. Пылевые ядра графита и кремнезема, вероятно, формируются в относительно холодных атмосферах гигантских звезд, а затем выбрасываются в межзвездное пространство, где они остывают и покрываются слоем летучих элементов.
Общая масса пыли в Галактике составляет не более 1% от массы межзвездного газа, но даже она не является незначительной, будучи эквивалентной массе десятков миллионов звезд, подобных Солнцу.
Поглощая световую энергию звезд, пыль нагревается до низкой температуры (обычно на несколько десятков градусов выше абсолютного нуля) и излучает поглощенную энергию в виде очень длинноволнового инфракрасного излучения, которое занимает промежуточное положение на шкале электромагнитных волн между оптическим и радиодиапазонами (десятки — сотни микрометров в длине волны). Это излучение, регистрируемое телескопами на специальных космических зондах, дает бесценную информацию о пылевых массах и источниках их нагрева в нашей и других галактиках.
Атомарный, молекулярный и горячий газ.
Межзвездный газ представляет собой смесь водорода (около 70%) и гелия (около 28%), с очень небольшой примесью более тяжелых химических веществ. Средняя концентрация газовых частиц в межзвездном пространстве чрезвычайно мала, не более одной частицы на 1-2 кубических сантиметра. В объеме, равном объему сферы Земли, содержится около 1 кг межзвездного газа, но это лишь среднее значение. Газ очень неоднороден как по плотности, так и по температуре.
Температура основного объема газа не превышает нескольких тысяч градусов — недостаточно высокая, чтобы ионизировать водород или гелий. Этот газ называется атомным, потому что он состоит из нейтральных атомов. Холодный атомный газ почти ничего не излучает в оптическом диапазоне, поэтому долгое время о нем почти ничего не было известно.
Самый распространенный атомный газ, водород (символ HI), наблюдается в виде радиоизлучения на длине волны около 21 см. Радионаблюдения показали, что газ образует облака неправильной формы с температурой в несколько сотен Кельвинов и более тонкой и теплой средой между облаками. Общая масса атомарного газа в галактике достигает нескольких миллиардов солнечных масс.
В самых плотных облаках газ охлаждается, отдельные атомы соединяются вместе, образуя молекулы, и газ становится молекулярным. Самая распространенная молекула, H2 — не испускает ни радио-, ни оптического излучения (хотя эти молекулы имеют линии поглощения в ультрафиолете), и молекулярный водород чрезвычайно трудно обнаружить. К счастью, кроме молекулярного водорода существуют десятки других молекул, содержащих более тяжелые элементы, такие как углерод, азот и кислород. По их радиоизлучению на определенных известных частотах рассчитывается масса молекулярного газа. Пыль делает молекулярные облака непрозрачными, и они видны как темные пятна (прожилки) на более светлом фоне излучающих облаков.
Радиоастрономические наблюдения позволили обнаружить несколько сложных молекул в межзвездном пространстве: Гидроксил OH, водяной пар H2O и аммиак NH, формальдегид H2CO, монооксид углерода CO, метанол (древесный спирт) CH3OH, этиловый (винный) спирт CH3CH2OH и десятки других, еще более сложных молекул. Все они находятся в плотных, холодных газопылевых облаках, пыль которых защищает хрупкие молекулы от разрушительного воздействия ультрафиолетового излучения горячих звезд. Возможно, что поверхность холодных пылевых облаков является именно тем местом, где из отдельных атомов, прилипших к частице пыли, образуются сложные молекулы. Чем плотнее и компактнее облако, тем больше разнообразие молекул в нем.
Молекулярные облака очень разнообразны.
Несколько небольших облаков, которые мы видим, интенсивно «испаряются» в свете близлежащих звезд. Но есть и огромные, очень холодные облака с массой более миллиона солнечных масс (в Млечном Пути насчитывается более сотни таких структур). Такие облака называются гигантскими молекулярными облаками. Они полагаются на собственное гравитационное поле, чтобы предотвратить расширение газа. Температура в них лишь на несколько кельвинов выше абсолютного нуля.
Молодые горячие звезды могут нагреваться и выбрасывать молекулярные облака с коротковолновым излучением. Особенно большие количества энергии высвобождаются и передаются межзвездному газу во время взрывов сверхновых звезд и при выбросе вещества атмосферами горячих звезд с высокой светимостью (звездные ветры массивных звезд). Газ расширяется и нагревается до миллиона градусов Цельсия и более. Эта горячая, разбавленная среда образует огромные «пузыри» в более холодном межзвездном газе, иногда диаметром в сотни световых лет. Этот газ часто называют «корональным газом» по аналогии с горячим корональным газом Солнца, хотя межзвездный горячий газ на много порядков более разбавлен, чем корональный газ. Такие горячие газы наблюдаются по слабым тепловым рентгеновским или ультрафиолетовым линиям, принадлежащим некоторым частично ионизированным элементам.
Это было продемонстрировано в начале прошлого века швейцарским астрономом Робертом Трюмплером, который обнаружил затухание светового потока от звезд к Земле. И, как он позже выяснил, свет синих звезд теряется на пути к наблюдателю на Земле в большей степени, чем свет красных звезд.
Межзвездное пространство
Межзвездное пространство
Ученые уже давно нашли ответ на вопрос, из чего состоит межзвездное и межгалактическое пространство. Это: межзвездный газ, пыль (1% от массы газа), межзвездные электромагнитные поля, космическое излучение, а также гипотетическая темная материя. Химический состав межзвездной среды является продуктом первичного нуклеосинтеза и ядерного синтеза в звездах.
Обычная плотность межзвездного пространства (или материи внутри него) составляет 1 атом на кубический сантиметр, но из-за огромного объема галактики общая масса этой разреженной материи исчисляется миллиардами солнечных масс.
Исследования межзвездного пространства
IBEX, Interstellar Boundary Explorer (McComas et al. 2009a), — это малая исследовательская миссия НАСА, единственной научной целью которой является обнаружение глобального взаимодействия между солнечным ветром и межзвездным пространством. Эта цель была достигнута путем получения первых глобальных изображений энергичного нейтрального атома, обеспечивающих детальные потоки энергии ENA и спектры во всех направлениях Вселенной и межзвездного пространства.
IBEX вышел в межзвездное пространство 19 октября 2008 года и затем маневрировал в высокоэллиптическом (~ 15 000 × 300 000 км) орбита длится около недели. Полезная нагрузка включала две однопиксельные камеры сверхвысокой чувствительности (ENA).
Первые результаты были опубликованы в специальном выпуске журнала Science (McComas et al., 2009b; Funsten et al., 2009b; Fuselier et al., 2009b; Schwadron et al., 2009). С тех пор было проведено множество других исследований гелиосферных наблюдений с помощью однопиксельных камер.
В критической новаторской работе Hlond (2012) анализируются данные углового наведения из наблюдений IBEX и показано, что знание направления прихода нейтральных атомов в~0,1° как по углу поворота, так и по высоте. Это не малый подвиг для Малой исследовательской миссии, которая предназначена для измерения ENA на пикселях 7 × 7° и, по большей части, при гораздо более высоких межзвездных энергиях, чем прямые межзвездные нейтралы.
Кроме того, авторы показывают, что прибор IBEX-Lo может достичь такой точности в космосе, используя либо бортовую систему управления положением космического аппарата, либо независимый звездный датчик, интегрированный непосредственно в прибор IBEX-Lo.
Выводы ученых об исследовании межзвездного пространства
Ли и др. (2012) вывели аналитическое решение для избыточных орбит отдельных нейтральных атомов в межзвездном пространстве. Они используют теорему Лиувилля, которая включает в себя солнечную гравитацию и радиационное давление, фотоионизм и перезарядку, для создания межзвездного распределения нейтрального атома в фазовом пространстве.
Затем эти распределения переводятся в систему отсчета IBEX и интегрируются в прибор IBEX-Lo для получения аналитического решения для предсказанных моментов распределений межзвездных нейтральных атомов.
Mebius et al. (2012) сравнивают распределения потоков He и O + Ne для 2009 и 2010 годов и находят параметры межзвездного потока: эклиптическая долгота ∞ = 79.0° + 3.0° / -3.5°, эклиптическая широта ∞ = -4.9° ± 0.2°, скорость ISM ∞ = 23.5 + 3.0 / -2.0 км с-1, и температура межзвездного нейтрального He = 5000-8200 K. Они также обнаружили комбинированную температуру O + Ne в 5300-9000 K, что соответствует изотермической среде для He, O и Ne.
Bzowski et al. (2012) разработали и широко протестировали прямое моделирование рассеивания межзвездного гелия (He), потерь и измерений с помощью прибора IBEX-Lo. Эти симуляции запускают частицы на скорости 150 а.е. и включают более детальную физику, чем аналитические решения; поэтому они дополняют аналитический метод, обеспечивая детальное представление многомерного пространства возможных решений.
Эти авторы показывают, что новые наилучшие значения для эклиптической долготы составляют 79,2°, эклиптической широт ы-5,1°, скорости — ~ 22,8 км с-1, а температура Ne в межзвездном пространстве составляет 6200 К.
Значения, полученные с помощью обоих дополнительных методов, согласуются друг с другом и согласуются с вектором потока местного межзвездного облака, полученного в результате исследований межзвездного поглощения (Redfield & Linsky 2008). Бзовски и др. также нашли доказательства существования неизвестной и неожиданной вторичной популяции гелия.
Вместе Мёбиус (2012) и Бзовски (2012) разработали новое направление межзвездного потока и гораздо меньшую скорость входа газа. Следовательно, динамическое давление в гелиосфере ниже, что приводит к гелиосферным взаимодействиям. (Взаимодействие) еще менее подвержена внешнему динамическому давлению и расположена точно в центральной части астросферы, где преобладает внешнее магнитное и динамическое давление (McComas 2009).
Наконец, Саул и др. (2012) представили первый подробный анализ новых межзвездных измерений с IBEX. Эти авторы подтверждают, что направление прибытия межзвездного водорода (H) смещено по отношению к направлению прибытия гелия (He). Более того, они показывают изменение излучения и, следовательно, изменение видимого направления прихода H, который проникает до 1 а.е., между первыми двумя годами наблюдений IBEX.
Эти результаты согласуются с вариациями излучения в солнечном цикле, которые противодействуют гравитационному притяжению Солнца и влияют на проникновение H во внутреннюю гелиосферу.
Все эти исследования дают первый детальный анализ местной межзвездной среды, которая состоит из многих компонентов. Он сильно взаимодействует с нашей гелиосферой, на которую влияет не только солнечный свет, но и другие элементы в галактике.
Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, просто нажмите на кнопку ниже.
Но когда плотность межзвездного газа достигает тысяч атомов на кубический сантиметр, частицы пыли ведут себя совершенно иначе: на их поверхности появляется оболочка из легковоспламеняющихся соединений, состоящих в основном из ледяной воды, формальдегида и аммиака. Другими словами, частицы пыли «заключены» в ледяную корку.
Какое оно, межзвездное вещество?
При наблюдении в мощные телескопы можно подумать, что пространство между звездными скоплениями и туманностями — это вакуум. В действительности все далеко не так, как кажется. В конце концов, в межзвездном пространстве есть материя.
Это было продемонстрировано в начале прошлого века швейцарским астрономом Робертом Трюмплером, который обнаружил затухание светового потока от звезд к Земле. И, как он позже выяснил, свет синих звезд теряется на пути к наблюдателю на Земле в большей степени, чем свет красных звезд.
Швейцарский астроном Роберт Трюмплер, открывший затухание света звезд по направлению к Земле.
Дальнейшее исследование межзвездной материи показало, что она распределена в пространстве в виде рваной ткани, то есть имеет вафельную структуру, и сосредоточена в этих скоплениях вблизи Млечного Пути.
Межзвездная материя состоит из крошечных частиц пыли, физические свойства которых на сегодняшний день достаточно хорошо изучены.
Помимо мельчайших частиц пыли, в межзвездном пространстве существует огромное количество невидимого холодного газа. По оценкам, его масса почти в сто раз превышает массу частиц пыли.
Как же астрономы смогли определить, что этот газ существует в межзвездном пространстве? Помогли атомы водорода, которые излучают радиоволны длиной 21 сантиметр. И радиотелескопы зафиксировали это излучение. В результате были обнаружены огромные облака атомов водорода.
Так как же они выглядят? Во-первых, они очень холодные: их температура составляет около 200 градусов Цельсия. Во-вторых, они имеют удивительно низкую плотность: несколько десятков атомов на кубический сантиметр пространства. Для землянина это, по сути, глубокий вакуум. Размер этих облаков составляет от 10 до 100 парсеков (пк), а среднее расстояние между звездами — 1 парсек. А 1 парсек эквивалентен 206265 ае, или 3263 световым годам.
Более поздние исследования водородных облаков обнаружили области молекулярного водорода, которые являются более холодными и в сотни или тысячи раз более плотными, чем облака атомарного водорода. Поэтому они почти непрозрачны для видимого света. Хотя по размеру они такие же, как и атомные облака, в этих облаках содержится большая часть холодного межзвездного газа и пыли. Они могут состоять из сотен тысяч или даже миллионов солнечных масс.
Помимо молекул водорода, в этих облаках в небольших количествах присутствуют и более сложные молекулярные соединения, включая простую органику.
Было показано, что некоторые области межзвездной материи имеют очень высокую температуру и поэтому испускают как ультрафиолетовое, так и рентгеновское излучение.
Рентгеновское излучение характерно для самого горячего, так называемого коронального газа. Его температура достигает одного миллиона градусов Цельсия. Плотность коронального газа невероятно мала: около одного атома вещества на кубический дециметр пространства.
Этот газ образуется в результате бурных взрывов сверхновых. Это создает в пространстве ударную волну огромной мощности, нагревающую газ до температуры, при которой он «светится» рентгеновскими лучами.
Следует отметить, что выброшенные облака также несут с собой небольшие магнитные поля. Хотя эти поля примерно в 100 000 раз слабее магнитного поля Земли, они все же создают более плотные и холодные газовые облака, из которых формируются звезды.
Читайте также
Какое государство-член ООН имеет самую большую площадь, а какое — самую маленькую? Российская Федерация имеет самую большую площадь в рамках ООН — 17 075 400 кв. км. Россия также является самой большой страной в мире по площади.
Какое животное является самым тяжелым и самым легким в мире? Самый маленький из американских сомов, карликовый белозубый сом, весит всего 2-3 грамма. Но, оказывается, это не самое маленькое из млекопитающих. Светлее этого крошечный белозубый червь — от 1,6
ТЕМНОЕ ВЕЩЕСТВО
ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ Одна из великих загадок науки в начале 21 века — где находится большая часть материи во Вселенной. Эту скрытую материю, известную как темная материя, иногда называют недостающей массой. Темная материя находится внутри галактик и между ними.
Вата (неорганическое вещество) Вата — высокодисперсное неорганическое вещество, состоящее из MnO2 ?n H2 O и других водных оксидов марганца. Он был описан под разными названиями: Марганцевая чернь, марганцевая пена и т.д. В зависимости от содержания примесей можно выделить различные сорта: CuO
Сегодня уже нет сомнений в том, что без существования дополнительной или скрытой массы («темной материи») материя не смогла бы накапливаться и образовывать звезды и галактики после Большого взрыва. Однако мы до сих пор не знаем, из каких частиц состоит темная материя и что она собой представляет.
Вояджер-1 — первый рукотворный объект, достигший межзвездной среды.
Межзвездный газ, который очень разрежен и имеет широкий диапазон температур, изучается различными способами. Яркий газ и газопылевые облака представляют особый интерес в этом отношении, поскольку их оптические свойства значительно упрощают процесс оптического наблюдения. Методы, позволяющие получить богатую информацию о состоянии и структуре межзвездного газа, включают исследования:
- непрерывное радиоизлучение,
- межзвездная оптика и ультрафиолетовые линии,
- пространственное распределение молекул,
- Рентгеновское, инфракрасное и гамма-излучение,
- параметры межзвездного ветра-пульсара.
Очень часто на фоне ярких туманностей видны темные пятна и прожилки — это глобулы — молекулярные облака, которые иногда называют «звездными полостями». Это название не случайно, ведь здесь формируются молодые звезды. Масса глобул может варьироваться в пределах 1-100 M⨀.
Межзвёздная среда: газ и пыль
На первый взгляд кажется, что между звездами ничего нет. Есть? Природа межзвездной среды очаровывала астрономов и ученых на протяжении веков. А термин «межзвездная среда» был впервые использован Фрэнсисом Бэконом в 1626 году. В этом уроке мы узнаем, что такое межзвездная среда и чем она заполнена. Мы узнаем о туманностях и их основных типах. Узнайте, что такое межзвездная пыль. Мы также поговорим о происхождении газопылевых облаков и молекулярных облаков.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам из комплекта, вам необходимо добавить его в свой личный кабинет.
Конспект урока «Межзвёздная среда: газ и пыль»
На первый взгляд кажется, что между звездами ничего нет. Есть? Природа межзвездной среды очаровывала астрономов и ученых на протяжении веков. А сам термин «межзвездная среда» был впервые использован в 1626 году в книге Фрэнсиса Бэкона «Сильва Сильварум»: «О небеса среди звезд, у них так много общего со звездами, что они вращаются (вокруг Земли) как любая другая звезда».
Хотя большинство деятелей того времени, в частности Альберт Бойль, считали, что «межзвездная область неба должна быть пустой».
Теперь мы точно знаем, что все межзвездное пространство в пределах галактики заполнено межзвездной средой. Большая часть его массы состоит из разреженного газа и пыли.
Основным компонентом межзвездной среды является межзвездный газ. Он состоит из 70% водорода и 28% гелия. В зависимости от температуры и плотности межзвездный газ может существовать в трех различных состояниях: ионизированном, атомном и молекулярном.
Почти все знания о межзвездном газе были получены во второй половине 20-го века после открытия радиоизлучения нейтрального атомарного водорода. Оказалось, что основной энергетический уровень этого атома разделен на два подуровня. И в среднем раз в 11 миллионов лет (!) возможно изменение электрона из одной формы в другую.
В этом случае излучается квант с частотой, соответствующей длине волны 21 см. Но поскольку водород составляет основную массу вещества в галактике, радиоизлучение на этой длине волны очень интенсивное. Благодаря этому факту было обнаружено, что атомарный водород образует тонкий слой толщиной около 200-300 пк в диске галактики при температуре около 100 К; по мере удаления от центра галактики (на расстоянии около 15-20 кпк) его толщина увеличивается до нескольких килопарсек.
Помимо газа, в межзвездном пространстве рассеяно бесчисленное множество мельчайших твердых частиц. Их типичный размер составляет от 0,01 до 0,2 микрометра. Считается, что эти частицы образуются в расширяющихся оболочках новых звезд, сверхновых, холодных красных гигантов и сверхгигантов и попадают в межзвездную среду.
Межзвездная пыль всегда сопровождает газ. Он составляет около 1% от массы межзвездного газа. Хотя газ и пыль в галактике очень разрежены, есть регионы, где они могут концентрироваться. В этих регионах мы видим так называемые газопылевые туманности. Они делятся на два типа: темные и светлые (или диффузные).
В свою очередь, существует три типа диффузных туманностей: туманности отражения, эмиссионные туманности и планетарные туманности.
Туманности отражения — это туманности, которые сами не излучают свет, но освещаются близлежащими звездами. Эти туманности обычно содержат большое количество межзвездной пыли, которая рассеивает свет ближайшей звезды. Более того, рассеяние синего цвета более эффективно, чем рассеяние красного. По этой причине отражающие туманности, как правило, имеют голубоватый оттенок. Примером такой яркой туманности является туманность Плеяды в созвездии Тельца. А также туманность Голова ведьмы, которая ассоциируется с яркой звездой Ригель.
В целом, однако, многие сравнительные наблюдения показали, что межзвездная пыль состоит из двух типов частиц: углеродных и силикатных, т.е. частиц, содержащих соединения кремния.
Полеты в космическое пространство
Чтобы преодолеть гравитационное притяжение нашей планеты и выйти на ее орбиту, физическое тело должно достичь начальной космической скорост и-7,9 км/с. Советскому «Спутнику-1» удалось преодолеть этот барьер в 1957 году.
Чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли и достичь межпланетного пространства, он должен двигаться со скоростью более 11 км/с. Это вторая космическая скорость. Впервые это было достигнуто советским автоматическим космическим зондом «Луна-1» в январе 1959 года.
Космос — самая неблагоприятная среда для человека
Чтобы достичь межзвездного пространства и преодолеть гравитационное притяжение Солнца, необходимо достичь третьей космической скорости, которая составляет 16,67 километра в секунду. До сих пор космический зонд New Horizons имел самую высокую скорость убегания — 16,26 км/сек. По пути туда он смог набрать еще 4 км/с благодаря гравитационному маневру вблизи Юпитера. В будущем это позволит покинуть нашу систему и отправиться в межзвездное пространство.
Чтобы преодолеть гравитационное притяжение Млечного Пути и удалиться от него, необходима четвертая космическая скорость в 550 км/с. Солнце движется медленнее, со скоростью 220 км/с относительно центра Галактики.
Правовые основы освоения Вселенной
Космос — это новая и уникальная сфера деятельности человека, которую мы только начинаем осваивать. В силу определенных особенностей, исследования в значительной степени носят международный характер. Таким образом, рассвет космической эры привел к появлению новой отрасли права, призванной регулировать отношения между государствами и организациями в этой сфере деятельности. Сегодня правовой режим регулируется различными международными договорами по космосу, принятыми в разное время.
Работы в этой области начались еще до орбитальных запусков в конце 1950-х годов. Они были инициированы Организацией Объединенных Наций. Первыми были рассмотрены предложения по мирному использованию космического пространства и запрету орбитальных испытаний ядерного оружия.
Правовой режим исследования и использования космического пространства регулируется различными международными договорами, принятыми в разное время.
Всего через несколько дней после запуска Спутника-1 Генеральная Ассамблея ООН призвала провести обзор для обеспечения исключительно мирного использования космического пространства. По этому вопросу была принята специальная резолюция. В 1958 году в рамках ООН был создан комитет (COPUOS) для изучения правовых проблем освоения околоземного космического пространства. Он действует и сегодня и имеет два подкомитета: юридический подкомитет и научно-технический подкомитет.
Можно сказать, что в эти годы были заложены основы международного космического права, которое регулирует деятельность в этой области. Основной принцип был четко сформулирован Платформой ООН: Космическое пространство и небесные тела свободны для исследования и использования и не могут быть присвоены ни одним государством. Космическое пространство должно служить общим интересам человечества.
В 1967 году был подписан Договор о международном режиме использования космического пространства и небесных тел, включая Луну. В 1968 году была заключена Конвенция о спасении космонавтов, а в 1972 году — Конвенция об ответственности за ущерб, причиненный космическими аппаратами. В 1979 году была подписана Конвенция о деятельности на Луне и других небесных телах.
В 1982 году была принята Конвенция о радиосвязи, регулирующая использование радиочастот и геостационарной орбиты.
В 1980-х годах Комиссия разработала несколько международных соглашений против применения противоспутникового оружия в космосе. В 2006 году Россия и Китай представили аналогичный документ в ООН. В 2011 году Генеральная Ассамблея приняла резолюцию с рекомендациями по укреплению доверия между государствами в космической деятельности.
Действующие договорные рамки предусматривают совершенно иной режим для космического пространства, чем для воздушного. Последняя подчиняется суверенитету государства, на территории которого она находится. Космическое пространство имеет другую проблему: нет четкого юридического определения высоты, на которой оно начинается. В настоящее время существует более тридцати гипотез, определяющих границу между околоземным пространством и атмосферой, но ни одна из них не получила всеобщего или хотя бы подавляющего признания.
Загрязнение и милитаризация орбиты Земли
За относительно короткое время люди нанесли серьезный ущерб космосу, заполнив орбиту обломками спутников и других космических аппаратов. Сегодня список Стратегического командования США включает 16 000 околоземных объектов, а российский список — 17 000. На самом деле, никто не знает, сколько их сейчас летает на орбите, и это большая проблема.
Разгонные блоки, спутники, отслужившие свой срок, вторые ступени ракет, даже потерянные космонавтами приборы — все это находится на орбите, угрожая действующим космическим аппаратам и населению планеты. Загрязнение космоса — серьезная проблема, и если ее не сдержать, то в ближайшие десятилетия мы не сможем запускать спутники. На орбите уже происходили аварии, связанные с космическим мусором, но, к счастью, до сих пор обошлось без человеческих жертв.
Не меньшую тревогу вызывают риски, связанные с использованием радиоактивных материалов в космосе: Многие космические аппараты оснащены ядерными энергетическими установками. В 1978 году на севере Канады разбился советский военный спутник «Космос-954» с тридцатью килограммами урана на борту. К счастью, катастрофа произошла в малонаселенном районе, поэтому ущерб был минимальным, но скандал был сильным.
Мусор на околоземной орбите — это серьезная проблема, для которой пока нет решения.
По разным оценкам, может быть от нескольких десятков до сотни судов с радиоактивными материалами на борту.
К сожалению, до сих пор не существует эффективного способа «очистить» орбиту Земли. В настоящее время мы можем только следить за опасными объектами, чтобы предотвратить их столкновение с работающими космическими аппаратами.
Еще одна угроза, с которой сегодня сталкивается человечество, — это милитаризация космоса. Существующие международные договоры, подписанные во время холодной войны, не предусматривают полного запрета на военное использование космического пространства. Появление новых технологий, таких как противоспутниковое оружие или системы орбитальной противоракетной обороны, может превратить космос в еще одну арену для конкуренции вооружений. Эта проблема требует не только уточнения действующего законодательства, но и создания новых правовых инструментов для ограничения этой деятельности.
