Что будет с «Вояджером» в межзвездном пространстве? Межзвездная среда Галактики во Вселенной

Типичное облако атомарного нейтрального водорода имеет температуру около 70К (-200 С) и невысокую плотность (несколько десятков атомов в кубическом сантиметре пространства). Хотя такая среда и считается облаком, для землянина это глубокий вакуум, в миллиард раз разреженнее, чем вакуум, создаваемый, например, в кинескопе телевизора. Размеры облаков водорода - от 10 до 100 пк (для сравнения: звезды в среднем находятся друг от друга на расстоянии 1 пк). Впоследствии были обнаружены еще более холодные и плотные области молекулярного водорода, совершенно непрозрачные для видимого света. Именно в них сосредоточена большая часть холодного межзвездного газа и пыли. По размерам эти облака примерно такие же, как и области атомарного водорода, но плотность их в сотни и тысячи раз выше. Поэтому в больших молекулярных облаках может содержаться огромная масса вещества, достигающая сотен тысяч и даже миллионов масс Солнца. В молекулярных облаках, состоящих в основном из водорода, присутствуют и многие более сложные молекулы, в том числе простейшие органические соединения. Некоторая часть межзвездного вещества нагрета до очень высоких температур и "светится" в ультрафиолетовых и рентгеновских лучах. В рентгеновском диапазоне излучает самый горячий газ, имеющий температуру около миллиона градусов. Это - корональный газ , названный так по аналогии с разогретым газом в солнечной короне. Корональный газ отличается очень низкой плотностью: примерно один атом на кубический дециметр пространства.
Горячий разреженный газ образуется в результате мощных взрывов - вспышек сверхновых звезд. От места взрыва в межзвездном газе распространяется ударная волна и нагревает газ до высокой температуры, при которой он становится источником рентгеновского излучения. Корональный газ обнаружен также в пространстве между галактиками. Итак, основным компонентом межзвездной среды является газ, состоящий из атомов и молекул. Он перемешан с пылью, содержащей около 1% массы межзвездного вещества, и пронизывается быстрыми потоками элементарных частиц - космическими лучами - и электромагнитным излучением, которые также можно считать составляющими межзвездной среды. Кроме того, межзвездная среда оказалась слегка намагниченной. Магнитные поля связаны с облаками межзвездного газа и движутся вместе с ними. Эти поля примерно в 100 тыс. раз слабее магнитного поля Земли. Межзвездные магнитные поля способствуют образованию наиболее плотных и холодных облаков газа, из которых конденсируются звезды. Частицы космических лучей также реагируют на межзвездное магнитное поле: они перемещаются вдоль его силовых линий по спиральным траекториям, как бы навиваясь на них. При этом электроны, входящие в состав космических лучей, излучают радиоволны. Это так называемое синхротронное излучение рождается в межзвездном пространстве и уверенно наблюдается в радиодиапазоне.
Газовые туманности

Наблюдения с помощью телескопов позволили обнаружить на небе большое количество слабосветящихся пятен - светлых туманностей. Систематическое изучение туманностей начал в XVIII в. Уильям Гершель. Он разделял их на белые и зеленоватые. Подавляющее большинство белых туманностей образовано множеством звезд - это звездные скопления и галактики, а некоторые оказались связанными с межзвездной пылью, которая отражает свет близко расположенных звезд, - это отражательные туманности. Как правило, в центре такой туманности видна яркая звезда. А вот зеленоватые туманности - не что иное, как свечение межзвездного газа. Самая яркая на небе газовая туманность - Большая туманность Ориона. Она видна в бинокль, а при хорошем зрении ее можно заметить и невооруженным глазом - чуть ниже трех звезд, расположенных в одну линию, которые образуют Пояс Ориона. Расстояние до этой туманности около 1000 световых лет.
Что заставляет светиться межзвездный газ? В межзвездном газе происходят процессы, приводящие к излучению света, однако они не всегда связаны с бомбардировкой газа быстрыми частицами. Объяснить, как возникает свечение межзвездного газа, можно на примере атомарного водорода. Атом водорода состоит из ядра, имеющего положительный электрический заряд, и вращающегося вокруг него отрицательно заряженного электрона. Они связаны между собой электрическим притяжением. Затратив определенную энергию, их можно разделить. Такое разделение приводит к ионизации атома. Но электроны и ядра могут вновь соединиться друг с другом. При каждом объединении частиц будет выделяться энергия. Она излучается в виде порции (кванта) света определенного цвета, соответствующего данной энергии. Итак, для того чтобы газ излучал, необходимо ионизировать атомы, из которых он состоит. Это может произойти в результате столкновения с другими атомами, но чаще ионизация возникает, когда атомы газа поглощают кванты ультрафиолетового излучения, например от ближайшей звезды. Если вблизи облака нейтрального водорода вспыхнет голубая горячая звезда, то при условии, что облако достаточно большое и массивное, почти все ультрафиолетовые кванты от звезды поглотятся атомами облака. Вокруг звезды складывается область ионизированного водорода. Освободившиеся электроны образуют электронный газ температурой около 10 тыс. градусов. Обратный процесс рекомбинации, когда свободный электрон захватывается протоном, сопровождается переизлучением освободившейся энергии в виде квантов света.

Свет излучается не только водородом. Как считалось в XIX в., цвет зеленоватых туманностей определяется излучением некоего "небесного" химического элемента, который назвали небулием ("туманность"). Но впоследствии выяснилось, что зеленым цветом светится кислород. Часть энергии движения частиц электронного газа расходуется на возбуждение атомов кислорода, т.е. на перевод электрона в атоме на более далекую от ядра орбиту. При возвращении электрона на устойчивую орбиту атом кислорода должен испустить квант зеленого света. В земных условиях он не успевает этого сделать: плотность газа слишком высока и частые столкновения "разряжают" возбужденный атом. А в крайне разреженной межзвездной среде от одного столкновения до другого проходит достаточно много времени, чтобы электрон успел совершить этот запрещенный переход и атом кислорода послал в пространство квант зеленого света. Аналогичным образом возникает излучение азота, серы и некоторых других элементов.
Таким образом, область ионизированного газа вокруг горячих звезд можно представить в виде "машины", которая перерабатывает ультрафиолетовое излучение звезды в очень интенсивное излучение, спектр которого содержит линии различных химических элементов. И цвет газовых туманностей, как выяснилось позднее, различен: они бывают зеленоватые, розовые и других цветов и оттенков - в зависимости от температуры, плотности и химического состава газа. Газовые туманности бывают разной формы. Одни имеют форму кольца, в центре которого видна звездочка, - это планетарные туманности. Другие состоят из отдельных светящихся волокон газа. Многие туманности неправильной формы: они напоминают обыкновенную кляксу. Некоторые из них при наблюдении через светофильтр оказываются состоящими из отдельных волокн. Такова известная Крабовидная туманность. Это - наиболее широко изученный пример остатка взорвавшейся звезды (сверхновая).
Межзвездная пыль

Если взглянуть на Млечный Путь в ясную безлунную ночь, то даже невооруженным глазом видно, что эта светлая полоса, пересекающая все небо, не является сплошной. На ее фоне выделяются многочисленные темные пятна и полосы. Одно из самых заметных таких пятен в созвездии Стрельца издавна известно под названием Угольный Мешок. Уже два столетия назад выдвигались гипотезы, что "дырки" в небе представляют собой облака поглощающей свет материи. Развитие наблюдательной астрономической техники подкрепило эти предположения вескими доказательствами. О природе поглощающей материи первоначально не было единого мнения. Считалось, например, что это маленькие метеоритные частицы, образующиеся при разрушении крупных астероидов. Исследование свойств межзвездного поглощения света позволило установить, что оно вызывается мельчайшими пылинками, которые заполняют космическое пространство. Размеры этих пылинок - порядка одной стотысячной доли сантиметра. Пылевые частицы в нашей Галактике сильно концентрируются к плоскости галактического диска, поэтому большая часть темных пятен сосредоточена именно на фоне Млечного Пути. Межзвездная пыль полностью закрывает от нас ядро нашей Галактики. Межзвездная пыль предстает перед наблюдателями не только в виде темных туманностей. Если вблизи пылевого облака находится звезда, которая его освещает, то это облако будет видно уже как светлая туманность. В таком случает ее называют отражательной туманностью .
В первое время после того, как было обнаружено существование межзвездной пыли, она рассматривалась лишь как досадная помеха астрономическим исследованиям. Пыль задерживает почти половину суммарного излучения всех звезд Галактики. В некоторых более плотных областях доля поглощенного света превышает 90%, а в молекулярных облаках, где образуются молодые звезды, достигает практически 100%. Плотность пыли в космосе ничтожно мала даже по сравнению с разреженным межзвездным газом. Так, в окрестностях Солнца в кубическом сантиметре пространства содержится в среднем один атом газа и на каждые сто миллиардов атомов приходится всего одна пылинка! Иными словами, расстояние между пылинками измеряется десятками метров. Масса же пыли в Галактике составляет приблизительно одну сотую от массы газа и одну десятитысячную от полной массы Галактики. Однако этого количества пыли достаточно для того, чтобы значительно ослаблять свет.
Сильнее всего поглощаются синие лучи. При переходе к красным и инфракрасным лучам поглощение постепенно ослабевает. Но свет некоторых избранных цветов поглощается сильнее других. Это связано с тем, что отдельные вещества особенно эффективно поглощают излучение с определенными длинами волн. Исследование свойств поглощения света на различных длинах волн показало, что в состав межзвездных пылинок входят соединения углерода, кремния, замерзшие газы, водяной лед, а также различные органические вещества. Изучать свойства космической пыли помогает поляризация света. В обычном излучении звезд имеются волны, колеблющиеся во всех направлениях. Когда поток света встречает на своем пути сферическую пылинку, все эти волны поглощаются одинаково. Но если пылинка вытянута вдоль одной оси, то колебания, параллельные этой оси, поглощаются сильнее, чем перпендикулярные. В потоке света, прошедшем через облако вытянутых, одинаково ориентированных пылинок, присутствуют уже не все направления колебаний, т.е. излучение становится поляризованным. Измерение степени поляризации света звезд позволяет судить о форме и размерах пылевых частиц. А иногда по пути поляризации можно определить и электрические свойства межзвездной пыли.
Сопоставление наблюдательных данных показало, что межзвездная пыль состоит из двух видов частиц: графитовых (углеродных) и силикатных (т.е. содержащих соединения кремния). Размеры пылинок неодинаковы, причем мелких частиц значительно больше, чем крупных. В целом размер пылинок колеблется от одной миллионной до одной десятитысячной доли сантиметра. Графитовые и силикатные частицы образуются во внешних оболочках старых холодных звезд. Понятие "холодная звезда", конечно, весьма условно. Вблизи звезды температура оболочки еще достаточно высока и все вещества находятся в газообразном состоянии. По мере старения звезда теряет массу. Вещество, истекающее из ее оболочки, удаляется от звезды и остывает. Когда температура газа опускается ниже температуры плавления вещества пылинки, составляющие газ молекулы начинают слипаться в группы, образуя зародыши пылинок. Сначала они растут медленно, но с уменьшением температуры их рост ускоряется. Этот процесс продолжается несколько десятков лет. При дальнейшем расширении вещества, теряемого звездой, постепенно падает не только его температура, но и плотность. Когда газ становится сильно разреженным, рост пылинок прекращается.
На скорость образования и разрушения пылевых частиц во многом влияют температура и плотность того вещества, в котором они находятся. Но межзвездное пространство крайне неоднородно. Газ и пыль конденсируются в облака, плотность которых может в миллионы раз превышать плотность межоблачного пространства. Давление излучения звезд и течение газа в Галактике могут переместить пылинку в области, где создаются благоприятные условия для ее роста или разрушения. Химический состав пылинок зависит от того, какого элемента больше содержится в оболочке звезды - кислорода или углерода. Дело в том, что при охлаждении вещества оболочки углерод и кислород образуют очень прочные молекулы окиси углерода (угарный газ). Если после этого остался избыток углерода, в звезде будут формироваться графитовые частицы. В противном случае весь углерод войдет в состав окиси углерода, а избыточный кислород начнет соединяться с кремнием, образуя молекулы окиси кремния, из которых затем возникают силикатные пылинки.
Структура "новорожденной" пылинки довольно проста. Она однородна по химическому составу и строению. Условия в межоблачной среде таковы, что структура пылинки не может существенно измениться. Иначе обстоит дело в областях межзвездного газа, плотность которого достигает тысяч атомов на кубический сантиметр. Низкая температура и высокая плотность обеспечивают необходимые условия для образования на поверхности графитовой или силикатной пылинки мантии из более легкоплавких веществ, таких, как замерзшая вода, формальдегид и аммиак. Смесь этих соединений часто обозначают одним словом "лед". Молекулы льда неустойчивы. Воздействие внешнего излучения и столкновения пылинок друг с другом приводят к преобразованию его в более устойчивые органические соединения, которые обволакивают поверхность пылинки своеобразной пленкой.
В очень плотных молекулярных облаках, куда не проникает излучение звезд, лед на поверхности пылевых частиц уже не разрушается. Таким образом, в недрах этих облаков пылинки могут иметь трехслойную структуру: тугоплавкое ядро, оболочка из органических соединений и ледяная мантия. Предполагается, что из таких пылинок, слипшихся в большие комья, состоят ядра комет - реликты, сохранившиеся от тех времен, когда наша Солнечная система сама была плотным непрозрачным облаком. С помощью больших радиотелескопов ученые обнаружили, что в молекулярных облаках помимо обычных для межзвездного газа одиночных атомов водорода, гелия и некоторых других химических элементов содержится большое количество достаточно сложных молекул. Молекулы в космическом пространстве образуются в ходе бесчисленных химических реакций. Но главная среди них, без которой все другие были бы невозможны, - образование молекул водорода - эффективно протекает только на поверхности пылинок. Без участия межзвездной пыли процесс формирования молекулярных облаков и звезд шел бы по-иному. Благодаря совершенствованию наблюдательной техники и активному использованию космических телескопов теперь

Исторический сайт Багира - тайны истории, загадки мироздания. Загадки великих империй и древних цивилизаций, судьбы исчезнувших сокровищ и биографии людей изменивших мир, секреты спецслужб. История войн, загадки сражений и боёв, разведывательные операции прошлого и настоящего. Мировые традиции, современная жизнь России, загадки СССР, главные направления культуры и другие связанные темы - всё то о чём молчит официальная история.

Изучайте тайны истории - это интересно…

Сейчас читают

9 октября - Всемирный день почты. История почты уходит в глубину веков. Известно, что ещё в Древнем Египте существовали группы рабов-скороходов, разносившие важнейшие указы и распоряжения фараона по всему царству. В Древней Греции правительство каждого полиса тоже имело в своём распоряжении специальных пеших посланцев. В Древнем Риме пересылкой почты уже стали заниматься частные предприниматели, которые использовали для этого не только скороходов, но также повозки и вьючный скот. И лишь при императоре Августе в Римской империи впервые возникла государственная почта, в рамках которой письменные сообщения из одного города в другой перевозили казённые гонцы на верховых лошадях или колесницах.

7 декабря 1941 года без объявления войны более 400 японских самолётов внезапно обрушились на американскую военно-морскую базу Перл-Харбор. Итог: 7 потопленных линкоров, около 200 сгоревших на земле самолётов, более 3000 раненых и убитых. «Главным архитектором» плана нападения на Гавайи был японский адмирал Исороку Ямамото.

Советские люди заслуженно считались одними из самых романтичных в мире. По большому счёту романтика - вещь полезная: она возвышает над действительностью, помогает преодолеть трудности и не видеть «отдельных недостатков, которые пока ещё имеются». А ещё романтика может стать мощнейшим инструментом для тех, кто занимается идеологией и пропагандой. И это хорошо понимала советская власть…

Особенно много прогнозов, касающихся будущего землян, делается на 2012 год. Некоторые ясновидцы даже пророчат конец света - несмотря на то, что христианская церковь предостерегает от вычисления сроков этого последнего события в земной истории человечества. Для наступления конца света должны создаться условия, которые подробно перечислены в Библии. Однако, анализируя библейский текст, современные учёные вынуждены признать, что условия эти вот-вот могут возникнуть…

Сейчас мало кто помнит об этом случае, но он действительно произошёл в американском Белом доме при президентстве Джорджа Буша-старшего. Во время пресс-конференции, проходившей в Овальном кабинете, один из журналистов задал главе США вопрос: «Правда ли, что вы состоите в тайном обществе «Череп и кости»?» Публика на эти слова никак не отреагировала - бывало, на подобных мероприятиях - президентам задавали вопросы куда более странные, и при этом на них, как правило, давался какой-нибудь ответ. А если президенты не хотели или не могли ответить, они говорили: «Без комментариев». Но в данном случае реакция Буша на вопрос оказалась неожиданной: он, ни слова не говоря, просто вышел за дверь Овального кабинета. Ещё через несколько секунд президентские секьюрити молча подскочили к опешившему журналисту и чуть ли не силой вывели его из помещения. После этого Джордж Буш вернулся на своё место - и пресс-конференция продолжилась, будто перед этим ничего не произошло.

Исследователи предлагают две версии истории о рыцарях Храма. Первая основана на документах и свидетельствах современников. Вторая представляет собой гремучую смесь из теории заговоров, вымысла художественных произведений и оккультных и эзотерических знаний. Переломной датой в обеих версиях является 1312 год, когда папа Климент V распустил орден тамплиеров. Согласно историкам, на том и закончилось существование знаменитого ордена. Но, по мнению сторонников теории заговоров, храмовники уцелели в подполье и до сих пор представляют собой могучую силу.

В один из дней 1722 года Пётр I самолично срезал с белого платьица дочери Елизаветы символические крылышки. Об этом ритуале государь Пётр Алексеевич узнал в Европе и поспешил провести его в своём дворце, тем более что его чаду «перевалило» за двенадцать лет. После того как крылышки упали на пол, Елизавета стала считаться невестой. Правда, когда в семье разговор заходил о замужестве, Лизанька всегда начинала плакать и умолять родителей оставить её дома.

Во всех веках, сколько себя помнит человечество, дуэли - ритуализованная агрессия, направленная на противника, - существовали для восстановления справедливости. Особенно в этом преуспевали мужчины - в качестве защитников женской чести и своего доброго имени. Однако до нас дошли истории, когда активными участницами дуэлей становились женщины, великолепно владевшие оружием. Своим бескомпромиссным поведением они доказывали, что оскорблённый слабый пол почище мужского не знает снисхождения и пощады.

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

Вещество, поглощающее свет, распределено в пространстве не равномерно, а имеет клочковатую структуру и концентрируется к Млечному Пути. Тёмные туманности, такие, как Угольный Мешок и Конская Голова, являются местом повышенной плотности поглощающего межзвёздного вещества. А состоит оно из мельчайших частиц - пылинок. Физические свойства пылинок к настоящему времени изучены достаточно хорошо.

Помимо пыли между звёздами имеется большое количество невидимого холодного газа. Масса его почти в сто раз превосходит массу пыли. Как же стало известно о существовании этого газа? Оказалось, что атомы водорода излучают радиоволны с длиной волны 21 см. Большую часть информации о межзвёздном веществе получают с помощью радиотелескопов. Так были открыты облака атомарного нейтрального водорода.

Типичное облако атомарного нейтрального водорода имеет температуру около 70 К (-200 °С) и невысокую плотность (несколько десятков атомов в кубическом сантиметре пространства). Хотя такая среда и считается облаком, для землянина это глубокий вакуум, в миллиард раз разреженнее, чем вакуум, создаваемый, например, в кинескопе телевизора. Размеры облаков водорода – от 10 до 100 пк (для сравнения: звёзды в среднем находятся друг от друга на расстоянии 1 пк).

Впоследствии были обнаружены ещё более холодные и плотные облака молекулярного водорода, совершенно непрозрачные для видимого света. Именно в них сосредоточена большая часть холодного межзвёздного газа и пыли. По размерам эти облака примерно такие же, как и области атомарного водорода, но плотность их в сотни и тысячи раз выше. Поэтому в больших молекулярных облаках может содержаться огромная масса вещества, достигающая сотен тысяч и даже миллионов масс Солнца. В молекулярных облаках, состоящих в основном из водорода, присутствуют и многие более сложные молекулы, в том числе простейшие органические соединения.

Некоторая часть межзвёздного вещества нагрета до очень высоких температур и «светится» в ультрафиолетовых и рентгеновских лучах. В рентгеновском диапазоне излучает самый горячий газ, имеющий температуру _около миллиона градусов. Это - корональный газ , названный так по аналогии с разогретым газом в солнечной короне. Корональный газ отличается очень низкой плотностью: примерно один атом на кубический дециметр пространства.

Горячий разреженный газ образуется в результате мощных взрывов - вспышек сверхновых звёзд. От места взрыва в межзвёздном газе распространяется ударная волна и нагревает газ до высокой температуры, при которой он становится источником рентгеновского излучения. Корональный газ обнаружен также в пространстве между галактиками.

Итак, основным компонентом межзвёздной среды является газ, состоящий из атомов и молекул. Он перемешан с пылью, содержащей около 1% массы межзвёздного вещества, и пронизывается быстрыми потоками элементарных частиц - космическими лучами - и электромагнитным излучением, которые также можно считать составляющими межзвёздной среды.

Кроме того, межзвёздная среда оказалась слегка намагниченной. Магнитные поля связаны с облаками межзвёздного газа и движутся вместе с ними. Эти поля примерно в 100 тыс. раз слабее магнитного поля Земли. Межзвёздные магнитные поля способствуют образованию наиболее плотных и холодных облаков газа, из которых конденсируются звёзды. Частицы космических лучей также реагируют на межзвёздное магнитное поле: они перемещаются вдоль его силовых линий по спиральным траекториям, как бы навиваясь на них. При этом электроны, входящие в состав космических лучей, излучают радиоволны. Это так называемое синхротронное излучение рождается в межзвёздном пространстве и уверенно наблюдается в радиодиапазоне.

Страница 2 из 2

Солнце по отношению к ближай-шим звездам движется со скоростью 16,5 км/с. Его полет (а вместе с ним и всей Солнечной системы) направлен к точке, лежащей на границе созвез-дий Геркулеса и Лиры, примерно под углом 25° к плоскости Галактики. Чтобы пройти с такой скоростью 50 световых лет пространства, необхо-дим миллион лет. Обращение нашего светила вокруг центра Галактики но-сит колебательный характер: каж-дые 33 миллиона лет оно пересекает галактический экватор, затем подни-мается над его плоскостью на высоту 230 световых лет и снова опускается вниз, к экватору. На совершение пол-ного оборота Солнцу требуется 250 миллионов лет. Но следует различать движение Солнца относительно цен-тра Галактики и движение относи-тельно близких звезд. Ведь говоря о скорости, к примеру, самолета, мы же не учитываем скорость обращения Земли вокруг Солнца. Так и астроно-мы не учитывают галактическую ор-битальную скорость при рассмотре-нии скорости движения нашего све-тила по отношению к ближайшим звездам.

Солнечную систему окружает мест-ное межзвездное облако, теплое и плотное, которое, как и все облака, состоит из газа и пыли. Причем масса пыли составляет лишь 1% от массы всего межзвездного облака. А газ в нем состоит из 90% водорода и 9,99% гелия. Более тяжелые элементы в сумме составляют около 0,01% мас-сы. Солнце расположено внутри этого облака в районе, который иногда на-зывают местным "пузырем", пред-ставляющим собой большое и относи-тельно пустое пространство. Между прочим, в космосе настолько пусто, что это даже вообразить сложно! Са-мый лучший, самый "пустой" совре-менный лабораторный вакуум в 10000 раз плотнее обычных межзвезд-ных облаков (вполне видимых на фо-тографиях, сделанных с помощью те-лескопов), которые в тысячи раз плотнее местного "пузыря"! Плот-ность этого "пузыря"всего лишь1 атом в кубическом дециметре! Зато температура его действительно аст-рономическая: около 1млн.° К! По сравнению с ним, окружающее "пу-зырь" местное межзвездное облако "слегка теплое", его температура 7000° К.

Местный "пузырь" опоясан боль-шим кольцом из молодых звезд и зон, в которых звездообразование продол-жается, получившим название пояс Гульда. Его можно увидеть ночью как полосу ярких звезд, протянувшую-ся от Ориона к Скорпиону и накло-ненную под углом в 20° к галактичес-кой плоскости. Северный полюс поя-са Гульда проецируется на небесную сферу близко к так называемому от-верстию Локмана, зоне, содержащей наименьшее количество межзвездно-го газа между Солнцем и внегалакти-ческим космосом.

Активное звездообразование на границах местного "пузыря" регу-лирует распределение межзвездного вещества. Самый близкий район формирования новых солнц нахо-дится на расстоянии приблизитель-но 400 световых лет от Солнца (на ок-раинах местного "пузыря") в ассоци-ации Скорпиона-Центавра. Молеку-лярные облака в этом районе значи-тельно холоднее (менее 100°К) и во много раз плотнее (более 1000 ато-мов в кубическом сантиметре), чем местное межзвездное облако. Опре-деленная учеными траектория дви-жения Солнца в Галактике показывает, что оно перемещается через по-яс Гульда, находясь в области очень низкой плотности межзвездного ве-щества уже в течение нескольких миллионов лет. Вероятность столк-новения с большим и плотным меж-звездным облаком в этой области очень мала. И поскольку в данный момент мы медленно движемся к вы-ходу из местного "пузыря", скорее всего, на протяжении ближайшего миллиона лет столкновений с други-ми газово-пылевыми облаками не будет.

Но стоит задуматься над тем, как может отразиться на климате Земли столкновение с межзвездным обла-ком в пусть далеком, но все же реаль-ном будущем. Кстати, интересно, яв-ляется ли простым совпадением то, что люди появились на Земле, пока Солнце путешествовало через относи-тельно пустую область космоса?

Несмотря на то, что в радиусе 100 световых лет массивные межзвезд-ные облака отсутствуют, местное га-лактическое окружение, похоже, мо-жет незаметно для нас измениться за гораздо более короткий срок. Следует отметить: низкая плотность местного "пузыря" позволяет легко расши-ряться в свободное пространство ударным волнам и выброшенным оболочкам Сверхновых, пронося-щимся мимо Солнца. Действительно, у ученых есть сведения о том, что последние250000летСолнечная система испытывала воздействие непрерывного потока межзвездных частичек со стороны ассоциации Скорпиона-Центавра. Однако сущест-вуют подозрения, что ближайшее га-лактическое окружение Солнца мог-ло измениться даже за последние 2000 лет! Пока подобные заявления делаются осторожно, поскольку астро-номы не до конца еще разобрались в сложной структуре местного меж-звездного облака.

Облако вокруг Солнечной системы является частью материала, выбро-шенного из ассоциации Скорпиона-Центавра, и перемещающегося пер-пендикулярно направлению движе-нияСолнца (относительно ближайших звезд). Это подтверждается на-блюдениями, которые показывают, как поток межзвездных частичек влетает в Солнечную систему со скоростью 26 км/с из области, ле-жащей вдоль эклиптики на расстоя-нии 15° от направления на центр Га-лактики.

Вопрос о происхождении местно-го "пузыря" и местного межзвездно-го облака все еще остается откры-тым. Некоторые астрономы полага-ют, что они образовались в прос-транстве между спиральными рука-вами нашей Галактики после его очищения от плотной межзвездной материи могучими ударными волна-ми, возникавшими в процессе звез-дообразования в созвездиях Скорпи-она, Центавра и Ориона. Другие ученые уверены, что причиной обра-зования этого относительно свобод-ного пространства стала вспышка Сверхновой в окрестностях Солнца. Происхождение самого термина "пузырь" связано с идеей, что Сол-нечная система находится внутри остатка Сверхновой.

Местный межзвездный ветер, дую-щий через нашу планетную систему, взаимодействует с солнечным вет-ром, который представляет собой го-рячую плазму, состоящую из заря-женных частиц (в основном это про-тоны, ядра гелия и электроны) и уно-сящуюся от Солнца с высокой скорос-тью. Источником этого ветра являет-ся солнечная корона, раскаленная до миллионов градусов. Ее как раз очень хорошо видно во время полного солнечного затмения в виде восхити-тельного венца, окружающего диск. Солнечный ветер также содержит магнитное поле, спирально закручен-ное вследствие вращения Солнца. Он выдувается из короны со сверхзвуко-вой скоростью и достигает орбиты Плутона прежде, чем встречает на своем пути межзвездный ветер. По мере приближения солнечного ветра к границам Солнечной системы его плотность и скорость уменьшаются. На расстоянии 80-100 астрономичес-ких единиц формируется ударная зо-на, образование которой связано с пе-реходом скорости солнечного ветра отсверхзвуковойкдозвуковой. Окончательная остановка солнечного ветра происходит в зоне торможения, расположенной в 130-150 астрономи-ческих единицах от Солнца. Совре-менная модель гелиосферы предпола-гает, что она по форме очень похожа на капельку воды. Такая красивая форма обусловлена в основном обте-канием межзвездным ветром плазмы солнечного ветра.

Внутрь гелиосферы проникают по большей части нейтральные меж-звездные атомы водорода и гелия. Причем 98% газа внутри гелиосфе-ры (исключая газ, связанный с ко-метами и планетарными телами) составляет межзвездный газ. Это происходит потому, что плотности солнечного и межзвездного ветров в районе орбиты Юпитера становятся равными.

Впервые межзвездный газ в Сол-нечной системе был открыт с помо-щью спутника, который исследовал нейтральный водород в верхних сло-ях атмосферы Земли. В межзвездном космическом пространстве водород имеет низкую температуру, поэтому его электрон занимает положение, соответствующее уровню минималь-ной энергии. Но когда нейтральный межзвездный атом водорода прибли-жается к Солнцу, он получает энер-гию от интенсивного солнечного из-лучения, и его электрон переходит на орбиту, соответствующую более вы-сокому энергетическому уровню. При возвращении в состояние с низ-кой энергией электрон в ультрафио-летовом диапазоне излучает фотон, который и фиксируется с помощью аппаратуры спутника.

Со времени этого открытия было обнаружено много других явлений, свидетельствующих о присутствии межзвездного газа в Солнечной сис-теме. В нескольких астрономических единицах от Солнца большая часть межзвездных атомов водорода иони-зирована. Атомы гелия успевают приблизиться к Солнцу на расстоя-ние в одну астрономическую едини-цу, прежде чем они ионизируются солнечным излучением, а отдельные атомы совсем избегают ионизации. Движущийся поток межзвездных атомов фокусируется солнечной гравитацией в конус, через который Земля проходит каждый год в конце ноября.

Ионизированные атомы гелия подхватываются потоком солнечно-го ветра и уносятся к границе гели-осферы. Поскольку такие "подхва-ченные" ионы являются продукта-ми взаимодействия солнечного вет-ра с межзвездным веществом, изме-рение их количества и характерис-тик является ключом к разгадке свойств самого межзвездного ве-щества. Открытие "подхваченных" ионов произошло в середине 1980-х годов.

После достижения ионами гелия ударной зоны на границе гелиосфе-ры, они ускоряются и образуют ком-понент, известный как "аномальная составляющая космических лучей". "Аномальными" они являются пото-му, что их энергии недостаточно для проникновения в Солнечную систему снаружи, они должны были сформироваться внутри нее. Други-ми словами, мы наблюдаем, как эти частицы буквально носятся внутри гелиосферы: они влетают в Солнеч-ную систему как нейтральные ато-мы, движутся к границе гелиосферы как "подхваченные ионы" и снова возвращаются внутрь Солнечной системы уже в виде "аномальных космических лучей".

Но частички размером с атом — это не единственные "пришельцы", залетающие в Солнечную систему из космоса. Детекторы пыли, установ-ленные на борту знаменитых косми-ческих аппаратов Ulysses и Galileo, зафиксировали поток крупных пы-левых частичек, движущихся с той же скоростью и в том же направле-нии, что и местный межзвездный ве-тер. Их размер составляет 0,2-6 мкм (меньшие пылевые частички элек-трически заряжены, поэтому им не удается проникнуть во внутренние области Солнечной системы). Самые крупные частички имеют траекто-рии, совершенно не зависящие от солнечного ветра или циклов солнеч-ной активности. Почти так же, как атомы гелия, эти частицы фокусиру-ются солнечной гравитацией, и Зем-ля каждый год в конце ноября проходит через их уплотненный поток.

Наше галактическое окружение изменяется, и мы не знаем, какие еще объекты могут нам встретиться в будущем. Наблюдения соседних межзвездных облаков показывают, что в них существуют небольшие по размерам уплотнения (размером от 100 до 10 000 а.е.), которые могут содержать до 1000 частиц в кубичес-ком сантиметре! При прохождении Солнцем подобной уплотненной ту-манности размеры гелиосферы из-менились бы просто катастрофичес-ки. Компьютерное моделирование такой встречи показывает, что если бы плотность местного межзвездно-го ветра выросла до 10 частиц в ку-бическом сантиметре, гелиосфера сжалась бы до 15 а. е., а гелиопауза потеряла бы стабильность. Плот-ность межзвездного водорода на рас-стоянии 1 а. е. выросла бы до 2 ато-мов в кубическом сантиметре, что значительно изменило бы состав среды, окружающей Землю. При плотности местного межзвездного ветра 1000 частиц в кубическом сан-тиметре, такие планеты как Сатурн, Уран, Нептун и Плутон полностью погрузились бы в межзвездный газ. Но в пределах земной орбиты сол-нечный ветер по-прежнему преобла-дал бы над межзвездным. Поэтому можно сказать, что солнечный ветер защищает внутренние планеты от изменений в галактическом окруже-нии Солнца.

Существуют свидетельства, что подобные изменения могли неоднок-ратно происходить в прошлом. Ис-следования концентрации берил-лия-10 (период полураспада 1,5 милли-она лет) в Антарктике обнаружили два всплеска, произошедшие 60 000 и 33 000 лет назад. Такие всплески объясняются сильным изменением уровня космических лучей, которое могло быть следствием либо вспыш-кинедалекойСверхновой, либо встречи с плотной частью местного межзвездно-го облака. В пользу возможной вспышки Свер-хновой говорит обнаружение уровня повышен-ной концентрации железа-60 в отложениях морского дна. Железо-60 — радиоактивный изотоп железа, образующийся при вспышках Сверхновых. Это открытие, возможно, свиде-тельствует о вспышке Сверхновой около 5 млн. лет назад на расстоянии до 90 световых лет от Солнца.

Для исследователей в этой области открыва-ются широчайшие возможности! Ведь понима-ние взаимодействия межзвездного и солнечного ветров в прошлом и настоящем дало бы возмож-ность прогнозировать поведение гелиосферы в будущем. Значительную помощь здесь могло бы оказать составление максимально подробной галактической карты.

Наилучшим решением вопроса стал бы за-пуск межзвездного зонда для непосредствен-ных измерений параметров среды. Это дало бы возможность детально изучить свойства мест-ных газово-пылевых облаков: плотность, ио-низацию, молекулярный состав, интенсив-ность магнитных полей, динамические харак-теристики их взаимодействия с солнечным ветром. Если бы программа по запуску такого зонда получила финанси-рование, то результаты можно было бы ожидать уже в ближайшем буду-щем. Ведь использование современных двигателей и пертурбационных манев-ров в гравитационных по-лях планет Солнечной сис-темы позволяет разогнать космический аппарат до скоростей 4000 км/с. Гра-ниц Солнечной системы он достиг бы через 15 лет пос-ле запуска. Это событие станет началом новой эры окончательного выхода в межзвездное пространство!

Подождем еще немного.

Александр Пугач

Лишь сравнительно недавно удалось доказать, что звезды существуют не в абсолютной пустоте и что космическое пространство не вполне прозрачно. Тем не менее такие предположения высказывались давно. Еще в середине 19 в. российский астроном В.Струве пытался (правда, без особого успеха) научными методами найти непреложные свидетельства того, что пространство не пустое, и в нем происходит поглощение света далеких звезд.

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

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

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

Быстрое развитие астрофизики, изучающей взаимодействие вещества и излучения в космическом пространстве, как и появление новых возможностей наблюдений, позволило детально исследовать физические процессы в межзвездной среде. Возникли целые научные направления – космическая газодинамика и космическая электродинамика, изучающие свойства разреженных космических сред. Астрономы научились определять расстояния до газовых облаков, измерять температуру, плотность и давление газа, его химический состав, оценивать скорости движения вещества. Во второй половине 20 в. выявилась сложная картина пространственного распределения межзвездной среды и ее взаимодействия со звездами. Оказалось, что от плотности и количества межзвездного газа и пыли зависит возможность зарождения звезд, а звезды (прежде всего, наиболее массивные из них), в свою очередь, меняют свойства окружающей межзвездной среды – нагревают ее, поддерживают непрестанное движение газа, пополняют среду своим веществом, меняют ее химический состав. Изучение такой сложной системы как «звезды – межзвездная среда» оказалось очень сложной астрофизической задачей, особенно если учесть, что общая масса межзвездной среды в Галактике и ее химический состав медленно изменяются под действием различных факторов. Поэтому можно сказать, что в межзвездной среде отражена вся история нашей звездной системы продолжительностью в миллиарды лет.

Эмиссионные газовые туманности.

Большая часть межзвездной среды не доступна наблюдениям ни в какие оптические телескопы. Наиболее яркое исключение из этого правила – газовые эмиссионные туманности, наблюдавшиеся еще с самыми примитивными оптическими средствами. Самая известная из них – Большая туманность Ориона, которая видна даже невооруженным глазом (при условии очень хорошего зрения) и особенно красива при наблюдении в сильный бинокль или небольшой телескоп.

Известны многие сотни газовых туманностей на различных расстояниях от нас, причем почти все они сосредоточены вблизи полосы Млечного Пути – там, где чаще всего встречаются молодые горячие звезды.

В эмиссионных туманностях плотность газа значительно выше, чем в окружающем их пространстве, но и в них концентрация частиц составляет лишь десятки или сотни атомов в кубическом сантиметре. Такая среда по «земным» меркам не отличима от полного вакуума (для сравнения: концентрация частиц воздуха при нормальном атмосферном давлении составляет в среднем 3·10 19 молекул в см 3 , и даже наиболее мощные вакуумные насосы не создадут такой низкой плотности, какая существует в газовых туманностях). Туманность Ориона имеет сравнительно небольшой линейный размер (20–30 световых лет). Поскольку диаметры некоторых туманностей превышают 100 св. лет, полная масса газа в них может достигать десятков тысяч масс Солнца.

Эмиссионные туманности светятся потому, что внутри них или рядом с ними находятся звезды редкого типа – горячие голубые звезды-сверхгиганты. Правильнее эти звезды следовало бы назвать ультрафиолетовыми, поскольку их основное излучение происходит в жестком ультрафиолетовом диапазоне спектра. Излучение с длиной волны короче 91,2 нм очень эффективно поглощается межзвездными атомами водорода и ионизует их, т.е. разрывает в них связи между электронами и ядрами атомов – протонами. Этот процесс (ионизация) сбалансирован противоположным процессом (рекомбинация), в результате которого под действием взаимного притяжения электроны вновь объединяются с протонами в нейтральные атомы. Такой процесс сопровождается излучением электромагнитных квантов. Но обычно электрон, соединяясь с протоном в нейтральный атом, не сразу попадает на нижний энергетический уровень атома, а задерживается на нескольких промежуточных, и каждый раз при переходе между уровнями атом излучает фотон, энергия которого меньше, чем у того фотона, который ионизовал атом. В результате, один ультрафиолетовый фотон, ионизовавший атом, «дробится» на несколько оптических. Так газ преобразует не видимое глазом ультрафиолетовое излучение звезды в оптическое излучение, благодаря которому мы видим туманность.

Эмиссионные туманности типа Туманности Ориона – это газ, нагреваемый ультрафиолетовыми звездами. Ту же природу имеют и планетарные туманности, состоящие из газа, сбрасываемого стареющими звездами.

Но наблюдаются и светящиеся газовые туманности несколько иной природы, которые возникают при взрывных процессах в звездах. Прежде всего, это остатки взорвавшихся сверхновых звезд , примером которых может служить Крабовидная туманность в созвездии Тельца. Такие туманности нестационарны, их отличает быстрое расширение.

Внутри газовых остатков сверхновых звезд нет ярких ультрафиолетовых источников. Энергия их свечения – это преобразованная энергия газа, разлетающегося после взрыва звезды, плюс энергия, выделяемая сохранившимся остатком Сверхновой. В случае Крабовидной туманности таким остатком является компактная и быстро вращающаяся нейтронная звезда, непрерывно выбрасывающая в окружающее пространство потоки высокоэнергичных элементарных частиц. Через десятки тысяч лет подобные туманности, расширяясь, постепенно растворяются в межзвездной среде.

Межзвездная пыль.

Даже беглый взгляд на изображение любой эмиссионной туманности достаточно большого размера позволяет увидеть на ее фоне резкие темные детали – пятна, струи, причудливые «заливы». Это – проектирующиеся на светлую туманность расположенные недалеко от нее небольшие и более плотные облака, непрозрачные вследствие того, что к газу всегда примешена межзвездная пыль, поглощающая свет.

Присутствует пыль и вне газовых облаков, заполняя (вместе с очень разреженным газом) все пространство между ними. Такая распределенная в пространстве пыль приводит к трудно учитываемому ослаблению света далеких звезд. Свет частично поглощается, а частично – рассеивается мелкими твердыми пылинками. Наиболее сильное ослабление наблюдается в направлениях, близких к направлению на Млечный Путь (на плоскость галактического диска). В этих направлениях, пройдя тысячу световых лет, видимый свет ослабляется примерно на 40 процентов. Если учесть, что протяженность нашей Галактики – десятки тысяч световых лет, то становится ясно, что мы можем исследовать звезды галактического диска лишь в небольшой его части. Чем короче длина волны излучения, тем сильнее поглощается свет, в результате чего далекие звезды кажутся покрасневшими. Поэтому межзвездное пространство прозрачнее всего для длинноволнового инфракрасного излучения. Лишь наиболее плотные газопылевые облака остаются непрозрачными даже для инфракрасного света.

Следы космической пыли можно увидеть и без телескопа. В безлунную летнюю или осеннюю ночь хорошо видно «раздвоение» полосы Млечного Пути в области созвездия Лебедя. Оно связано с близкими пылевыми облаками, слой которых закрывает лежащие позади них яркие области Млечного Пути. Можно найти темные участки и в других областях Млечного Пути. Наиболее плотные газопылевые облака, проектируясь на области неба, богатые звездами, выглядят темными пятнами даже в инфракрасном свете.

Иногда вблизи холодных газо-пылевых облаков располагаются яркие звезды. Тогда их свет рассеивается на пылинках и видна «отражательная туманность».

В отличие от эмиссионных туманностей, они имеют непрерывный спектр, как и спектр освещающих их звезд.

Изучая отраженный или прошедший сквозь облако свет звезд, можно многое узнать о частицах пыли. Например, поляризация света говорит о вытянутой форме пылинок, которые приобретают определенную ориентацию под действием межзвездного магнитного поля. Твердые частицы космической пыли имеют размер порядка 0,1–1 мкм. Вероятно, у них железо-силикатное или графитовое ядрышко, покрытое ледяной «шубой» из легких элементов. Графитовые и силикатные ядрышки пылинок, по-видимому, образуются в относительно прохладных атмосферах звезд-гигантов и выбрасываются затем в межзвездное пространство, где остывают и покрываются шубой из летучих элементов.

Полная масса пыли в Галактике составляет не более 1% от массы межзвездного газа, но и это немало, поскольку эквивалентно массе десятков миллионов таких звезд как Солнце.

Поглощая световую энергию звезд, пыль нагревается до небольшой температуры (обычно – на несколько десятков градусов выше абсолютного нуля), а излучает поглощенную энергию в форме очень длинноволнового инфракрасного излучения, которое на шкале электромагнитных волн занимает промежуточное положение между оптическим и радио диапазонами (длина волны – десятки и сотни микрометров). Это излучение, принимаемое телескопами, установленными на специализированных космических аппаратах, дает неоценимую информацию о массе пыли и источниках ее нагрева в нашей и других галактиках.

Атомарный, молекулярный и горячий газ.

Межзвездный газ – это, в основном, смесь водорода (около 70%) и гелия (около 28%) с очень небольшой примесью более тяжелых химических элементов. Средняя концентрация частиц газа в межзвездном пространстве чрезвычайно мала и не превышает одной частицы на 1–2 кубических см. В объеме, равном объему земного шара, содержится около 1 кг межзвездного газа, но это только в среднем. Газ очень неоднороден как по плотности, так и по температуре.

Температура основной массы газа не превышает нескольких тысяч градусов – недостаточно высокой для того, чтобы водород или гелий был ионизован. Такой газ называют атомарным, поскольку он состоит из нейтральных атомов. Холодный атомарный газ практически не излучает в оптическом диапазоне, поэтому долгое время о нем почти ничего не было известно.

Самый распространенный атомарный газ – водород (условное обозначение – HI) – наблюдается по радиоизлучению на длине волны около 21 см. Радионаблюдения показали, что газ образует облака неправильной формы с температурой в несколько сотен кельвинов и более разреженную и горячую межоблачную среду. Полная масса атомарного газа в галактике достигает нескольких миллиардов масс Солнца.

В наиболее плотных облаках газ охлаждается, отдельные атомы объединяются в молекулы, и газ становится молекулярным. Самая распространенная молекула – Н 2 – не излучает ни в радио, ни в оптическом диапазоне (хотя у этих молекул есть линии поглощения в ультрафиолетовой области), и обнаружить молекулярный водород чрезвычайно трудно. К счастью, вместе с молекулярным водородом возникают десятки других молекул, содержащих более тяжелые элементы – такие как углерод, азот и кислород. По их радиоизлучению на определенных, хорошо известных частотах оценивается масса молекулярного газа. Пыль делает молекулярные облака непрозрачными для света, и именно они видны как темные пятна (прожилки) на более светлом фоне эмиссионных туманностей.

Радиоастрономические наблюдения позволили обнаружить в межзвездном пространстве довольно сложные молекулы: гидроксил OH; пары воды H 2 O и аммиака NH, формальдегид H 2 CO, окись углерода CO, метанол (древесный спирт) CH 3 OH, этиловый (винный) спирт CH 3 CH 2 OH и еще десятки других, даже более сложных молекул. Все они найдены в плотных и холодных газопылевых облаках, пыль в которых защищает хрупкие молекулы от разрушающего влияния ультрафиолетового излучения горячих звезд. Вероятно, поверхность холодных пылинок служит как раз тем местом, где образуются сложные молекулы из налипших на пылинку отдельных атомов. Чем плотнее и массивнее облако, тем большее разнообразие молекул в нем обнаруживается.

Молекулярные облака очень разнообразны.

Некоторые небольшие облачка мы видим интенсивно «испаряющимися» под действием света близких звезд. Существуют, однако, и гигантские очень холодные облака с массой, превышающей миллион масс Солнца (подобных образований в нашей Галактике больше сотни). Такие облака называются гигантскими молекулярными облаками. Для них существенным является собственное гравитационное поле, удерживающее газ от расширения. Температура в их недрах лишь на несколько кельвинов выше абсолютного нуля.

Молодые горячие звезды могут своим коротковолновым излучением нагревать и разрушать молекулярные облака. Особенно много энергии выделяется и сообщается межзвездному газу при взрывах сверхновых, а также веществом, интенсивно истекающим из атмосфер горячих звезд большой светимости (звездным ветром массивных звезд). Газ расширяется и нагревается до миллиона и более градусов. Эта горячая разреженная среда образует гигантские «пузыри» в более холодном межзвездном газе, размеры которых иногда составляют сотни световых лет. Такой газ часто называют «корональным» – по аналогии с газом горячей солнечной короны, хотя межзвездный горячий газ на несколько порядков разреженнее, чем газ короны. Наблюдается такой горячий газ по слабому тепловому рентгеновскому излучению или по ультрафиолетовым линиям, принадлежащим некоторым частично ионизованным элементам.

Космические лучи.

Помимо газа и пыли, межзвездное пространство заполнено также очень энергичными частицами «космических лучей», имеющими электрический заряд – электронами, протонами и ядрами некоторых элементов. Эти частицы летят практически со скоростью света по всем возможным направлениям. Их основным (но не единственным) источником служат взрывы сверхновых звезд. Энергия частиц космических лучей на много порядков превышает их энергию покоя Е = m 0c 2 (здесь m 0 – масса покоя частицы, с – скорость света), и обычно находится в пределах 10 10 – 10 19 эВ (1 эВ = 1,6 ґ 10 –19 Дж), в очень редких случаях достигая и более высоких значений. Частицы движутся в слабом магнитном поле межзвездного пространства, индукция которого примерно в сто тысяч раз меньше, чем у магнитного поля Земли. Межзвездное магнитное поле, действуя на заряженные частицы с силой, зависящей от их энергии, «запутывает» траектории частиц, и они непрерывно меняют направление своего движения в Галактике. Лишь наиболее высокоэнергичные космические лучи движутся по слабо искривленным путям и по этому не удерживаются в Галактике, уходя в межгалактическое пространство.

Частицы космических лучей, достигающие нашей планеты, сталкиваются с атомами воздуха и, разбивая их, рождают новые многочисленные элементарные частицы, которые образуют настоящие «ливни», выпадая на земную поверхность. Эти частицы (их называют вторичными космическими лучами) удается непосредственно регистрировать лабораторными приборами. Первичные же космические лучи до поверхности Земли практически не доходят, их можно регистрировать за пределами атмосферы. Но о наличии быстрых частиц в межзвездном пространстве удается узнать и по косвенным признакам – по характерному излучению, которое они производят при своем движении.

Заряженные частицы, летящие в межзвездном магнитном поле, отклоняются от прямых траекторий под действием силы Лоренца. Их траектории словно «наматываются» на линии магнитной индукции. Но любое не-прямолинейное движение заряженных частиц, как известно из физики, приводит к излучению электромагнитных волн и постепенной потере энергии частицами. Длина волны излучения космических частиц соответствует радиодиапазону. Особенно эффективно излучают легкие электроны, на движение которых межзвездное магнитное поле влияет сильнее всего из-за их очень малой массы. Это излучение названо синхротронным, поскольку в физических лабораториях оно тоже наблюдается, когда электроны разгоняют в магнитных полях в специальных установках – синхротронах, используемых для получения высокоэнергичных электронов.

Радиотелескопы (см . РАДИОАСТРОНОМИЯ) принимают синхротронное излучение не только от всех областей Млечного Пути, но и от других галактик. Это доказывает наличие там магнитных полей и космических лучей. Синхротронное излучение заметно усилено в спиральных рукавах галактик, где больше плотность межзвездной среды, интенсивнее магнитное поле и чаще происходят взрывы сверхновых – источники космических лучей. Характерной особенностью синхротронного излучения служит его спектр, не похожий на спектр излучения нагретых сред, и сильная поляризация, связанная с направленностью магнитного поля.

Крупномасштабное распределение межзвездной среды.

Основная масса газа и пыли концентрируется вблизи плоскости нашей Галактики. Именно там сосредоточены наблюдаемые эмиссионные туманности, облака атомарного и молекулярного газа. Аналогичная картина наблюдается и в других галактиках, похожих на нашу. Когда далекая галактика развернута к нам так, что ее звездный диск виден «с ребра», диск кажется пересеченным темной полосой. Темная полоса – это слой межзвездной среды, непрозрачный из-за наличия пылевых частиц.

Толщина слоя межзвездного газа и пыли обычно составляет несколько сотен св. лет, а диаметр – десятки и сотни тысяч св. лет, поэтому такой слой можно считать сравнительно тонким. Объяснение концентрации межзвездной среды в тонкий диск достаточно простое и кроется в свойствах атомов газа (и облаков газа) терять энергию при столкновении друг с другом, которые непрерывно происходят в межзвездном пространстве. Благодаря этому газ скапливается там, где его полная (кинетическая + потенциальная) энергия минимальна – в плоскости звездного диска, притягивающего газ. Именно притяжение звезд не дает газу далеко отойти от плоскости диска.

Но и внутри диска Галактики газ распределен неравномерно. В центре Галактики выделяется молекулярный диск размером несколько сотен св. лет. Дальше от центра плотность газа падает, но быстро возрастает вновь, образуя гигантское газовое кольцо радиусом более 10 тыс. св. лет и шириной в несколько тысяч св. лет. Солнце находится за его пределами. В окрестностях Солнца средние плотности молекулярного и атомарного газа сопоставимы, а на еще больших расстояниях от центра преобладает атомарный газ. Внутри слоя межзвездной среды наибольшая плотность газа и пыли достигается в спиральных рукавах Галактики. Там особенно часто встречаются молекулярные облака и эмиссионные туманности, и рождаются звезды.

Рождение звезд.

Когда астрономы научились измерять возраст звезд и выделять короткоживущие молодые звезды, было выявлено, что образование звезд происходит чаще всего там, где концентрируется межзвездная газопылевая среда – вблизи плоскости нашей Галактики, в ее спиральных ветвях. Ближайшие к нам области звездообразования связаны с комплексом молекулярных облаков в Тельце и Змееносце. Немногим дальше расположен огромный комплекс облаков в Орионе, где наблюдается большое количество недавно родившихся звезд, в том числе массивных и очень горячих, и несколько сравнительно крупных эмиссионных туманностей. Именно ультрафиолетовым излучением горячей звезды нагрета часть одного из облаков, которую мы видим как Большую туманность Ориона. Эмиссионные туманности той же природы, что и Туманность Ориона, всегда служат надежным индикатором тех областей Галактики, где рождаются звезды.

Звезды зарождаются в недрах холодных молекулярных облаков, где из-за сравнительно высокой плотности и очень низкой температуры газа силы тяготения играют очень важную роль и в состоянии вызвать сжатие отдельных уплотнений среды. Они сжимаются под действием сил собственного тяготения и постепенно разогреваются до образования горячих газовых шаров – молодых звезд. Наблюдать развитие этого процесса очень трудно, поскольку он может продолжаться миллионы лет и происходит в мало прозрачной (из-за пыли) среде.

Формирование звезд может происходить не только в крупных молекулярных облаках, но и в сравнительно небольших, но плотных. Их называют глобулами. Они видны на фоне неба как компактные и абсолютно непрозрачные объекты. Типичный размер глобул – от десятых долей до нескольких св. лет, масса – десятки и сотни масс Солнца.

В общих чертах процесс формирования звезд понятен. Пыль во внешних слоях облака задерживает свет звезд, расположенных снаружи, поэтому облако оказывается лишенным внешнего подогрева. В результате внутренняя часть облака сильно охлаждается, давление газа в нем падает, и газ уже не может сопротивляться взаимному притяжению своих частей – происходит сжатие. Быстрее всего сжимаются наиболее плотные части облака, там и образуются звезды. Они возникают всегда группами. Сначала это медленно вращающиеся и медленно сжимающиеся сравнительно холодные газовые шары различной массы, но когда температура в их недрах достигает миллионов градусов, в центре звезд начинаются термоядерные реакции, при которых выделяется большое количество энергии. Упругость горячего газа останавливает сжатие, возникает стационарная звезда, излучающая как большое нагретое тело.

Очень молодые звезды часто окружены пылевой оболочкой – остатками вещества, не успевшими еще упасть на звезду. Эта оболочка не выпускает изнутри звездный свет и полностью преобразует его в инфракрасное излучение. Поэтому самые молодые звезды обычно проявляют себя лишь как инфракрасные источники в недрах газовых облаков. И лишь позднее пространство вокруг молодой звезды расчищается и ее лучи прорываются в межзвездное пространство. Часть вещества, окружавшего формирующуюся звезду, может образовать вокруг нее вращающийся газопылевой диск, в котором со временем возникнут планеты.

Звезды типа Солнца после своего возникновения мало влияют на окружающую межзвездную среду. Но часть рождающихся звезд имеет очень большую массу – в десять и более раз больше, чем у Солнца. Мощное ультрафиолетовое излучение таких звезд и интенсивный звездный ветер сообщают тепловую и кинетическую энергию большим массам окружающего газа. Часть звезд взрывается как сверхновые, выбрасывая с большими скоростями гигантскую массу вещества в межзвездную среду. Поэтому звезды не только образуются из газа, но и во многом определяют его физические свойства. Звезды и газ можно рассматривать как единую систему со сложными внутренними связями. Однако в деталях процесс формирования звезд очень сложен и не до конца еще изучен. Известны физические процессы, которые стимулируют сжатие газа и рождение звезд, как и процессы, которые тормозят его. По этой причине связь между плотностью межзвездной среды в данной области Галактики и интенсивностью звездообразования в ней не однозначна

Анатолий Засов