Межзвёздный газ

Межзвёздный газ

По всей вероятности, первыми внеземными объектами, которые привлекли внимание человека еще в глубокой древности, были Солн­це и Луна. Вопреки известной шутке о том, что Луна полезнее Солнца потому, что светит ночью, а днем и без того светло, перво­степенная роль Солнца была отмечена людьми еще в первобытную эпоху, и это нашло отражение в мифах и легендах почти всех народов.

Вопрос о том, какова природа звезд, возник, очевидно, гораздо позже. Заметив блуждающие звезды — планеты, люди, быть может, впервые сделали попытку проанализировать взаимосвязь различных явлений, хотя возникшая таким путем астрология подменила знания суевериями. Любопытно, что астрономия, одна из наиболее обобщаю­щих наук о природе, свои первые шаги совершала по зыбкой почве заблуждений, отголоски которых дошли даже до наших дней.

Причину этих заблуждений легко понять, если учесть, что пер­вый этап развития науки о небе в буквальном смысле слова был основан на созерцании и абстрактном мышлении, когда практически отсутствовали какие-либо астрономические инструменты. Тем более поразительно, что этот этап блестяще завершился, бессмертным творением Коперника — первой и важнейшей революцией в астро­номии. До этого казалось очевидным, что наблюдаемое, видимое совпадает с действительным, реально существующим, копирует его. Коперник впервые доказал, что действительное может радикально и принципиально отличаться от видимого.

Следующий столь же решительный шаг сделан великим Галилеем, сумевшим увидеть то, что не заметил даже такой тонкий наблюдатель, как Аристотель. Именно Галилей впервые понял, что, вопреки очевидному, процесс движения тела вовсе не означает постоянного воздействия на него другого тела. Открытый Галилеем принцип инерции позволил затем Ньютону сформулировать законы динамики, которые послужили фундаментом современной физики.

Если самое гениальное свое открытие Галилей сделал в области механики — и это в дальнейшем принесло огромную пользу астроно­мии, — то непосредственно наука о небе обязана ему началом новой эпохи в своем развитии — эпохи телескопических наблюдений.

Применение телескопа в астрономии прежде всего неизмеримо увеличило число объектов, доступных исследованиям. Еще Джорда­но Бруно говорил о бесчисленных мирах солнц. Он оказался прав: звезды — самые важные объекты во Вселенной, в них сконцентри­ровано почти все космическое вещество. Но звезды — это не просто резервуары для хранения массы и энергии. Они являются тер­моядерными котлами, где происходит процесс образования атомов тяжелых элементов, без которых невозможны были бы наиболее сложные этапы эволюции материи, приведшие на Земле к возникно­вению флоры, фауны, человека и наконец человеческой цивилизации.

По мере совершенствования телескопов и методов регистрации электромагнитного излучения астрономы получают возможность проникать во все более удаленные уголки космического простран­ства. И это не только расширяет геометрический горизонт извест­ного нам мира: более далекие объекты отличаются и по возрасту, так что в известной нам части Вселенной, которую принято называть Метагалактикой, содержится богатая информация об истории раз­вития, иными словами, об эволюции Вселенной. Современная астро­номия обогатилась учением о развитии миров, подобно тому как биология в свое время обогатилась учением Дарвина. Это уже бо­лее высокая ступень перехода -от видимого к действительному, ибо по тому, что видно сегодня, мы познаем суть явлений в далеком прошлом и можем предвидеть будущее!

В последнее время в астрономии наметился еще один важный переход от наблюдаемого к действительному. Само по себе наблю­даемое теперь оказалось достоянием многих ученых-астрономов, вооруженных самой современной техникой, которая использует малейшие возможности, скрытые в тайниках физических законов и позволяющие вырывать у природы ее тайны. Но проникновение в неведомую еще нам реальность — это не просто представление о том, что вокруг чего обращается, и даже не то, что является причиной движения или как выглядели те или иные тела в незапамятные времена, а нечто гораздо большее. Это – познание свойств пространства и времени в целом, в масштабах, не доступных нашему непосредственному восприятию и созерцанию.

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 — короналъный 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.