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

100 великих тайн Вселенной Бернацкий Анатолий

Какое оно, межзвездное вещество?

Если рассматривать Вселенную в мощные телескопы, то можно подумать, что все пространство между скоплениями звезд и туманностей – это сплошная пустота. На самом же деле все далеко не так, как может показаться. В межзвездном пространстве вещество все-таки имеется.

И доказал это в начале прошлого века швейцарский астроном Роберт Трюмплер, открывший ослабление светового потока от звезд к Земле. При этом, как выяснилось позже, свет по пути к земному наблюдателю от голубых звезд теряется интенсивнее, чем от красных.

Швейцарский астроном Роберт Трюмплер, открывший ослабление светового потока от звезд к Земле

Дальнейшее изучение межзвездного вещества показало, что в пространстве оно распределено в виде рваной ткани, то есть имеет клочковатую структуру, и собрано в эти сгустки поблизости от Млечного Пути.

Состоит межзвездное вещество из микроскопических пылинок, физические свойства которых к настоящему времени довольно хорошо изучены.

Кроме мельчайших пылинок, в межзвездном пространстве находится огромное количество невидимого холодного газа. Как показывают расчеты, его масса почти в сотню раз больше массы пылинок.

Как же астрономы установили, что в межзвездном пространстве присутствует этот газ? Помогли в этом атомы водорода, излучающие радиоволны длиной 21 сантиметр. А радиотелескопы это излучение зафиксировали. В результате были открыты огромной протяженности облака атомарного водорода.

Что же они собой представляют? Во-первых, они очень холодные: их температура около 200 градусов Цельсия. Во-вторых, у них удивительно малая плотность: несколько десятков атомов в кубическом сантиметре пространства. По сути, для жителя Земли – это глубокий вакуум. Размеры этих облаков – от 10 до 100 парсек (пк), в то же время среднее расстояние между звездами равняется 1 парсеку. А 1 парсек равен 206265 а. е., или 3263 световым годам.

В ходе последующих исследований водородных облаков были открыты области молекулярного водорода, которые холоднее и в сотни и тысячи раз плотнее облаков, состоящих из атомарного водорода. А потому они практически непрозрачны для видимого света. И хотя по размерам они такие же, как и атомарные облака, но именно в них сконцентрирована основная масса холодного межзвездного газа и пыли. И достигать она может сотен тысяч и даже миллионов масс Солнца.

Кроме молекул водорода, в этих облаках в незначительных количествах присутствуют и более сложные молекулярные соединения, в том числе и простые органические вещества.

Доказано, что определенные области межзвездного вещества имеют очень высокую температуру и поэтому излучают как ультрафиолетовые, так и рентгеновские лучи.

Именно рентгеновское излучение характерно для самого горячего так называемого коронального газа. Его температура достигает миллиона градусов. Плотность же коронального газа невероятно низкая: приблизительно один атом вещества на кубический дециметр пространства.

Появляется же этот газ при мощных взрывах сверхновых звезд. В ходе этого процесса в космическом пространстве рождается ударная волна огромной силы, которая и нагревает газ до температуры, при которой он «светится» рентгеновским излучением.

Следует отметить, что разряженные облака имеют также незначительные по мощности магнитные поля, которые перемещаются вместе с ними. И хотя эти поля примерно в 100 тысяч раз слабее магнитного поля Земли, тем не менее благодаря им происходит образование наиболее плотных и холодных облаков газа, из которых формируются звезды.

Помимо простых и сложных молекул, в межзвездном пространстве находится и огромное количество мельчайших пылинок, имеющих размеры всего около одной стотысячной доли сантиметра.

Плотность пылинок в межзвездном пространстве очень и очень мала. Насколько незначительна эта цифра, говорит следующее сравнение: если в окрестностях Солнца в одном кубическом сантиметре пространства находится в среднем один атом газа, то одна пылинка приходится на сто миллиардов атомов! И отделены эти микроскопические частицы друг от друга расстоянием в несколько десятков метров.

Относительная масса пыли в межзвездном пространстве Галактики тоже незначительна и составляет всего один процент от массы газа и одну десятитысячную долю массы Галактики. Однако и этой пыли хватает, чтобы значительно ослабить свет.

Межзвездные пылинки, как показали исследования, не просто однородная масса: в их составе были обнаружены соединения углерода, кремния, замерзшие газы, водяной лед, а также простейшие органические молекулы.

В целом же в ходе многочисленных сравнительных наблюдений было установлено, что межзвездная пыль представлена двумя видами частиц: углеродными и силикатными, то есть содержащими соединения кремния.

Как же ученые изучают космическую пыль? В этом им помогает поляризация света. От каждой звезды в космическое пространство обычно распространяются волны во всех направлениях. И когда на пути светового потока появляется сферическая пылинка, все волны она поглощает одинаково.

Когда же пылинка имеет удлиненную форму, то есть вытянута вдоль оси, то волны, параллельные этой оси, поглощаются сильнее, чем падающие на поверхность пылинки перпендикулярно. Иначе говоря, излучение становится поляризованным. И как раз-то степень поляризации света, исходящего от звезд, и дает информацию о размерах и форме пылинок.

Размеры же пылинок варьируют в довольно широких пределах: от одной миллионной до одной десятитысячной доли сантиметра. Но все-таки в общей массе преобладают мелкие пылинки.

Оба типа пылинок, то есть графитовые и силикатные, формируются в наружных оболочках старых холодных звезд.

Когда звезда стареет, она постепенно теряет и вес. А газообразное вещество, покидающее звезду, с расстоянием остывает. И когда его температура становится меньше температуры плавления вещества, составляющего пылинку, молекулы газа начинают «объединяться» в миниатюрные «комки», образуя зародыши пылинок.

В первое время жизни частичка увеличивается в размерах очень медленно. Но когда температура начинает падать, рост пылинки ускоряется. Длится этот процесс ее «развития» несколько десятилетий. А когда газ достигает высокой степени разрежения, рост частичек прекращается.

Часто пылинки вкупе с газом концентрируются в облака, плотность вещества в которых иногда в миллионы раз выше окружающего пространства.

«Юная» пылинка имеет сравнительно простое строение. В связи с тем, что окружающее пылинку пространство особым разнообразием не отличается, ее химический состав и строение тоже относительно примитивны.

Так, химия микроскопической частички напрямую определяется тем элементом, который превалировал в оболочке звезды, то есть кислородом или углеродом. Связано это с тем, что в процессе охлаждения вещества, «покинувшего» звезду, углерод и кислород соединяются в прочные молекулы окиси углерода.

Так вот, когда после этого остаются излишки углерода, формируются графитовые частицы. И наоборот, если весь углерод окажется в окиси углерода, то избыточный кислород соединится с кремнием, и в результате появятся силикатные пылинки. Это, можно сказать, моногамные частицы, то есть состоящие из однородного вещества, которые формируются в очень разреженном пространстве.

Но когда плотность межзвездного газа достигает тысяч атомов на кубический сантиметр, пылинки ведут себя уже совсем по-другому: на их поверхности появляется оболочка из легкоплавких соединений, которые представлены чаще всего замерзшей водой, формальдегидом и аммиаком. То есть иначе говоря, пылинка «одевается» в ледяную корку.

Но поскольку этот «лед» сам по себе довольно хрупок, то при внешнем излучении и взаимных соударениях пылинок он преобразуется в более устойчивые органические соединения, образующие вокруг частицы особую пленку.

И третий тип пылинок появляется в настолько плотных молекулярных облаках, что звездное излучение туда уже не может проникнуть. А раз так, то и лед на поверхности пылинок не разрушается. В этом случае они состоят из трех слоев: ядра, слоя из органических соединений и ледяной корки.

Существует гипотеза, согласно которой такие частички, сконденсировавшись в громадные комья, формируют ядра комет-реликтов, которые образовались еще тогда, когда Солнечная система представляла собой плотное непрозрачное облако…

Вад (минер. вещество) Вад, высокодисперсное минеральное вещество, состоящее из MnO2 ?n Н2 О и др. водных окислов марганца. Описывался под различными названиями: марганцевая чернь, марганцевая пенка и др. В зависимости от содержания примесей выделяется ряд разновидностей: CuO