Межзвёздный газ и пыль

Межзвёздный газ  и пыль.

Межзвёздная среда - вещество и поля, заполняющие межзвёздное пространство внутри галактик. Состав: межзвёздный газ, пыль (1 % от массы газа), межзвёздные магнитные поля, космические лучи, а также тёмная материя. Вся межзвёздная среда пронизывается магнитными полями, космическими лучами и электромагнитным излучением.

Межзвёздный газ – основной компонент межзвёздной среды. Межзвёздный газ прозрачен. Полная масса межзвёздного газа в Галактике превышает 10 миллиардов масс Солнца или несколько процентов суммарной массы всех звёзд нашей Галактики. Средняя концентрация атомов межзвёздного газа составляет менее 1 атома в см³. Основная его масса заключена вблизи плоскости Галактики в слое толщиной несколько сотен парсек. Плотность газа в среднем составляет около 10⁻²¹ кг/м³. Химический состав примерно такой же, как и у большинства звёзд: он состоит из водорода и гелия (90 % и 10 % по числу атомов, соответственно) с небольшой примесью более тяжёлых элементов (O, C, N, Ne, Sи др.).

 В зависимости от  температуры и плотности межзвёздный  газ пребывает в молекулярном, атомарном или ионизованном состояниях.

Основные данные о межзвёздном  газе получены радиоастрономическими  методами, после того как в 1951 году было обнаружено радиоизлучение нейтрального атомарного водорода на волне 21 см. Оказалось, что атомарный водород, имеющий  температуру 100 К образует в диске Галактики слой толщиной 200-300 пк на расстоянии 15-20 кпк от её центра. Принимая и анализируя это излучение, учёные узнают о плотности, температуре и движении межзвёздного газа в космическом пространстве.

Около половины межзвёздного газа содержится в гигантских молекулярных облаках со средней массой 10 ^5 масс солнца и диаметром около 40 пк. Из-за низкой температуры (около 10 К) и и повышенной плотности (до 10^3 частиц в 1 см^3) водород и другие элементы в этих облаках объединены в молекулы.

Таких молекулярных облаков  в Галактике насчитывается около 4000.

Области ионизированного  водорода с температурой 8000-10000 К проявляют себя в оптическом диапазоне как светлые диффузные туманности.

Ультрафиолетовые лучи, в  отличие от лучей видимого света, поглощаются газом и отдают ему  свою энергию. Благодаря этому горячие  звёзды своим ультрафиолетовым излучением нагревают окружающий газ до температуры  примерно 10 000 К. Нагретый газ начинает сам излучать свет, и мы наблюдаем  его как светлую газовую туманность.

Именно такие туманности являются указателями мест протекающего в настоящее время звёздообразования.

Так в Большой туманности Ориона с помощью космического телескопа  Хаббла были обнаружены протозвёзды, окружённые протопланетными дисками.

Большая туманность Ориона – самая яркая газовая туманность. Она видна в бинокль или в небольшой телескоп

Особым типом туманностей  являются планетарные туманности, которые выглядят как слабо светящиеся диски или кольца, напоминающие диски планет. Они были открыты в 1783 году У.Гершелем, а сейчас их насчитывается более 1200. В центре такой туманности находится остаток погибшего красного гиганта – горячий белый карлик или нейтронная звезда. Под действием внутреннего давления газа планетарная туманность расширяется примерно со скоростью 20-40 км/с, при этом плотность газа падает.

(Планетарная туманность  Песочные часы картинка)

Межзвёздная пыль — твёрдые микроскопические частицы, наряду с межзвёздным газом заполняющие пространство между звёзд. В настоящее время считается, что пылинки имеют тугоплавкое ядро, окруженное органическим веществом или ледяной оболочкой. Химический состав ядра определяется тем, в атмосфере каких звёзд они сконденсировались. Например в случае углеродных звёзд, они будут состоять из графита и карбида кремния.

Типичный размер частиц межзвездной  пыли от 0,01 до 0,2 мкм, полная масса пыли составляет порядка 1 % от полной массы газа. Свет звёзд нагревает межзвёздную пыль до нескольких десятков Кельвинов, благодаря чему межзвёздная пыль является источником длинноволнового инфракрасного излучения.

Из-за пыли самые плотные  газовые образования – молекулярные облака – практически непрозрачны  и выглядят на небе как тёмные области, почти лишённые звёзд. Такие образования  называются тёмными диффузными туманностями. (картинка)

Пыль также влияет на химические процессы, проходящие в межзвездной среде: пылевые гранулы содержат тяжелые элементы, которые используются как катализатор в различных химических процессах. Гранулы пыли участвуют и в образовании молекул водорода, что увеличивает темп звездообразования в металло-бедных облаках.

Средства изучения межзвёздной  пыли

• Дистанционное изучение.
• Исследования микрометеоритов на предмет наличия вкраплений межзвёздной пыли.
• Исследование океанических осадков на наличие частиц космической пыли.
• Изучение частиц космической пыли, присутствующих на больших высотах в атмосфере Земли.
• Запуск космических аппаратов для сбора, изучения и доставки частиц межзвёздной пыли на Землю.

Интересное

• За год на земную поверхность выпадает свыше 3 млн т космической пыли, а также от 350 тыс. до 10 млн т метеоритов — каменных или металлических тел, которые залетают в атмосферу из космических просторов.
• Только за последние 500 лет масса нашей планеты увеличилась на миллиард тонн за счет космического вещества, что составляет лишь 1,7·10^-16 % массы Земли. Однако она, по-видимому, влияет на годичное и суточное движение нашей планеты.