Межзвездное вещество и туманности. Газопылевые туманности

Газопылевые туманности – палитра Вселенной

Вселенная - это, по сути, почти пустое пространство. Звезды занимают лишь ничтожную его долю. Однако, везде присутствует газ, хотя и в очень малых количествах. Это в основном водород, легчайший химический элемент. Если "зачерпнуть" обычной чайной чашкой (объем около 200 см3) вещество из межзвездного пространства на расстоянии 1-2 световых лет от Солнца, то в ней окажется примерно 20 атомов водорода и 2 атома гелия. В таком же объеме в обычном атмосферном воздухе содержится атомов кислорода и азота 1022. Все, что заполняет пространство между звездами внутри галактик, называется межзвездной средой. И основное, что составляет межзвездную среду - это межзвездный газ. Он довольно равномерно перемешан с межзвездной пылью и пронизывается межзвездными магнитными полями, космическими лучами и электромагнитным излучением.

Из межзвездного газа образуются звезды, которые на поздних стадиях эволюции вновь отдают часть своего вещества межзвездной среде. Некоторые из звезд, умирая, взрываются как Сверхновые, выбрасывая обратно в пространство значительную долю водорода, из которого они когда-то образовались. Но значительно важнее, что при таких взрывах выбрасывается большое количество тяжелых элементов, образовавшихся в недрах звезд в результате термоядерных реакций. И Земля и Солнце сконденсировались в межзвездном пространстве из газа, обогащенного таким путем углеродом, кислородом, железом и другими химическими элементами. Чтобы постичь закономерности такого цикла, нужно знать, каким образом новые поколения звезд последовательно конденсируются из межзвездного газа. Понять, как образуются звезды, - важная цель исследований межзвездного вещества.

200 лет назад астрономам стало ясно, что кроме планет, звезд и появляющихся изредка комет на небе наблюдаются и другие объекты. Эти объекты из-за их туманного вида были названы туманностями. Французский астроном Шарль Мессье (1730-1817) был вынужден создать каталог этих туманных объектов, чтобы избежать путаницы при поисках комет. Его каталог содержал 103 объекта и был опубликован в 1784 г. Теперь известно, что природа этих объектов, впервые объединенных в общую группу под названием "туманности", совершенно различна. Английский астроном Уильям Гершель (1738-1822), наблюдая все эти объекты, за семь лет открыл еще две тысячи новых туманностей. Он же выделил класс туманностей, которые с наблюдательной точки зрения казались ему отличными от остальных. Он назвал их "планетарными туманностями", поскольку они имели некоторое сходство с зеленоватыми дисками планет. Таким образом, мы будем рассматривать следующие объекты: межзвездный газ , межзвездная пыль , темные туманности , светлые туманности (самосветящиеся и отражательные) , планетарные туманности .

Примерно через миллион лет после начала расширения Вселенная еще представляла собой относительно однородную смесь газа и излучения. Не было ни звезд, ни галактик. Звезды образовались несколько позже в результате сжатия газа под действием собственной гравитации. Такой процесс называют гравитационной неустойчивостью. Когда звезда коллапсирует под действием огромного собственного гравитационного притяжения, ее внутренние слои непрерывно сжимаются. Это сжатие ведет к нагреву вещества. При температурах выше 107 К начинаются реакции, приводящие к образованию тяжелых элементов. Современный химический состав Солнечной системы является результатом реакций термоядерного синтеза, протекавших в первых поколениях звезд.

Стадия, когда выброшенное при взрыве Сверхновой вещество перемешивается с межзвездным газом и сжимается, снова образуя звезды, более всего сложна и хуже понятна, чем все остальные стадии. Во-первых, сам межзвездный газ неоднороден, он имеет клочковатую, облачную структуру. Во-вторых, расширяющаяся с огромной скоростью оболочка сверхновой выметает разреженный газ и сжимает его, усиливая неоднородности. В-третьих, уже через сотню лет остаток сверхновой содержит больше захваченного по пути межзвездного газа, чем вещества звезды. Кроме того, вещество перемешивается неидеально. На рисунке справа показан остаток сверхновой в Лебеде (NGC 6946). Считают, что волокна образованы расширяющимися оболочками газа. Видны завитки и петли, образованные светящимся газом остатка, расширяющимся со скоростью много тысяч километров в секунду. Может возникнуть вопрос, чем же завершается, в конце концов, космический цикл? Запасы газа уменьшаются. Ведь большая часть газа остается в маломассивных звездах, которые умирают спокойно, и не выбрасывают в окружающее пространство свое вещество. Со временем запасы его истощатся настолько, что ни одна звезда уже не сможет образоваться. К тому времени Солнце и другие старые звезды угаснут. Вселенная постепенно погрузится во мрак. Но конечная судьба Вселенной может быть и иной. Расширение постепенно прекратится и сменится сжатием. Через много миллиардов лет Вселенная сожмется вновь до невообразимо высокой плотности.

Межзвездный газ

Межзвездный газ составляет около 99% массы всей межзвездной среды и около 2% нашей Галактики. Температура газа колеблется в диапазоне от 4 К до 106 К. Излучает межзвездный газ также в широком диапазоне (от длинных радиоволн до жесткого гамма-излучения). Существуют области, где межзвездный газ находится в молекулярном состоянии (молекулярные облака) - это наиболее плотные и холодные части межзвездного газа. Есть области, где межзвездный газ состоит из нейтральных атомов водорода (области H I) и области ионизованного водорода (зоны H II), которыми являются светлые эмиссионные туманности вокруг горячих звезд.

По сравнению с Солнцем, в межзвездном газе заметно меньше тяжелых элементов, особенно алюминия, кальция, титана, железа и никеля. Межзвездный газ есть в галактиках всех типов. Больше всего его в неправильных (иррегулярных), а меньше всего в эллиптических галактиках. В нашей Галактике максимум газа сосредоточено на расстоянии 5 кпк от центра. Наблюдения показывают, что кроме упорядоченного движения вокруг центра Галактики, межзвездные облака имеют также и хаотические скорости. Через 30-100 млн. лет облако сталкивается с другим облаком. Образуются газо-пылевые комплексы. Вещество в них достаточно плотно для того, чтобы не пропускать на большую глубину основную часть проникающей радиации. Поэтому внутри комплексов межзвездный газ холоднее, чем в межзвездных облаках. Сложные процессы преобразования молекул вместе с гравитационной неустойчивостью ведут к возникновению самогравитирующих сгустков - протозвезд. Таким образом, молекулярные облака должны быстро (менее чем за 106 лет) превратиться в звезды. Межзвездный газ постоянно обменивается веществом со звездами. Согласно оценкам, в настоящее время в Галактике в звезды переходит газ в количестве примерно 5 масс Солнца в год.

Область М 42 в созвездии Ориона, где в наше время идет активный процесс звездообразования. Туманность светится из-за нагрева газа горячим излучением ярких звезд, находящихся поблизости. Итак, в процессе эволюции галактик происходит круговорот вещества: межзвездный газ -> звезды -> межзвездный газ, приводящий к постепенному увеличению содержания тяжелых элементов в межзвездном газе и звездах и уменьшению количества межзвездного газа в каждой из галактик. Не исключено, что в истории Галактики могли происходить задержки звездообразования на миллиарды лет.

Межзвездная пыль

Мелкие твердые частицы, рассеянные в межзвездном пространстве почти равномерно перемешаны с межзвездным газом. Размеры крупных газо-пылевых комплексов, о которых мы говорили выше, достигают десятков сотен парсек, а их масса составляет примерно 105 масс Солнца. Но существуют и небольшие плотные газо-пылевые образования - глобулы размером от 0,05 до нескольких пк и массой всего 0,1 - 100 масс Солнца. Межзвездные пылинки не сферичны и размер их примерно 0,1-1 мкм. Состоят они из песка и графита. Образуются они в оболочках поздних красных гигантов и сверхгигантов, оболочках новых и сверхновых звезд, в планетарных туманностях, около протозвезд. Тугоплавкое ядро одето в оболочку изо льда с примесями, которую в свою очередь окутывает слой атомарного водорода. Пылинки в межзвездной среде либо дробятся в результате столкновений друг с другом со скоростями больше 20 км/с, либо наоборот, слипаются, если скорости меньше 1 км/с.

Присутствие в межзвездной среде межзвездной пыли влияет на характеристики излучения исследуемых небесных тел. Пылинки ослабляют свет от далеких звезд, изменяют его спектральный состав и поляризацию. Помимо этого пылинки поглощают ультрафиолетовое излучение звезд и перерабатывают его в излучение с меньшей энергией. Ставшее в итоге инфракрасным, такое излучение наблюдается в спектрах планетарных туманностей, зон H II, околозвездных оболочек, сейфертовских галактик. На поверхности пылинок могут активно образовываться различные молекулы. Пылинки, как правило, электрически заряжены и взаимодействуют с межзвездными магнитными полями. Именно пылинкам мы обязаны таким эффектом как космическое мазерное излучение. Оно возникает в оболочках поздних холодных звезд и в молекулярных облаках (зоны H I и H II). Этот эффект усиления микроволнового излучения "работает", когда большое количество молекул окажется в неустойчивом возбужденном вращательном или колебательном состоянии и тогда достаточно одному фотону пройти через среду, чтобы вызвать лавинообразный переход молекул в основное состояние с минимальной энергией. А в результате мы видим узконаправленный (когерентный) очень мощный поток радиоизлучения. На рисунке показана молекула воды. Радиоизлучение от этой молекулы идет на волне 1,35 см. Кроме нее очень яркий мазер возникает на молекулах межзвездного гидроксила ОН на волне 18 см. Еще одна мазерная молекула SiO располагается в оболочках холодных звезд, находящихся на заключительной стадии звездной эволюции и развивающихся к планетарной туманности.

Темные туманности

Туманности представляют собой участки межзвездной среды, выделяющиеся своим излучением или поглощением на общем фоне неба. Темные туманности представляют собой плотные (обычно молекулярные) облака межзвездного газа и пыли, непрозрачные из-за межзвездного поглощения света пылью. Иногда темные туманности видны прямо на фоне Млечного Пути. Таковы, например, туманность "Угольный Мешок" и многочисленные глобулы. В тех частях, которые полупрозрачны для оптического диапазона, хорошо заметна волокнистая структура. Волокна и общая вытянутость темных туманностей связаны с наличием в них магнитных полей, затрудняющих движение вещества поперек силовых магнитных линий.

Светлые туманности

Отражательные туманности являются газо-пылевыми облаками, подсвеченными звездами. Примером такой туманности являются Плеяды. Свет от звезд рассеивается межзвездной пылью. Большинство отражательных туманностей расположено вблизи плоскости Галактики. Некоторые отражательные туманности имеют кометообразный вид и называются кометарными. В голове такой туманности находится обычно переменная звезда типа Т Тельца, освещающая туманность. Редкой разновидностью отражательной туманности является "световое эхо", наблюдавшееся после вспышки Новой 1901 г. в созвездии Персея. Яркая вспышка звезды подсветила пыль, и несколько лет наблюдалась слабая туманность, распространявшаяся во все стороны со скоростью света. На изображении слева выше показано звездное скопление "Плеяды" со звездами, окруженными светлыми туманностями. Если звезда, которая находится в туманности или рядом с ней достаточно горячая, то она ионизует газ в туманности. Тогда газ начинает светиться, а туманность называется самосветящаяся или туманность, ионизованная излучением.

Самыми яркими и распространенными, а также наиболее изученными представителями таких туманностей являются зоны ионизованного водорода H II. Существуют также зоны C II, в которых углерод почти полностью ионизован светом центральных звезд. Зоны С II обычно расположены вокруг зон H II в областях нейтрального водорода H I. Они как бы вложены друг в друга. Остатки Сверхновых (см. изображение справа выше), оболочки Новых и звездный ветер также являются самосветящимися туманностями, так как газ нагрет в них до многих млн. К (за фронтом ударной волны). Звезды Вольфа-Райе создают очень мощный звездный ветер. В результате вокруг них появляются туманности размером в несколько парсек с яркими волокнами. Аналогичны туманности вокруг ярких горячих звезд спектральных классов О - звезд Of, также обладающих сильным звездным ветром.

Планетарные туманности

К середине XIX века появилась возможность дать серьезное доказательство, что эти туманности принадлежат к самостоятельному классу объектов. Появился спектроскоп. Йозеф Фраунгофер обнаружил, что Солнце излучает непрерывный спектр, испещренный резкими линиями поглощения. Оказалось, что и спектра планет имеют многие характерные черты солнечного спектра. У звезд также обнаружился непрерывный спектр, однако, каждая из них имела свой собственный набор линий поглощения. Уильям Хеггинс (1824-1910) был первым, кто исследовал спектр планетарной туманности. Это была яркая туманность в созвездии Дракона NGC 6543. До этого Хеггинс в течение целого года наблюдал спектры звезд, однако спектр NGC 6543 оказался совершенно неожиданным. Ученый обнаружил лишь одну единственную, яркую линию. В то же время яркая Туманность Андромеды показала непрерывный спектр, характерный для спектров звезд. Теперь мы знаем, что Туманность Андромеды на самом деле является галактикой, а следовательно, состоит из множества звезд. В 1865 году тот же Хеггинс, применив спектроскоп более высокой разрешающей способности, обнаружил, что эта "единственная" яркая линия состоит из трех отдельных линий. Одну из них удалось отождествить с бальмеровской линией водорода Hb, но две другие, более длинноволновые и более интенсивные остались не узнанными. Их приписали новому элементу - небулию. Только в 1927 году этот элемент был отождествлен с ионом кислорода . А линии в спектрах планетарных туманностей до сих пор так и называются - небулярные.

Затем возникла проблема с центральными звездами планетарных туманностей. Они очень горячие, что ставило планетарные туманности в ряд перед звездами ранних спектральных классов. Однако исследования пространственных скоростей приводили к прямо противоположному результату. Вот данные по пространственным скоростям различных объектов: диффузные туманности - мала (0 км/с), звезды класса В - 12 км/с, звезды класса A - 21 км/с, звезды класса F - 29 км/с, звезды класса G - 34 км/с, звезды класса K - 12 км/с, звезды класса M - 12 км/с, планетарные туманности - 77 км/с. Только когда открыли расширение планетарных туманностей, появилась возможность вычислить их возраст. Он оказался равным примерно 10 000 лет. Это было первым свидетельством, что возможно, большинство звезд проходит через стадию планетарной туманности. Таким образом, планетарная туманность - это система из звезды, называемой ядром туманности, и симметрично окружающей ее светящейся газовой оболочки (иногда, несколько оболочек). Оболочка туманности и ее ядро генетически связаны. Для планетарных туманностей свойственен эмиссионный спектр, отличающийся от спектров излучения галактических диффузных туманностей большой степенью возбуждения атомов. Кроме линий двукратно ионизованного кислорода , наблюдаются линии C IV, O V и даже O VI. Масса оболочки планетарной туманности примерно 0,1 массы Солнца. Все многообразие форм планетарных туманностей, вероятно, возникает из-за проекции их основной тороидальной структуры на небесную сферу под разными углами.

Оболочки планетарных туманностей расширяются в окружающее пространство со скоростями 20 - 40 км/с под действием внутреннего давления горячего газа. По мере расширения оболочка становится разреженней, ее свечение ослабевает, и в конце концов она становится невидимой. Ядра планетарных туманностей представляют собой горячие звезды ранних спектральных классов, претерпевающие значительные изменения за время жизни туманности. Температуры их обычно составляют 50 - 100 тыс. К. Ядра старых планетарных туманностей близки к белым карликам, но вместе с тем значительно ярче и горячее типичных объектов такого рода. Среди ядер встречаются и двойные звезды. Образование планетарной туманности является одной из стадий эволюции большинства звезд. Рассматривая этот процесс, удобно разделить его на две части: 1) от момента выброса туманности до той стадии, когда источники энергии звезды в основном исчерпаны; 2) эволюция центральной звезды от главной последовательности до выброса туманности. Эволюция после выброса туманности довольно хорошо изучена как наблюдательно, так и теоретически. Более ранние стадии гораздо менее понятны. Особенно стадия между красным гигантом и выбросом туманности.

Центральные звезды самой низкой светимости обычно окружены самыми большими, а потому самыми старыми туманностями. На изображении слева представлена планетарная туманность Гантель М 27 в созвездии Лисички. Вспомним немного теорию эволюции звезд. При удалении от главной последовательности важнейшая стадия эволюции звезды начинается после того, как водород в центральных областях полностью выгорит. Тогда центральные области звезды начинают сжиматься, освобождая гравитационную энергию. В это время область, в которой водород еще горит, начинает продвигаться наружу. Возникает конвекция. В звезде начинаются драматические перемены, когда масса изотермического гелиевого ядра составляет 10-13% массы звезды. Центральные области начинают быстро сжиматься, а оболочка звезды расширяется - звезда становится гигантом, перемещаясь вдоль ветви красных гигантов. Ядро, сжимаясь, разогревается. В конце концов, в нем начинается горение гелия. Через некоторый период времени истощаются и запасы гелия. Тогда начинается второе "восхождение" звезды вдоль ветви красных гигантов. Звездное ядро, состоящее из углерода и кислорода, быстро сжимается, а оболочка расширяется до гигантских размеров. Такая звезда называется звездой асимптотической ветви гигантов. На этой стадии звезды имеют два слоевых источника горения - водородный и гелиевый и начинают пульсировать.

Остальная часть эволюционного пути изучена гораздо хуже. У звезд с массами, превосходящими 8-10 масс Солнца углерод в ядре в конце концов загорается. Звезды становятся сверхгигантами и продолжают эволюционировать, пока не образуется ядро из элементов "железного пика" (никель, марганец, железо). Это центральное ядро, вероятно, коллапсирует и образует нейтронную звезду, а оболочка сбрасывается в виде вспышки Сверхновой. Ясно, что планетарные туманности образуются из звезд с массами меньше 8-10 масс Солнца. Два факта позволяют предполагать, что родоначальниками планетарных туманностей являются красные гиганты. Во-первых, звезды асимптотической ветви физически очень сходны с планетарными туманностями. Ядро красного гиганта по массе и размерам очень напоминает центральную звезду планетарной туманности, если удалить протяженную разреженную атмосферу красного гиганта. Во-вторых, если туманность сброшена звездой, то она должна иметь минимальную скорость, достаточную чтобы уйти из гравитационного поля. Расчеты показывают, что только для красных гигантов эта скорость сравнима со скоростями расширения оболочек планетарных туманностей (10-40 км/с). При этом масса звезды оценивается в 1 массу Солнца, а радиус лежит в пределах 100-200 радиусов Солнца (типичный красный гигант). В заключение отметим, что наиболее вероятными кандидатами на роль родоначальников планетарных туманностей являются переменные звезды типа Миры Кита. Представителями одного из переходных этапов между звездами и туманностями могут быть симбиотические звезды. И конечно нельзя обойти вниманием объект, FG Sge (на изображении справа вверху). Таким образом, большинство звезд, массы которых меньше 6-10 масс Солнца, в конце концов, становятся планетарными туманностями, На предшествующих стадиях они теряют большую часть своей первоначальной массы; остается только ядро с массой 0,4-1 масса Солнца, которое становится белым карликом. Потеря массы влияет не только на саму звезду, но и на условия в межзвездной среде и на будущие поколения звезд.

— это типы туманностей . Они красивые, величественные, завораживающие и несмотря на то, что их сложно обнаружить в телескоп, любители наблюдений уделяют немало времени на их поиски. Они уникальные, каждая не похожа на другую. Размеры в пространстве сравнительно небольшие и удалены от нас на небольшие расстояния (с точки зрения астрономических величин). Состоят преимущественно из водорода — 90% и гелия — 9,9%. Принадлежность к тому или иному каждой из туманностей рассматривать в рамках этой статьи не будем, задача наша другая. И давайте я уже не буду разглагольствовать, а приступлю непосредственно к сути.

1. Диффузная туманность

Диффузная туманность «Лагуна»

Диффузные туманности, в отличие от звезд, не имеют собственного источника энергии. Свечение внутри них происходит благодаря горячим звёздам, которые находятся внутри или рядом с нею. Такие туманности в большей степени встречаются на «ветвях» галактик, там где происходит активное звёздообразование и являются веществом, которое не вошло в состав звезды.

Диффузные туманности преимущественно красного цвета - это связано с обилием водорода внутри них. Зелёный и синий цвета говорят нам о других химических элементах, таких как гелий, азот, тяжелые металлы.

К таким туманностям относится и самая популярная и доступная для наблюдения в приборы с небольшим увеличением — туманность Ориона в созвездии Ориона, о которой я упоминал в статье .

Диффузные туманности ещё часто называют эмиссионными .

2. Отражательная туманность

Отражательная туманность «Голова Ведьмы»

Отражательная туманность не излучает никакого собственного света. Это облако газа и пыли, которое отражает свет от рядом расположенных звезд. Также как и диффузные туманности, отражательные находятся в областях активного звёздообразования. В большей степени имеют синеватый оттенок, т.к. он рассеивается лучше остальных.

На сегодня известно не так много туманностей этого типа — около 500.

Некоторые источники не выделяют отражательную туманность отдельно, а относят её к диффузионным.

3. Тёмная туманность

Тёмная туманность «Конская голова»

Такая туманность возникает из-за перекрытия света от объектов, расположенных за нею. Это облако . По составу практически идентична предыдущей отражающей туманности, отличается лишь расположением источника света.

Как правило, тёмная туманность наблюдается вместе с отражательной или диффузной. Отличный пример на фотографии выше «Конская голова» — здесь тёмная область перекрывает свет от диффузной туманности за нею гораздо большего размера. В любительский телескоп такие туманности будет крайне сложно или почти невозможно увидеть. Однако, в радиодиапазоне и такие туманности активно излучают электромагнитные волны.

4. Планетарная туманность

Планетарная туманность M 57

Пожалуй, самый красивый тип туманностей. Как правило, такая туманность является результатом конца жизнедеятельности звезды, т.е. её взрыв и разброс в космическое пространство газа. Несмотря на то, что взрывается звезда, её называют планетарной. Это связано с тем, что при наблюдении такие туманности выглядят как планеты. Большинство из них имеют круглую или овальную форму. Оболочка газа расположенная внутри освещается остатками самой звезды.

Всего открыто около двух тысяч планетарных туманностей, хотя только в нашей галактике Млечный путь их насчитывают больше 20000.

5. Остаток сверхновой звезды

Крабовидная туманность M 1

Сверхновая звезда — это резкое возрастание яркости звезды в результате её взрыва и выброса огромного количества энергии во внешнюю космическую среду.

На фотографии выше показан отличный пример взрыва звезды, у которой выброшенный газ ещё не смешался с межзвёздным веществом. Опираясь на китайские летописи, данный взрыв был запечатлён в 1054 году. Но надо понимать, что расстояние до Крабовидной туманности составляет около 3300 световых лет.

Вот и всё. Всего 5 типов туманностей, которые вам нужно знать и уметь распознавать. Надеюсь, получилось донести до вас информацию в доступной форме и простым языком. Если есть вопросы — задавайте, пишите в комментарии. Спасибо.

С тех пор, как Хаббл дал человечеству возможность увидеть своими глазами великолепные снимки далёкого космоса, перед нами открылась настоящая фантасмагория. Сквозь ультрафиолетовые и инфракрасные фильтры аппарата Вселенная засверкала самоцветами - и начала приотркрывать перед астрономами свои загадки. Учёные словно обрели, наконец, машину времени – ведь свет далёких звёзд добирается до Земли миллионы лет, и глядя в ночное небо, мы видим древние иные миры, давно погасшие звёзды и сверхновые, в действительности уже догстигшие «совершеннолетия». Звёздные туманности – это, пожалуй, самые красивые и волнующие воображение космические объекты, суть которых долго оставалась людям непонятной. Но сегодня существует более или менее чёткая класификация этих «вечных» субстанций – подобно людям, звёзды рождаются из этой пыли и вновь ею становятся в конце своей эволюции.

История открытий

Андромеда

Что же такое туманность? Раньше, когда возможность присматриваться к глубинам космоса была ограниченной, «туманностями» называли практически всё, что не имело чётких очертаний, светилось и было относительно неподвижным. Поэтому ближайшая к нам колоссальная спиральная галактика M31 (NGC 224) ошибочно было названа Туманностью Андромеды (на фото). В ту же категорию было записано Скопление Геркулеса, на деле являющееся шаровым звёздным скоплением. Впрочем, эти ошибки действительно стоит извинить – ведь исследования проводились ещё в 1787 году Шарлем Месье, занимавшимся поиском комет. Именно тогда его внимание приковали неподвижные небесные тела.

С появлением аппарата «Лундмарк» удалось сделать более точный анализ их природы: отделили галактики от туманностей, обнаружили несветящиеся звёздные облака и выделили несколько причин, по которым все остальные скопления светятся. Однако не все заблуждения были исправлены: в начале 20 века считалось, что туманности бывают либо пылевыми, либо газовыми – поэтому известный исследователь Б.А.Воронцов-Вельяминов помещал их в разные разделы своих книг. Современные учёные уже не сомневаются, что любое подобное скопление межзвёздного вещества содержит как пыль, так и газ – отличия могут быть только в процентном соотношении. А теперь подробнее о «драгоценностях» космоса.

Тёмные туманности

Конская голова

Не удивительно, что долгое время о их существовании не подозревали – как и в случае с чёрными дырами, это всё равно, что искать чёрную кошку в тёмной комнате. Однако рассмотреть такие объекты можно, если они находятся в хорошо засвеченной области – среди звёздных скоплений. Хорошие примеры таких объектов - туманности «Угольный Мешок» или «Конская голова» (на фото).

Когда разрешающая способность телескопов позволила вглядеться в Млечный путь, астрономы поначалу решили, что тёмные пятна – это своего рода просветы, сквозь которые видны более дальние районы галактики. Но, как выяснилось, теория «решета» оказалось ошибочной: чёрные пятна являют собой сконцентрированные пылевые облака, поглощающие излучение и заслоняющие от наших взоров центр Галактики. Находясь на самой её окраине, из-за тёмных туманностей мы лишены возможности видеть калейдоскоп в ночном небе, который мог бы затмить даже свет Луны. Но не спешите печалиться: именно в сердце Млечного пути пылают сильно радиоактивные звёзды, делающие жизнь на них невозможной. А нашему озоновому шару хватает работы и с солнечной гиперактивностью – так что для всей биосферы в целом подобный расклад как нельзя кстати.

Отражательные туманности

Плеяды

Чтобы светиться, как это делают звёзды, необходим термоядерный процесс – к туманностям это, понятное дело, никак не относится. Зато некоторые из пылевых скоплений могут отражать свет, как, например, спутники планет. Источником света становятся крупные звёзды, - и понять, что перед вами туманность именно такого типа, можно по голубому или синему сиянию вокруг колоссальных солнц (например, около звезд Плеяд). Однако есть и исключение из этого правила – красного сверхгиганта Антарес окружает туманность того же цвета.

Ионизованные туманности

Орион

Причина свечения газа та же, что и при свечении «хвоста» кометы: получая определённый «заряд» от более мощных источников, туманности затем отдают его в окружающее пространство. Такие звёздные облака ещё называют эмиссионными. Сравниться с крупными звёздами туманностям не под силу - их фотоны имеют гораздо меньший заряд, и им труднее добраться до Земли – поэтому мы видим их в красном спектре, как последние лучи заката. Однако и здесь бывают исключения – в случае очень мощного источника излучения эмиссионные туманнсти бывают ещё зелёными и синими. К ионизованным облакам относятся, например, туманность Ориона (на фото), «Северная Америка», «Тарантул», «Пеликан» и другие.

Планетарные туманности

Кошачий глаз

Это разновидность эмиссионных туманностей: обычно такие объекты сравнительно небольшие и имеют четкую форму, иногда напоминающую застывшие круги на воде, образовавшиеся от подения капли. На самом деле так роскошно (по крайней мере, издалека) выглядит «пенсия» звезды-гиганта: расходуя остатки водорода, она расширяется за счёт сброса своей оболочки. Окутывая огромные пространства вокруг, эти вещества находятся под влиянием излучения ядра звезды. Самый невероятный снимок такого процесса удалось получить в созвездии Дракона – это туманность «Кошачий Глаз». Его волокнистая структура, подобная всем прочим туманностям, связана с действием мощных магнитных полей звезд, которые имееют определённые силовые линии и затрудняют поперечное движение электрически заряженных цастиц пыли и газа.

Туманности от ударных волн

Крабовидная туманность

Источниками таких волн, способных приводить к сверхзвуковому движению веществ в межзвёздной среде, являются звёздный ветер или взрывы сверхновых звёзд. Температура образовывающихся в результате туманностей может достигать миллиардов градусов, поэтому нагретый газ имеет излучение большей частью в рентгеновском диапазоне. Однако кинетическая энергия движущейся материи вскоре исчерпывает себя, поэтому недолговечные туманности через небольшой (по космическим меркам) промежуток времени исчезают. Самая знаменитая туманность такого типа – «Крабовидная» в созвездии Тельца, которая появилась на небосклоне в 1054 году.

Ранее под определением «туманность» подразумевали всякое статичное явление в космосе, имеющее протяженную форму. Затем это понятие конкретизировали, более детально изучив загадочный объект. Попробуем разобраться, что из себя представляет подобный участок межзвездной среды.

Понятие туманности в космосе

Туманность является газовым облаком, внутри которого располагается огромное количество звезд. Сияние этих небесных тел позволяет облаку светиться различными цветами. Через специальные телескопы такие космические образования выглядят своеобразными пятнами с яркой основой.

Некоторые межзвездные участки имеют довольно четкие контуры. Множество же известных газовых скоплений - это клочкообразный туман, который растекается в разные стороны струями и имеет диффузную форму происхождения.

Пространство, которое находится между звездами туманности, не является пустой субстанцией. В довольно небольшом количестве здесь концентрируются частицы разнообразного характера, к которым можно отнести атомы некоторых веществ.

Разграничивают происхождение диффузных и планетарных образований в космосе. Природа их формирования значительно отличается одна от другой, поэтому необходимо внимательно разобраться в структуре возникновения разных туманностей. Планетарные объекты - это продукт деятельности основных звезд, а диффузные представляют из себя консистенцию после образования звезд.

В спиралеобразных рукавах галактик располагаются туманности диффузного происхождения. Такое космическое соединение из газа и пыли в большинстве случаев связано с масштабными и холодными облаками. В этой области формируются звезды, которые делают диффузную туманность очень яркой.

Образование подобного рода не имеет своего источника питания. Энергетически существует оно за счет звезд повышенной температуры, которые находятся рядом с ним или внутри. Цвет таких туманностей - преимущественно красный. Этот фактор связан с тем, что внутри них присутствует большое количество водорода. Оттенки зеленого и синего свидетельствуют о наличии в составе азота, гелия и некоторых тяжелых металлов.

В звездной области Ориона можно наблюдать очень маленькие туманности диффузного формирования. Данные образования очень малы на фоне гигантского облака, которое занимает практически весь описываемый объект. В созвездии Тельца реально зафиксировать только несколько туманностей рядом с довольно молодыми звездами типа Т. Такая разновидность свидетельствует о том, что имеется диск, который возникает вокруг ярких небесных тел.

Планетарная туманность в космосе представляет из себя оболочку, энергию которой на финальном этапе формирования сбрасывает звезда без запасов водорода в ядре. После таких изменений небесное тело превращается в красный гигант, способный отторгать свой поверхностный слой. Вследствие происшедшего внутренняя часть объекта имеет порой температуру, превышающую отметку в 100 градусов Цельсия. В итоге звезда деформируется таким образом, что становится белым карликом без источника энергии и тепла.

В 20-е годы прошлого столетия произошло размежевание определений «туманность» и «галактика». Случившееся разделение рассматривают на примере образования в районе Андромеды, которая является обширной галактикой из триллиона звезд.

Основные разновидности туманностей

Космическое образование классифицируют по разным параметрам. Выделяют такие виды туманностей: отражательные, темные, эмиссионные, планетарные газовые скопления и остаточный продукт после деятельности сверхновых звезд. Разделение касается и состава туманностей: бывает газовое и пылевое космическое вещество. В первую очередь обращают внимание на способность поглощать или рассеивать свет такими объектами.

Темная туманность

Темные туманности - это достаточно плотные соединения межзвездного газа и пыли, структура которых непрозрачна из-за пылевого воздействия. На фоне Млечного Пути изредка можно наблюдать скопления подобного рода.

Исследование таких объектов зависит от AV-показателя. Если данные довольно высоки, то опыты проводятся исключительно с помощью технологий субмиллиметровой и радиоволновой астрономии.

Примером такого образования может послужить Конская Голова, сформировавшаяся в созвездии Ориона.

Такие сосредоточения рассеивают свет, который несут рядом находящиеся звезды. Данный объект не является источником радиации, а только отражает сияние.

Газо-пылевое облако подобного типа зависит от месторасположения звезд. При близком расстоянии происходит потеря межзвездного водорода, что ведет к поступлению энергии за счет рассеянной галактической пыли. Скопление Плеяды - наилучший образец описываемого космического явления. В большинстве случаев такие газо-пылевые сгустки находятся недалеко от Млечного Пути.

Светлые туманности имеют такие подвиды:

Кометарные . Переменная звезда лежит в основе такого образования. Она освещает описываемый участок межзвездной среды, но имеет меняющуюся яркость. Размеры объектов исчисляются сотнями доли парсека, что свидетельствует о возможности детального изучения подобной концентрации газа и пыли в пространствах космоса.
Световое эхо . Такой феномен встречается довольно редко и исследуется еще с начала прошлого столетия. Созвездие Персея после вспышки в 2001 году сверхновой звезды позволило наблюдать подобное изменение космической сферы. Вспышки большой силы активизировали пыль, которая образовывала туманность умеренного типа в течение нескольких лет.
Отражающая субстанция с волокнистой структурой . Сотни или тысячи долей парсека - размеры этой разновидности. Силы магнитного поля звездного скопления раздвигаются под внешним давлением, после чего газово-пылевые объекты внедряются в эти поля и происходит образование своеобразной нити оболочки.

Следующее разделение на газовую и пылевую туманности весьма условно, потому что в каждом облаке присутствуют оба элемента. Но некоторые исследования позволяет разграничивать такие составы космической субстанции.

Газовая туманность

Подобные проявления космической деятельности имеют разную форму, и их виды можно обозначить следующими пунктами:

Планетарные субстанции в форме кольца . В данном случае наблюдается такой тип туманности, как планетарная. Схема расположения ее составляющих очень проста: в центре видна основная звезда, вокруг которой происходят все внешние изменения.
Волокна газа, которые выделяют свою энергию отдельно . Эти светящиеся газовые вещества формируются самым неожиданным способом в виде разрозненных сверкающих переплетений газа.
Крабовидная туманность . Представляет из себя остаточные явления после взрыва звезды нового формата. Такое событие зафиксировано при изучении небесных тел, которые отражают свою энергию. В самом центре скопления находится пульсирующая нейтронная звезда, которая по некоторым показателям является одним из самых продуктивных источников галактической энергии.

Пылевая туманность

Данный вид туманности выглядит как своеобразный провал, выделяющийся на фоне светлого космического сгустка. Этот фрагмент можно наблюдать в созвездии Ориона, где подобный шлейф разделяет единое облако на две четкие зоны. На фоне Млечного Пути также встречаются пылевые участки, которые ярко выражены в области Змееносца (туманность Змея).

Изучать такое пылевое накопление реально только при помощи телескопа довольно большой мощности (диаметрально от 150 мм). Если пылевая туманность располагается неподалеку от яркой звезды, то она начинает отражать свет этого небесного тела и становится видимым явлением. Только на специальных снимках получится увидеть эту способность, которая близка к диффузным туманностям.

Главный показатель такого космического облака - это его высокая температура. Состоит оно из ионизированного газа, который формируется вследствие деятельности наиболее приближенной горячей звезды. Влияние ее заключается в том, что она активизирует и подсвечивает атомы туманности с помощью ультрафиолетового излучения.

Явление интересно тем, что по принципу образования и визуальным показателям напоминает неоновый свет. Как правило, объекты эмиссионного типа имеют красный цвет за счет большого скопления водорода в своем составе. Могут присутствовать дополнительные тона в виде зеленого и синего, которые образовались благодаря атомам других веществ. Самый яркий пример подобного звездного скопления - это знаменитая туманность Ориона.

Самые известные туманности

Самыми популярными в плане изучения считаются такие туманности: Ориона, Тройная туманность, Кольцо и Гантель.

Туманность Ориона

Подобное явление примечательно тем, что наблюдать его можно даже невооруженным глазом. Туманность Ориона относят к образованиям эмиссионного типа, которое располагается ниже поясной части Ориона.

Площадь облака впечатляет, потому что оно почти в четыре раза превышает размеры Луны в полной фазе. В северо-восточной части находится темное пылевое скопление, которое внесено в каталог под названием М43.

В самом облаке находится почти семьсот звезд, которые на данный момент еще формируются. Диффузная природа образования туманности Ориона делает объект очень ярким и красочным. Красные зоны свидетельствуют о наличии горячего водорода, а синие указывают на присутствие пыли, отражающей сияние голубоватых горячих звезд.

М42 - наиболее приближенное к Земле место, где формируются звезды. Такая колыбель небесных объектов расположена на расстоянии полторы тысяч световых лет от нашей планеты и приводит в восхищение сторонних наблюдателей.

Трехраздельная туманность

Тройная туманность находится в созвездии Стрельца и выглядит как три разделенные лепестки. Расстояние от Земли до облака точно вычислить сложно, но ученые ориентируются на параметры двух-девяти тысяч световых лет.

Уникальность подобного формирования заключается в том, что представлено оно сразу тремя видами туманностей: темной, светлой и эмиссионной.

М20 - это колыбель для развития молодых звезд. Подобные крупные небесные тела преимущественно голубого цвета, который образовался за счет ионизации скопившегося в той области газа. При наблюдении с помощью телескопа сразу бросаются в глаза две яркие звезды прямо по центру туманности.

При детальном изучении становится понятно, что объект словно разорван черным провалом на две части. Затем над этим разрывом можно заметить перекладину, которая придает туманности форму трех лепестков.

Кольцо

Кольцо, находящееся в созвездии Лиры, является одной из самых известных планетарных субстанций. Располагается оно на расстоянии двух тысяч световых лет от нашей планеты и считается довольно распознаваемым космическим облаком.

Светится Кольцо за счет присутствующего рядом белого карлика, а входящие в его состав газы выступают остатками выброшенной консистенции центральной звезды. Внутренняя часть облака мерцает зеленоватым цветом, что объясняется наличием в том участке линий эмиссионного характера. Образовались они после двойной ионизации кислорода, которая привела к формированию подобного оттенка.

Центральная звезда изначально была красным гигантом, но впоследствии превратилась в белый карлик. Рассмотреть ее реально только в мощные телескопы, потому что размеры крайне малы. Благодаря деятельности этого небесного тела возникла туманность Кольцо, которая в виде слегка вытянутого круга окутывает центральный источник энергии.

Кольцо - один из самых популярных объектов наблюдения как среди ученых, так и простых любителей космоса. Этот интерес обусловлен отличной видимостью облака в любое время года и даже в условиях городского освещения.

Гантель

Данное облако - это территория между звездами планетарного происхождения, которая находится в созвездии Лисички. Располагается Гантель на расстоянии около 1200 световых лет от Земли и считается очень популярным объектом для любительского изучения.

Даже при помощи бинокля образование легко можно распознать, если ориентироваться на созвездие Стрелы в северном полушарии звездного неба.

Форма М27 очень необычна и похожа на гантель, отчего облако и получило свое название. Иногда его именуют «огрызком», потому что контур туманности похож на надкушенное яблоко. Через газообразную структуру Гантели просвечивается несколько звезд, а при использовании мощного телескопа можно рассмотреть небольшие «уши» в яркой части объекта.

Изучение туманности в созвездии Лисички еще не закончено и предполагает множество открытий в этом направлении.

Существует довольно смелая гипотеза, что газово-пылевые туманности способны влиять на сознание человека. Павел Глоба считает, что такие образования могут полностью изменить жизнь некоторых людей. По мнению специалистов в области астрологии, туманности разрушительно воздействуют на органы чувств и изменяют сознание жителей Земли. Звездные скопления, по этой версии, способны контролировать продолжительность человеческого существования, укорачивая жизненный цикл или делая его более долгим. Считается, что туманности больше влияют на людей, чем звезды. Все это знаменитые астрологи объясняют тем, что существует некая программа, за которую ответственно определенное космическое облако. Механизм ее начинает действовать мгновенно, и повлиять на это человек не в состоянии.

Как выглядит туманность - смотрите на видео:

Туманности - великолепное явление внеземного происхождения, которое нуждается в детальном изучении. А вот о достоверности озвученного предположения о влиянии звездных скоплений на сознание человека судить сложно!

Туманности в космосе представляют собой участки межзвездной среды, отличающиеся от общего фона своими излучениями или поглощением этого излучения. Но ранее, определение этого термина, было более широко, чем сегодня, и под это же определение подпадали и некоторые галактики. Явный тому пример – галактика М31, более известна как туманность Андромеды. Но на сегодняшний день, с развитием технологий наблюдения, все стало намного яснее.

В первую очередь нужно сказать, что все туманности состоят из плазмы, пыли и газа. Вот поэтому некоторые из них и называют – газопылевыми.

Классификация

Первое, на что обращают внимания, при классификации туманностей, так это поглощение (излучение) либо же рассеивание ими света. Именно по этому критерию, все туманности в космосе делят на:

Тёмные; поглощают излучение находящихся за ними источников светлые. имеют собственное излучение, или отражают (рассеивают) свет, испускаемый рядом находящимися звёздами

Источники энергии, для излучения светлых туманностей имеют разнообразную природу и, всецело, зависят от происхождения самых туманностей.

Следующее деление, это:

газовые туманности;
пылевые туманности.

Вообще-то, такое деление имеет условный характер, так как все они содержат и газ, и пыль. Обусловливается этот факт разными способами наблюдения, а также ихними механизмами излучения.

Наличие пыли ярко выражается при том, как тёмные туманности поглощают излучение находящихся за ними источников, а также при отражении, рассеивании или же при переизлучении света, идущего от находящихся в туманности или в непосредственной близости звёзд. Причиной такого явления служит сама пыль в туманностях.

Газовая компонента туманности, излучает в двух случаях. Первый, это при её ионизации ультрафиолетовым излучением от располагающейся в самой туманности, или за ней, горячей звезды или группы звезд (например, вокруг звёздных ассоциаций). При таком варианте туманность будет называться эмиссионная. Вторая – когда нагревается межзвёздная среда, от ударной волны, вследствие взрыва сверхновой или от мощного звёздного ветра от звёзд типа Вольфа-Райе, или О-звёзд

Тёмная туманность

Тёмные туманности в космосе – это плотные, зачастую молекулярные облака межзвёздного газа, и конечно межзвёздной пыли, поглощающие свет. В большинстве случаев наблюдаются на фоне светлых туманностей или на фоне Млечного пути. Самая знаменитая представительница этого вида, это туманность Конская голова, в созвездии Ориона.

Разобрать структуру таких туманностей возможно только при изучении молекулярных радиолиний и инфракрасного излучения пыли. Оптическое изучение невозможно, из-за сильного поглощения света. Эта величина обозначается как А V , которая достигает 100 m (m – звёздная величина, см. терминологию сайта). Иногда, внутри тёмных туманностей наблюдаются уплотнения, у которых А V =10000 m . По всей видимости, эти уплотнения являются областями звездообразования – колыбелью для будущих ночных светил.

Отражательная (светлая) туманность

Является газопылевым облаком, подсвечиваемым звёздами. Как упоминалось выше, светятся они за счет ионизации газа, от расположенной внутри туманности звезды. Но если такова звезда или же звёзды недостаточно горячи, чтобы ионизировать вокруг себя значительное количество газа, то источником излучения такой туманности выступает рассеивание света, идущего от этих же звёзд. Явным тому примером выступают туманности, окутывающие яркие звезды, в скоплении Плеяды (М45) в созвездии Тельца.

Отражательные туманности очень трудные для оптического наблюдения и изучения, из-за очень низкой яркости. Нередко проецируясь на фотографиях галактик, такая туманность вводит в заблуждения ученых, заставляя их думать, что та или иная галактика имеет «хвост» или перемычку.

Некоторые из отражательных туманностей имеют вид кометы, и называются кометарными. В самой яркой части такой туманности находиться переменная звезда типа Т Тельца. Вследствие чего и сама туманность, естественно будет иметь переменную яркость. Размеры таких объектов, как правило, очень малы.

Существует и ещё один, редкий вид отражательных туманностей – световое эхо. Рождаются они после вспышек новых звёзд (например, в 1901 году, после вспышки новой, в созвездии Персея), свет от которой подсвечивает, возможно, находящуюся там пыль. Световое эхо наблюдается на протяжении мизерного количества времени.

Эмиссионная туманность

Эмиссионные туманности в космосе являются облаками ионизированного газа, видимые при оптическом наблюдении. Причиной их свечения является излучение высокоэнергетических фотонов, идущих от ближайшей горячей звезды. Такие туманности разделяют на два вида:

зоны Н II (области ионизированного водорода);
планетарные туманности.

В первых практически всё вещество ионизировано и очень нагрето, порядка 10000К. Причиной такого нагрева является ультрафиолетовое излучение, от расположенной близко звезды.

Я считаю лишним дальше углубляться в структуру зон H II, т. к. используемая при дальнейшем описании терминология будет сложна для восприятия, и на один лист она не поместиться. Можно только добавить, что вокруг зон H II обычно расположены зоны ионизированного углерода (С II), также входящие в состав таких туманностей.

Зоны H II выступают активными областями звездозарождения. Примером служит туманность NGC604, находящаяся в галактике Треугольника (М33, NGC598).

Вторая разновидность эмиссионных туманностей, это расширяющиеся планетарные туманности. Представляют собой верхние истекающие слои атмосферы звёзд. Как правило, это сброшенная оболочка звезды гиганта. Примером служит туманность Кошачий глаз (NGC6543), в созвездии Дракона.

Туманности, созданные за счёт ударной волны

Этот вид туманностей объединяет в себя ещё такие подвиды как:

остатки новых и сверхновых звёзд;
туманности вокруг звёзд класса О;
туманности вокруг звёзд типа Вольфа-Райе;
туманности в областях звездозарождения.

В первую очередь объединяет их общий механизм происхождения. Рождаются они за счёт выброса вещества в пространство. Источником такого выброса выступает звезда (сброс оболочки, взрывы, звёздный ветер). Выброшенное вещество обладает начальной скоростью, порой доходящей до тысяч км/с. Из-за этого температура газа за ударной волной может достигать миллиардов градусов.

Газ, нагретый до таких температур, будет излучать в рентгеновском диапазоне, но в оптическом – светится слабо. При движении ударной волны, она будет встречаться со своеобразными уплотнениями в межзвёздной среде, проходя через которые, ударная волна будет тормозиться. Вследствие такого снижения скорости газ начнёт излучать в оптическом диапазоне, поэтому на снимках таких туманностей хорошо видна их структура, состоящая из ярких волокон.

Следующий фактор, объединяющий туманности от ударных волн – это недолговечность их существования. Как правило, они будут распадаться, когда исчерпается вся кинетическая энергия самой ударной волны.

Остатки новых и сверхновых звёзд

Такие туманности образуются после взрыва сверхновых и новых звёзд, и являются остатками этих же самых звёзд. В центре такой туманности обычно остается пульсар. Яркая представительница такой туманности – это Крабовидная туманность (М1), сформированная после взрыва сверхновой звезды в 1054 году, в созвездии Тельца.

Туманности вокруг звёзд класса О

Образуются такие туманности вокруг горячих и ярких звёзд, со спектральным классом О-Of, которые обладают сильным звёздным ветром. Они обладают большими размерами, меньшей яркостью, и скорее всего большей продолжительностью жизни, чем следующий вид туманности в космосе.

Туманности вокруг звёзд типа Вольфа-Райе

Звёзды типа Вольфа-Райе, как и О-звёзды обладают очень сильным звездным ветром, создающим ударную волну, приводящей впоследствии к рождению туманности. Вокруг этих звёзд туманности имеют поперечник в несколько парсек и продолжительность жизни около 10 5 лет.

Туманности в областях звездозарождения

Такие туманности, в космосе редки, и возникают вследствие ударной волны, образовавшейся внутри области рождения звёзд. Они приводят к сильному нагреву газа, светящемуся, сильнее всего в инфракрасном диапазоне. Несколько таких туманностей обнаружены в созвездии Ориона.