Туманности
РЕФЕРАТ
“ТУМАННОСТИ"
ЩелкуновДмитрий
Содержание
стр
Введение..................1
Внегалактические
туманности....5
Галактическиетуманности..9
"Дыры"в небесах......... 9
Эмиссионныетуманности...12
Отражательныетуманности.14
Планетарныетуманности...15
Еще немного о
туманностях..16
Тезисы...................20
Литература
И.С.Шкловский "Вселенная,жизнь,
разум". Изд. "Наука" 1973 г.
О.Струве и В. Зебергс"Астрономия
XXвека". Изд. "Мир"1968 г.
ЛевМухин "Мирастрономии"
Изд."Молодая Гвардия". 1987 г.
А.Аллер "Атомы,Звезды и
Туманности".Изд. "Мир" 1976 г.
А.И.Еремеева "ВселеннаяГершеля"
Изд."Наука" 1966 г.
И.Г.Колчинский,А.А. Корсунь,
М.Г.Родригес "Астрономы".
Изд."Наукова Думка" 1977 г.
Д.Лейзер "Создаваякартину
вселенной". Изд. "Мир" 1988 г.
Д.Херрман "Открывателинеба"
Изд."Мир" 1981 г.
Введение
Длялюдей далекогопрошлого Вселеннаябыла если и невсегда безопасным,но и все жеустойчивыммиром, созданным,казалось бы,единственнодля удобстварода человеческого.Едва ли человектогда сомневался,что его обитель- Земля - занимаетглавенствующее,центральноеположение,тогда как Солнцеоправдываетсвое существование,снабжая человечествосветом и теплом.Сверкающиезвезды, приклепленныек вращающейсянебесной сфере,рассматривалиськак элементыкосмическоймозаики, предназначеннойдля украшенияночи.
Вполнеестественнобыло также, чтодетали небесногопейзажа сталиотождествлятьсяс героями мифологии;это отождествлениесохранилосьдо нашего временив виде названийгрупп звездили созвездий.С течениемвремени легенды,отражающиесамые первыепопытки установитьсвое место вокружающеммире, сменилисьобъективнымиисследованияминеба.
Астроном-исследовательобнаружил, чтоВселенная - этосокровищница,полная открытий,причем каждыйновый серьезныйвклад в совокупностиуже извесныхсведений ведетк возникновениюмножества новыхнерешенныхвопросов, чтоеще более усиливаетинтерес к погонеза новыми фактами.Загадки будут,вероятно, возникатьдо тех пор, покасуществуютлюди, способныеих разгадывать.
В ходеистории былиоткрыты объектывсевозможныхвидов - не толькоодиночныезвезды , но такжеоблака из газаи диффузного
вещества.Эти облака,видимые невооруженнымили вооруженнымглазом черезмощный телескоп,представляютсобой туманности.Также в видетуманностейнам представляютсядалекие галактики.
Далекиетуманные объекты- туманностибыли замеченыастрономамиеще в XVII веке. ОзнаменитойтуманностиАндромедывпервые упомянулсовременникГалилея С.Мариусв 1612 году. Францускийастроном Ш.Мессье,известныйсвоими открытиямикомет, чтобынаблюдателине путали кометыс туманностями(схожесть можнобыло наблюдать20-26 марта 1996 годана примерекометы ХИЯКУТАКЕ)составил первыйсписок туманностей,содержавшийоколо 100 объектов,но лишь в 20-x годахнашего векаудалось установить,что некоторыетуманности- это гигантскиезвездные системы,находящиесядалеко за пределаминашей Галактики- Млечного Пути.
Многиеученые занималисьвопросамипрактическогоотличия галактикиот туманности.Свои теориисоздавали такиеученые какТ.Райт, Мопертюи,но наиболеепродвинулсяв этой областив свое времянемецкий философИммануил Кант.Гипотезу Кантаможно рассматриватькак логическоеразвитие идеиРайта на основефизики Ньютона.Но затем Кантделает новыйшаг, безусловносвидетельствующийо его богатомвоображении.Трудно сказатьоб этом лучшесамого Канта:
Яподхожу теперьк той частиизлагаемойтеории, которая,давая возвышенноепредставлениео плане мироздания,большевсего делаетэту теорию привлекательной.К этому пунктупривели менянекоторыепростые мысли.Их можно изложитьследующимобразом. Еслисистема неподвижныхзвезд, расположенныхоколо однойобщей плоскости,как мы видимв Млечном Пути,настолькоудалена от нас,что даже в телескопнельзя различитьотдельныезвезды, из которыхона состоит,если расстояниеее от звездМлечного Путиотносительнотакое же, какрасстояниеСолнца от нас,-словом, еслитакой мир неподвижныхзвезд рассматриваетсянаблюдателем,находящимся вне его, с подобногонеизмеримодалекого расстояния,то под малымуглом зренияэтот звездныймир представитсяглазу в видеслабо светящегосяпятнышка - совершеннокруглой формы,когда его плоскостьобращена прямок глазу, и эллиптической,когда егорассматриваютсбоку.Слабость света,форма и заметнаявеличина диаметрабудут резкоотличать такоеявление, еслионо имеет место,от всех звезд,наблюдаемыхпорознь.
Искатьэто явлениесреди наблюденийастрономовнам придетсяне очень долго.Оно было отчетливоотмечено различныминаблюдателями.Необыкновенностьего вызвалаудивление, онем строилидогадки, отдаваядань то диковинным,то мнимо научнымпонятиям, вдействительности,однако, стольже необоснованным,как и первые.Я полагаю, чтоэто звездныетуманности,или, вернее,один из видових, о которомгосподин Мопертюи[“Discours sur la Figure des Astres”,(“Речьо форме звезд”),Paris, 1742] пишет следующие:“ на темномнебесном сводевстречаютсянебольшие слабосветящиесяпятна, несколькоболее освещенные,чем темныепространствапустого неба,и общее у нихвсех то, чтоони представляютсобой болееили менее открытыеэллипсы, светкоторых, однако,гораздо слабеелюбого другогосвета, наблюдаемогона небе.”
Кантутверждал, что,если бы “светящиесяпятна” представлялисобой звездыгиганскихразмеров, ихповерхноснаяяркость былабы гораздобольше наблюдаемой.Менее чем через100 лет английскийлюбитель астрономииУильям Хаггинссконструировалпервый спектроскоп,пригодный дляастрономическихнаблюдений,и использовалего для систематическогоизучения звезди туманностей.Он обнаружил,что спиральныетуманности,которые Кантотождествлялс далекимизвезднымисистемами,имеют, какпредсказывалКант, непрерывныйспектр, подобныйспектру обычныхзвезд. Спектрытуманностей,которые выгляделикак однородныеи бесструктурныепятна даже принаблюдениив более мощныетелескопы,наоборот, состоялииз отдельныхузких и яркихлиний. Это былиистинные туманности- протяженныеоблака горячегогаза. В соответсвиис этим туманностиразделяютсяна внегалактические(туманостьАндромеды(рис.1)) и галактические- облака газаи пыли.
Внегалактические туманности
Истиннуюприроду галактиктрудно былоустановитьглавным образомиз-за колоссальныхрасстоянийдо них. Все они,за исключениемсамых близких,имеют вид туманностидаже при надлюдениис крупнейшими телескопами.Фактическидо конца XIX в.многочисленныетипы туманныхобъектов(галактические,планетарыетуманности,неразрешимыена звезды шаровыескопления,галактики) принаблюдениив телескопысредних размеровбыли неотличимыдруг от друга.К концу XIX в. применениефотографийпозволилозаметить некоторыеразличия в ихвиде. Былоустановлено,что галактическиетуманностиимеют неправильную,чрезвычайноразнообразнуюформу; галактикиже имеют довольночеткую эллиптическуюформу, в которойиногда можнопредположитьспиральнуюструктуру. Нообе группыименовались“туманностями”.Даже теперьгалактикиназывает“внегалактическимитуманностями”.Превалирующиемнение об ихприроде выразилав 1890 г. Кларк:
Вопросо том, являютсяли туманностивнешними галактиками,едва ли нуждаетсяв дальнейшемобсуждении.На него данответ самимпрогрессомисследований.Можно с уверенностьюсказать, чтони один компетентныйученый, располагающийвсеми имеющимисядоказтельствами,не станетпридерживатьсямнения, чтохотя бы однатуманностьявляется звездной,сравнимой поразмерам сМлечным Путем.Практическиустановлено,что все объекты,наблюдаемыена небе (какзвезды, так итуманности),принадлежатк одному огромномуагрегату.
В 1899г. были полученынекоторыерезультаты,противоречащиеобщепринятомумнению, выраженномуКларк. Шейнер(немецкий астроном(1870-1964)) нашел сходствомежду спектрамитуманностиАндромеды иСолнца и сделална этом основаниивывод, что туманностьАндромеды,возможно, является
обширнойсовокупностьюзвезд, подобныхСолнцу. Он жевысказал гипотезуо принципиальномсходстве нашейсистемы и т.Андромеды : поего мнению ядрот. Андромедымогло бытьаналогичносовокупностизвезд, окружающихСолнце, а ееспиральныеветви - облакамМлечного Пути.В дальнейшеминтерес к проблемевозрос благодаряпоявлениюфотографиймножестватуманностей,главным образомсо спиральнойструктурой.Они показали,что туманностейнесравненнобольше, чемпредполагалосьранее.
Фотографиине давали ключак разгадкефизическойприроды спиралей.Последующиедва десятилетияразнообразныеисследованияподтвердилимнения, чтоспиральныетуманностиявляются небольшимиобъектами,расположеннымив пределахсистемы МлечногоПути или оченьблизко от нее.
СпектроскопическиенаблюденияШейнера, хотяони были совершенноправильными,в значительнойстепени потерялисвою ценностьпосле того, какСлайфер (американскийастроном (1875-1969),челен НациональнойАН. Научныеработы в областиастроспектроскопии.)открыл отражательныйспектр туманностив Плеядах (рис.3),относительнокоторой былоопределенноизвестно, чтоона принадлежитМлечному Пути.Слайфер писал:
Этонаблюдениетуманностив Плеядах навеломеня на мысль,что туманностьАндромеды иподобные спиральныетуманностимогут состоятьиз центральнойзвезды, окруженнойи затемненнойклочковатойи разряженнойматерией, котораясияет отраженымсветом центральногосолнца.
Фотографическиеизображениясгущений вспиральныхтуманностяхтакже казалисьтуманными дажена фотографиях,полученых с60-дюймовымтелескопом.Ричи (американскийастроном иконструктор телескопов (1864-1945)) писал о нихв 1910 г. :
Всеэти спиральныетуманностисостоят избольшого числанерезкихзвездообразных
сгущений,которые я будуназывать туманнымизвездами. Они,вероятно,представляютзвезды в процессеих формирования.
В 20-егоды сталоизвестно, чтоэтот туманныйвид сгущенийобъясняетсянесовершенствомнаших инструментов.В 1920 году Сирс(американскийастроном (1873-1964),член НациональнойАН)) на основераспределенияи светимостизвезд оценилповерхностнуюяркость нашейГалактики инашел, что онагораздо меньше,чем у спиральныхтуманностей.Он сделал вывод,что
...спиральныетуманностиотличаютсяот галактическойсистемы и либоявляютсятуманностями,либо должныиметь намногобольшие размеры,или же состоятиз большегочисла или изболее яркихзвезд.
Посколькупредполагалось,что спиральныетуманности,если они являютсягалактиками,подобнымиМлечному Пути,должны иметьприблизительнотакие же размеры,то первая возможностьпредставляласьболее правдоподобной.Ошибка крыласьмежду тем внедооценкеразмеров нашейГалактики.Окончательноедоказательствоистинной природытуманностеймогло бытьполучено, еслибы удалосьизмерить расстояниядо спиралей:расстояния,сравнимые сразмерамиМлечного Пути,указали бы, чтотуманностинаходятся запределамигалактики, и,следовательно,подтвердилибы теорию островныхвселенных.
Галактическиетуманности
“Дыры”в небесах
Существуетмного видовгалактическихтуманностей.Их объединяетто, что онипредставляютсобой большиеконцентрациимежзвездноговещества, которое легко обнаруживаетсвое сушествованиев виде темныхили светящихсяпятен. Существованиетемных областейв Млечном Путибыло известноастрономамс тех пор каканглийскийастроном ВильямГершель провозгласил:“ Несомненно,это дыра в небесах!”И прошло немаловремени, преждечем они былиправильнообъяснены. В1903 году Кларкписала :
Отом, что темныезвезды существуютпоодиночкеи группами, каки темные туманности,мы заключаемпочти с неизбежностью;но эти провалыв Галактикене могут бытьзанесены вчисло проявленийтемной материи.Они, наоборот,являются тем,чем кажутся,- промежуткамибеззвездногопространствамежду соседнимизвезднымиоблаками исвидетельствуюто процессахраспада облаков,и продвигающихсяневероятномедленно ксвоему невообразимомуконцу.
А в1919 году Барнард( американскийастроном (1857-1923),член НациональнойАН) заметил:
Ясначала неверил в существованиеэтих темныхпоглащающихмасс. Доказательстваих реальностине были до концаубедительными.Однако позднее,после изученияполученныхмною фотографийи особеннопосле визуальногоисследованиянекоторыхтемных областей,я пришел к выводу,что многие изэтих пятенвызваны непросто недостаткомзвезд, но являютсяреальнымипоглощающимисвет телами,более близкимик нам, чем далекиезвезды.
Барнардсоздал каталогтемных облаков.Он подтвердилранее подмеченноеобстоятельство,что темныетуманностиимеют сильнуютенденциюрасполагатьсявдоль галактическогоэкватора (пересечениеплоскостиГалактики инебесной сферы).Примером темныхоблаков служиттуманностьКонская головав Орионе (Рис.5).
Эмиссионныетуманности
Бросающейсяв глаза особенностьюэмиссионныхтуманностей(туманностьОриона (Рис. 4)и Трехраздельнаятуманность(Рис. 7) принадлежатэтому типу)является множествоярких эмиссионныхлиний в их спектрах.Эти спектральныелинии являютсякак бы опознавательными“ярлыками”.Именно этилинии и привелик открытиютуманностейво всех частяхМлечного Путии даже в далекихгалактиках.Наилучшимобразцом эмиссионнойтуманностиможет служитьтуманностьТарантул вБольшом МагеллановомОблаке (Рис.9). Туманностив Малом МагеллановомОблаке менееяркие и менеезаметные (Рис.11). Эмиссионнаятуманностьизлучает свет,характерныйдля вещества,из которогоона состоит,если ее подходящимобразом освещаетзвезда. Мы можемсебе представитьзвезды какгигантскиефонари, которыеосвещают смесьфлуоресци-рующеговещества (атомы)и отражающихсвет частиц(пыль). Непрерывныеспектры эмиссион-ныхтуманностей,по-видимому,образуютсяне только вследствиеотражения светаот пылинок, нотакже в результатеэмиссионныхпроцессов, вкоторых принимаютучастие тяжелыеатомы. Еслисвет “фонаря”богат ультрафиолетом,газ флуоресцируети появляютсяяркие линии.Но когда присутствуютлишь сравнительнохолодные звезды,то нет тогоизобилияультрафиолетовойрадиации, которуюатом можетпоглощать иизлучать зановов форме видимыхярких линий.
В такомслучае звездныйсвет, падающийна туманность,рассеиваетсячастичкамипыли и спектртуманностиоказываетсяпростым отраже-ниемспектра звезды.Эмиссионныетуманностиявляются истиннымитуманностями,оправдываю-щимисвое название.
Отражательныетуманности
Отражательныетуманностибыли открытыСлайфером,который в 1913 годунаблюдал спектртуманностейв Плеядах (Рис.3). Вместо ожидаемыхэмиссионныхлиний он нашелнепрерывныйспектр, испещренныйлиниями по-глощения,и заметил, что“...весь спектрявляется точнойкопией спектровярких звездв Плеядах”. Вэтих туманностяхсвет звездыотражаетсямелкими пылевымичастицами.Большая частьтаких туманностейосвещаетсягорячими голубымизвездами высокойсвети-мости.Туманноститакже являютсяголубыми;по-видимому,они даже голубее,чем освещающиеих звезды, т.к.свет звезды,проходя черезоблака из оченьмаленькихпылевых частиц,краснеет;следовательно,рассеяныйотражаю-щимитуманностямисвет кажетсяголубее.
Планетарныетуманности
Планетарныетуманностивыглядят какмаленькие,слабо святящиесядиски или кольца,слегка напоминающиедиски планеты.Планетарныетуманностисостоят изгаза, но они неявляются нипланетами, нинастоящимитуманностями,так что врядли можно былобы придуматьдля них менееудачное название,чем это общепринятое.Наиболее известнаКольцеваятуманностьв созвездииЛиры (Рис. 11), открытаяв 1779 году. Онасостоит изцентральнойзвезды, окруженнойгазовой оболочкой.При детальномрассмотрениистано-витсязаметно, чтона краях сосредоточенобольше светящегосявещества, чемв центре, поэтомутуманностьвыглядит каккольцо. Всепланетарныетуманностирасширяются.Их возраст врядли может превышатьнесколькодесятков тысячлет, по имеющимсяоценкам; еслигазовая оболочкасбрасываетсястарой звездой(а это, вероятно,так), веществооболочки неможет продолжатьсветиться многодольше статысяч лет илиоколо того. Поодной из теорийпланетарныетуманностипорождаютсязвездами - краснымигигантами,сбрасывающимив пространствосвои внешниеслои, так чтоцентральныезвезды планетарныхтуманностейпредставляютсобой ядрокрасных гигантов.Идея сбросаоболочки хорошосогласуетсяс предполагаемойэволюционнойпоследователь-ностью,хотя отнюдьнельзя с уверенностьюсчитать, чтокаждая нормальнаязвезда неизбежнопорождаетпланетарнуютуманностьна позднихэтапах своейжизни.
Ещенемного отуманностях.
Существуютеще нескольковидов туманностей,на которые ониразделены,например, диффузныетуманности.Такие диффузныетуманности,как туманностьОриона (Рис.4), Киля (Рис. 12),Трехраздельная(Рис. 13) - это сложные
неправильнойформы образования,газ и пыль которыхтесно связанымежду собой.
Существуют,наконец, туманности,представляющиесобой конечныйпродукт звезднойэволюции. Срединих наиболееизвестна Крабовиднаятуманность(Рис.14). Почти всепрочие объектытакого типаимеют значительнобольший возраст,и поэтому ихособенностине так отчетливовыражены. Влюбом случаеКрабовиднаятуманность- с необычайнымпульсаром вцентре - представ-ляетсяисключительнымобъектом. УволокнистойтуманностиЛебедя (Рис.15) хорошо заметнадугообразнаяформа светящегосявещества; всеговорит о том,что это - остатоквзрыва сверхновой,происшедшегов доисторическиевремена.
Бываюттуманности,связанные спроцессомрождения звезд.Тоже можносказать обобычных газовых,или галактических,туманностях,таких, как созвездиеОриона (Рис.4). В глубине этойтуманностинаходитсяинфракрас-ныйисточник, известныйпод названием“объект Беклина”,постоянноскрытый отземного наблюдателявеществомтуманности.Это либо оченьмолодая звезда,либо какой-точрезвы-чайномощный объектсо светимостью,не менее чемв миллион разпревышающийсветимостьСолнца.
Однакоузнать, что этона самом деле,не представляетсявозможным:изучению доступнотолько инфракрасноеизлучениеобъекта, спо-собноепройти сквозьтуманностьи достичь Земли.Многие вопросы,связанные стуман-ностями,остаются открытымии, наверное,новые вопросыбудут возникатьпостоянно впроцессе изучения.