Химия газопылевых туманностей

Огромные межзвездные облака из светящихся разреженных газов получили наименование светлых диффузных туманностей. Их типичным представителем является яркая туманность в созвездии Ориона, хорошо различимая даже в бинокль. Газы, ее образующие, светятся «холодным светом», т. е. люминесцируют, переизлучая свет соседних горячих звезд. Такого типа туманностей насчитывается около полутора сотен.

В состав светлых диффузных газовых туманностей входит в основном водород и гелий с примесью других элементов (главным образом, кислорода и азота). Многие атомы находятся в ионизованном состоянии. Поперечники туманностей измеряются десятками, а иногда и сотнями световых лет. Плотность вещества газовых туманностей в миллиарды раз меньше плотности комнатного воздуха.

В межзвездном пространстве наблюдаются также диффузные пылевые туманности. Эти облака состоят из мельчайших твердых пылинок, поперечник которых в среднем составляет 0,1 мкм. Если вблизи пылевой туманности оказывается какая-нибудь яркая звезда, ее свет рассеивается туманностью и пылевая туманность становится непосредственно наблюдаемой. Многие пылевые туманности относятся к числу темных туманностей, они наблюдаются как черные зияющие «провалы» на фоне Млечного Пути.

Между газовыми и пылевыми туманностями, как светлыми, так и темными, нет резкого различия. Часто они наблюдаются совместно, как газопылевые туманности. Возможно, что в некоторых случаях свечение туманностей вызывается взаимопроникновением (т. е. столкновением) двух или нескольких облаков.

Туманности являются, по-видимому, лишь уплотнениями в той непрерывной, крайне разреженной межзвездной диффузной материи, которая получила название межзвездного газа. Эта среда обнаруживает себя лишь при наблюдениях спектров далеких звезд, вызывая в них дополнительные линии поглощения. Тончайшая межзвездная газовая «вуаль» по своей плотности в сотни раз уступает самым разреженным из газовых туманностей. Она состоит, главным образом, из молекул водорода. Средняя плотность водорода в межзвездной среде ничтожно мала: 1 молекула Н2 на 10 см3. Однако в отдельных уплотненных облаках концентрация водорода намного выше (до нескольких тысяч молекул в 1 см3). Есть в межзвездной среде и гелий, но его там в 9 раз меньше, чем водорода. Остальные элементы образуют лишь ничтожную примесь, в количественном отношении уступая водороду в тысячи раз.

Кроме газа и пыли межзвездное пространство заполнено быстролетящими ядрами различных химических элементов и электронами, образующими космические лучи, а также потоками фотонов, т. е., говоря иначе, излучением звезд.

В темные осенние ночи через зенит от горизонта к горизонту тянется беловатая слабосветящаяся неправильных очертаний полоса, называемая Млечным Путем. Эта полоса, уходя под горизонт, опоясывает все небо, имея в разных своих частях различную ширину и яркость. В телескоп можно видеть, что Млечный Путь состоит из множества слабосветящихся звезд, которые для невооруженного глаза сливаются в сплошное сияние. Млечный Путь - это основная, большая часть звезд, образующих Галактику - исполинскую звездную систему, к которой принадлежит и наше Солнце.

Наша Галактика, если рассматривать ее со стороны, имела бы вид сильно сплюснутой чечевицы. В центре этой «чечевицы» есть плотное шаровидное скопление массивных звезд, образующее ядро Галактики. К сожалению, при наблюдении с Земли оно невидимо, так как скрыто от наблюдателя мощными облаками темной космической пыли. Однако эта пыль, задерживая видимый глазом свет, пропускает невидимые инфракрасные лучи, которые могут быть уловлены специальными телескопами.

В состав Галактики входит около 150 миллиардов звезд. Солнечная система расположена вблизи экваториальной плоскости Галактики примерно на полпути от ее центра до внешних границ. Точнее, расстояние от центра Галактики до Солнца равно 23 500 св. лет, тогда как поперечник Галактики близок к 100 000 св. лет. Заметим, что резко очерченных границ Галактика не имеет, а постепенно «сходит на нет». Толщина галактической «чечевицы» составляет 10000 св. лет.

В состав Галактики кроме звезд - одиночных, кратных, переменных - входят звездные скопления и туманности. Замечено, что межзвездная газопылевая материя сконцентрирована сравнительно тонким слоем в экваториальной плоскости нашей звездной системы. Что же касается, например, шаровых звездных скоплений, то они встречаются на самых различных расстояниях от этой плоскости. Заметим, что массы отдельных газопылевых туманностей примерно в 10 000 раз превышают массу Солнца.

Схема строения Галактики

Все звезды нашей Галактики обращаются вокруг ее центра и при этом с различными периодами, которые тем больше, чем дальше звезда от центра Галактики. Солнце с планетами завершает облет галактического ядра примерно за 200 миллионов лет.

О распределении в пространстве облаков межзвездного водорода (5% которого ионизовано) можно узнать, изучая как их оптическое (в видимой области спектра) излучение, так и радиоволны длиной 21 см, которые также порождаются межзвездным водородом. В обоих случаях исследования привели к выводу, что структура облаков межзвездного водорода повторяет строение Галактики. Эти облака располагаются вдоль ее спиральных рукавов, что, впрочем, вполне естественно, так как звезды и поставляют водород в межзвездное пространство.

Происхождение межзвездной пыли менее ясно. Ее частички очень малы (не более 10 -5 см в поперечнике). Каждая такая пылинка скорее всего представляет собою крошечный ледяной кристаллик. По некоторым теоретическим подсчетам, в таком кристаллике на 100 молекул Н2О приходится 20 молекул СН4, 10 молекул NH3 и 5 молекул MgH. Температура пылинок лишь на 17 градусов выше абсолютного нуля.

Естественно думать, что межзвездная пыль сгустилась из межзвездного газа. Но вероятен ли такой процесс и как он протекает, мы не знаем. Возможно,, что кристаллические пылинки имеют графитовую, т. е. углеродную, сердцевину и образуются в атмосферах холодных «углеродных» звезд. Облака межзвездной пыли составляют примерно 1% от общей массы межзвездной среды.