9. Непрерывный спектр туманностей

Мы рассмотрели, как объясняется появление разрешенных и запрещенных линий водорода, гелия, кислорода и других элементов. Однако кроме линий, туманности имеют и непрерывный спектр. В видимой области его интенсивность, по измерениям Т. Пейджа (США), почти не меняется с длиной волны, причем в интервале шириной 100 А содержится примерно столько же энергии, сколько в линии H_δ. За бальмеровским пределом на этот непрерывный спектр накладывается излучение водорода, образующееся при рекомбинациях на второй уровень. Вначале делались попытки объяснить излучение в видимой области как результат рекомбинаций атомов водорода на третий уровень или свободно-свободных переходов. Однако наблюдаемое излучение оказалось ярче, чем можно было ожидать согласно теории. Нельзя объяснить непрерывный спектр и рассеянием света звезды пылью, находящейся в туманности, так как энергия излучения туманности больше, чем энергия излучения звезды в видимой части спектра. Трудности с объяснением привели даже к тому, что было высказано сомнение - действительно ли это непрерывный спектр, а не множество слабых линий, не разделяемых при малой дисперсии и широкой щели спектрографов, применяемых для изучения туманностей.

Однако специальные наблюдения О. Струве (США) при помощи спектрографа с узкой щелью, потребовавшие экспозиции продолжительностью несколько ночей, показали, что упомянутое свечение имеет все-таки непрерывный, а не линейчатый спектр.

Объяснение природы избытка непрерывного спектра туманностей дал А. Я. Киппер (СССР) и несколько позже Л. Спицер и Д. Гринстейн (США). Заключается оно в следующем. Еще ранее было известно, что некоторые атомы могут совершить запрещенный переход, излучив не один, а два кванта, сумма энергий которых равна энергии данного перехода. В частности, водородный атом имеет запрещенный переход с одного из подуровней второго состояния (2s) в основное (1s) [с другого подуровня (2р) переход вниз разрешен, он дает линию L_α]. Вероятность перехода с излучением двух квантов не так мала - для него требуется около 0,12 сек. Следовательно, каждый раз, как электрон в результате рекомбинаций и каскадных переходов окажется на уровне 2s, произойдет излучение двух квантов. А. Я. Киппер предположил, что два кванта, выделяющиеся при переходе 2s - 1s, и дают значительную часть непрерывного спектра туманностей. Действительно, хотя сумма энергий этих квантов является определенной, но сами энергии могут принимать любое значение, так что в целом получится непрерывный спектр с частотами от нуля до частоты L_α. Яркость свечения при двухквантовых переходах зависит от населенности уровня 2s, которая пропорциональна числу рекомбинаций, так же как и для других уровней. Поэтому интенсивность непрерывного спектра должна быть пропорциональна интенсивности водородных линий и рекомбинационного непрерывного спектра за бальмеровским и другими пределами. Л. Спицер и Д. Гринстейн и более детально М. Ситон (Англия) сопоставили интенсивность двухквантового излучения с другими процессами, дающими непрерывный спектр. Оказалось, что двухквантовые переходы дают от 20% общего излучения в зеленой части до 50% в фиолетовой части. Остальное дают рекомбинации водорода и ионизованного гелия и свободно-свободные переходы. Расчеты в общем согласовались с наблюдениями, но в некоторых очень ярких планетарных туманностях интенсивность непрерывного спектра оказалась несколько меньше, чем следовало из теории. В связи с этим было принято во внимание, что при высокой плотности часть атомов может перейти из состояния 2s в состояние 2р под действием столкновений. Вероятность такого процесса велика, значительно больше, чем для обычного удара второго рода, так как он не сопровождается изменением энергии атома. Разумеется, столкновения могут привести и к обратному переходу 2р - 2s, но этих переходов значительно меньше, потому что мала населенность уровня 2р, на котором электрон задерживается всего 10^-8 сек. Учет перехода 2s - 2р позволил приближенно согласовать теорию и наблюдения и для ярких туманностей. При этом нужно иметь в виду, что двухквантовые переходы совершают и другие атомы, в частности атомы гелия (переход 2¹S - 1¹S) и ионизованного гелия, подобного водороду. Образующееся при этом излучение также может составить часть наблюдаемого излучения с непрерывным спектром.