Межзвездная пыль природа и свойства доклад
Обновлено: 19.05.2024
межзвёздная пыль
Без пыли мы смогли бы видеть сквозь весь диск Галактики в 100 000 световых лет. В отличие от межзвездного газа, пыль предоставляет место для образования молекул. Наиболее важным является то, что звезды и планеты – это облака из межзвездного газа и пыли.
Межзвездная пыль: ее состав и свойства
Химический состав межзвездной пыли показывает, что она состоит из тонких, сильно сплющенных чешуек или игл из графита (углерод) и силикатов (минералы в виде камней), покрытых водяным льдом. Каждая пылевая чешуйка примерно равна длине волны синего света или меньше. Пыль, вероятно, образуется в холодных внешних слоях красных гигантских звезд и рассеивается в красных гигантских ветрах и планетарных туманностях.
Звездный свет, проходящий сквозь пылевое облако, может изменяться несколькими способами. Свет может быть полностью заблокирован, если пыль достаточно густая, или она может быть частично рассеянной на величину, которая зависит от цвета света и толщины пылевого облака. Вся длина световых волн, проходящих сквозь пылевое облако, будет несколько затемнена. Этот эффект называется исчезновением.
Как определяют наличие пыли в межзвездной среде
Открытие космической пыли произошло сравнительно недавно. В 1930 г. Р. Дж. Трамплер (1886-1956 гг.) составил график с угловым диаметром звездных скоплений в зависимости от расстояния до них.
Он вывел расстояния из обратного квадрата по закону яркости – дальние кластеры должны казаться тусклее. Если все кластеры имеют примерно одинаковый линейный диаметр L, то угловой диаметр должен быть равен (постоянная L) / расстоянию. Но он обнаружил систематическое увеличение линейных размеров кластеров в зависимости от расстояний до них.
Это означало бы, что природа поставила Солнце в особое место, где размер скоплений был наименьшим. Более разумное объяснение использует принцип Коперника: Солнце находится в типичном месте в Галактике. Просто у более отдаленных кластеров больше материала между нами и кластером, так что они кажутся более тусклыми, чем они есть на самом деле.
Трамплер показал, что между звездами есть пыль! Угасание звездного света вызвано его рассеянием вне поля зрения. Теперь, конечно, намного легче обнаружить космическую пыль, если вы знаете, что она есть, и мы можем напрямую отобразить ее с помощью инфракрасных телескопов и телескопов миллиметрового диапазона, таких как Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA)в Чили.
Покраснение межзвёздой пыли
Не все длины волн рассеяны одинаково. Подобно тому, как наш воздух рассеивает синие цвета на солнечном свете более эффективно, чем красные, степень поглощения межзвездной пыли зависит от длины волны света. Величина угасания пропорциональна 1 / (длина волны света). Более синие волны рассеиваются больше, чем красные.
Если бы частицы пыли были намного больше (скажем, размером с песчинку), покраснение не наблюдалось бы. Если бы частицы пыли были намного меньше (скажем, с молекулу), рассеяние могло бы вести себя как лямбда 1/4.
Трамплер показал, что данный спектральный тип звезды становится все более красным с увеличением расстояния. Это открытие стало еще одним доказательством наличия пыли между звездами. Если Солнце находится в типичном месте в Галактике, то наблюдение Трамплера означает, что более отдаленные звезды имеют больше пыли между нами и ими.
Вы видите тот же эффект, когда наблюдаете оранжево-красное Солнце близко к горизонту. Объекты, близкие к горизонту, видны сквозь большее количество атмосферы, чем когда они близки к зениту. На закате голубые, зеленые и желтые цвета рассеиваются от вашего поля зрения, и только длинные волны оранжевого и красного света могут перемещаться вокруг частиц воздуха и пыли, чтобы достичь ваших глаз.
В ближней инфракрасной области (немного длиннее видимого света) пыль прозрачна. На более длинных волнах вы можете видеть пылающую саму пыль, можно исследовать структуру самих пылевых облаков, а также звезд, образующихся в них (молодые звезды, которые скрыты от нас в видимой полосе).
Космический телескоп Спитцер наблюдает вселенную в инфракрасном поле, и он открыл новую вселенную, которую также можно назвать облаками межзвездного газа и пыли.
Межзвездная пыль – это продукт разнообразных по своей интенсивности процессов, протекающих во всех уголках Вселенной, а ее невидимые частицы достигают даже поверхности Земли, летая в атмосфере вокруг нас.
Общие сведения
Многократно подтвержденный факт – природа не любит пустоты. Межзвездное космическое пространство, представляющееся нам вакуумом, на самом деле заполнено газом и микроскопическими, размером в 0,01-0,2 мкм, частицами пыли. Соединение этих невидимых элементов рождает объекты огромной величины, своего рода облака Вселенной, способные поглощать некоторые виды спектрального излучения звезд, иногда полностью скрывая их от земных исследователей.
Из чего состоит межзвездная пыль?
Строение межзвездной пыли
Эти микроскопические частицы имеют ядро, которое формируется в газовой оболочке звезд и полностью зависит от ее состава. Например, из крупиц углеродных светил образуется графитовая пыль, а из кислородных – силикатная. Это интересный процесс, длящийся целыми десятилетиями: при остывании звезды теряют свои молекулы, которые улетая в пространство, соединяются в группы и становятся основой ядра пылинки. Далее формируется оболочка из атомов водорода и более сложных молекул. В условиях низких температур межзвездная пыль находится в виде кристалликов льда. Странствуя по Галактике, маленькие путешественники теряют часть газа при нагревании, но место улетевших молекул занимают новые.
Расположение и свойства
Основная часть пыли, которая приходится на нашу Галактику, сосредоточена в области Млечного Пути. Она выделяется на фоне звезд в виде черных полос и пятен. Несмотря на то, что вес пыли ничтожен в сравнении с весом газа и составляет всего 1%, она способна скрывать от нас небесные тела. Хотя частички друг от друга и отделяют десятки метров, но даже в таком количестве наиболее плотные области поглощают до 95% света, излучаемого звездами. Размеры газопылевых облаков в нашей системе действительно огромны, они измеряются сотнями световых лет.
Влияние на наблюдения
Глобулы Теккерея делают невидимой область неба, расположенную за ними
Межзвездная пыль поглощает большую часть излучения звезд, особенно в синем спектре, она искажает их свет и полярность. Наибольшее искажение получают короткие волны далеких источников. Микрочастицы, смешанные с газом, заметны в виде темных пятен на Млечном Пути.
Материалы по теме
В связи с этим фактором ядро нашей Галактики полностью скрыто и доступно для наблюдения только в инфракрасных лучах. Облака с высокой концентрацией пыли становятся практически непрозрачными, поэтому частицы, находящиеся внутри, не теряют свою ледяную оболочку. Современные исследователи и ученые считают, что именно они, слипаясь, образуют ядра новых комет.
Интересные особенности, факты
Наукой доказано влияние гранул пыли на процессы образования звезд. Эти частицы содержат различные вещества, в том числе металлы, которые выступают катализаторами многочисленных химических процессов.
Наша планета каждый год увеличивает свою массу за счет падающей межзвездной пыли. Конечно, эти микроскопические частицы незаметны, а чтобы их найти и изучить исследуют дно океана и метеориты. Сбор и доставка межзвездной пыли стали одной из функций космических аппаратов и миссий.
При попадании в атмосферу Земли крупные частицы теряют свою оболочку, а мелкие незримо кружат годами вокруг нас. Космическая пыль вездесуща и схожа во всех галактиках, астрономы регулярно наблюдают темные черточки на лике далеких миров.
Межзвездная пыль – это продукт разнообразных по своей интенсивности процессов, протекающих во всех уголках Вселенной, а ее невидимые частицы достигают даже поверхности Земли, летая в атмосфере вокруг нас.
Общие сведения
Многократно подтвержденный факт – природа не любит пустоты. Межзвездное космическое пространство, представляющееся нам вакуумом, на самом деле заполнено газом и микроскопическими, размером в 0,01-0,2 мкм, частицами пыли. Соединение этих невидимых элементов рождает объекты огромной величины, своего рода облака Вселенной, способные поглощать некоторые виды спектрального излучения звезд, иногда полностью скрывая их от земных исследователей.
Из чего состоит межзвездная пыль?
Строение межзвездной пыли
Эти микроскопические частицы имеют ядро, которое формируется в газовой оболочке звезд и полностью зависит от ее состава. Например, из крупиц углеродных светил образуется графитовая пыль, а из кислородных – силикатная. Это интересный процесс, длящийся целыми десятилетиями: при остывании звезды теряют свои молекулы, которые улетая в пространство, соединяются в группы и становятся основой ядра пылинки. Далее формируется оболочка из атомов водорода и более сложных молекул. В условиях низких температур межзвездная пыль находится в виде кристалликов льда. Странствуя по Галактике, маленькие путешественники теряют часть газа при нагревании, но место улетевших молекул занимают новые.
Расположение и свойства
Основная часть пыли, которая приходится на нашу Галактику, сосредоточена в области Млечного Пути. Она выделяется на фоне звезд в виде черных полос и пятен. Несмотря на то, что вес пыли ничтожен в сравнении с весом газа и составляет всего 1%, она способна скрывать от нас небесные тела. Хотя частички друг от друга и отделяют десятки метров, но даже в таком количестве наиболее плотные области поглощают до 95% света, излучаемого звездами. Размеры газопылевых облаков в нашей системе действительно огромны, они измеряются сотнями световых лет.
Влияние на наблюдения
Глобулы Теккерея делают невидимой область неба, расположенную за ними
Межзвездная пыль поглощает большую часть излучения звезд, особенно в синем спектре, она искажает их свет и полярность. Наибольшее искажение получают короткие волны далеких источников. Микрочастицы, смешанные с газом, заметны в виде темных пятен на Млечном Пути.
Материалы по теме
Современная классификация галактик
В связи с этим фактором ядро нашей Галактики полностью скрыто и доступно для наблюдения только в инфракрасных лучах. Облака с высокой концентрацией пыли становятся практически непрозрачными, поэтому частицы, находящиеся внутри, не теряют свою ледяную оболочку. Современные исследователи и ученые считают, что именно они, слипаясь, образуют ядра новых комет.
Интересные особенности, факты
Наукой доказано влияние гранул пыли на процессы образования звезд. Эти частицы содержат различные вещества, в том числе металлы, которые выступают катализаторами многочисленных химических процессов.
Наша планета каждый год увеличивает свою массу за счет падающей межзвездной пыли. Конечно, эти микроскопические частицы незаметны, а чтобы их найти и изучить исследуют дно океана и метеориты. Сбор и доставка межзвездной пыли стали одной из функций космических аппаратов и миссий.
При попадании в атмосферу Земли крупные частицы теряют свою оболочку, а мелкие незримо кружат годами вокруг нас. Космическая пыль вездесуща и схожа во всех галактиках, астрономы регулярно наблюдают темные черточки на лике далеких миров.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
План: Состав и строение межзвёздной пыли Свойства межзвездной пыли Влияние на наблюдения Интересные факты Средства изучения межзвёздной пыли Свойства межзвездного газа Состав межзвёздного газа Расположение межзвёздного газа Состав туманностей и их классификация Тёмные туманности Отражательные туманности Эмиссионные Туманности Планетарные туманности Туманность в виде Остатков сверхновых и новых звёзд Туманности, созданные звёздным ветром
Состав и строение межзвёздной пыли Межзвёздная пыль — твёрдые микроскопические частицы, заполняющие пространство между звёзд. В настоящее время считается что пылинки имеют тугоплавкое ядро, окружённое 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, а в случае кислородных будет образовываться силикатная пыль. При остывании звезды теряют свои молекулы, которые улетая в пространство, соединяются в группы и становятся основой ядра пылинки. Далее формируется оболочка из атомов водорода и более сложных молекул. В условиях низких температур межзвездная пыль находится в виде кристалликов льда.
Свойства межзвездной пыли Типичный размер частиц межзвёздной пыли от 0,01 до 0,2 мкм, полная масса пыли составляет порядка 1 % от полной массы газа. Соединение этих невидимых элементов рождает объекты огромной величины, своего рода облака Вселенной, способные поглощать некоторые виды спектрального излучения звезд, иногда полностью скрывая их от земных исследователей.
Влияние на наблюдения Межзвездная пыль поглощает большую часть излучения звезд, особенно в синем спектре, она искажает их свет и полярность. В связи с этим фактором ядро нашей Галактики полностью скрыто и доступно для наблюдения только в инфракрасных лучах. Облака с высокой концентрацией пыли становятся практически непрозрачными, поэтому частицы, находящиеся внутри, не теряют свою ледяную оболочку. Современные исследователи и ученые считают, что именно они, слипаясь, образуют ядра новых комет.
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. 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.
Интересные факты За год на земную поверхность выпадает свыше 3 миллионов тонн космической пыли, а также от 350 тысяч до 10 миллионов тонн метеоритов — каменных или металлических тел, которые залетают в атмосферу из космических просторов. Только за последние сотни лет масса нашей планеты увеличилась на миллиарды тонн за счёт космического вещества. Ученые предполагают, что, возможно, это влияет на суточное и годичное движения Земли.
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.
Состав межзвёздного газа 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, S и др.).
Расположение межзвёздного газа Около половины межзвёздного газа содержится в гигантских молекулярных облаках со средней массой 105 масс солнца и диаметром около 40 пк. Из-за низкой температуры (около 10 К) и повышенной плотности (до 103 частиц в 1 см3) 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.
Состав туманностей и их классификация Туманность — участок межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба. Туманности состоят из пыли, газа и плазмы. Первичный признак, используемый при классификации туманностей — поглощение, или же излучение либо рассеивание ими света, то есть по этому критерию туманности делятся на тёмные и светлые. Первые наблюдаются благодаря поглощению излучения расположенных за ними источников, вторые — благодаря собственному излучению или же отражению (рассеиванию) света расположенных рядом звёзд. Деление туманностей на газовые и пылевые в значительной степени условно: все туманности содержат и пыль, и газ.
Тёмные туманности Тёмные туманности представляют собой плотные (обычно молекулярные) облака межзвёздного газа и межзвёздной пыли, непрозрачные из-за межзвёздного поглощения света пылью. Обычно они видны на фоне светлых туманностей. Реже тёмные туманности видны прямо на фоне Млечного Пути. Таковы туманность Угольный Мешок и множество более мелких, называемых гигантскими глобулами.
Отражательные туманности Отражательные туманности являются газово-пылевыми облаками, подсвечиваемыми звёздами. Если звезда (звёзды) находятся в межзвёздном облаке или рядом с ним, но недостаточно горяча (горячи), чтобы ионизовать вокруг себя значительное количество межзвёздного водорода, то основным источником оптического излучения туманности оказывается свет звёзд, рассеиваемый межзвёздной пылью. Примером таких туманностей являются туманности вокруг ярких звёзд в скоплении Плеяды.
Эмиссионные Туманности Туманности, ионизованные излучением, — участки межзвёздного газа, сильно ионизованного излучением звёзд или других источников ионизующего излучения. Самыми яркими и распространёнными, а также наиболее изученными представителями таких туманностей являются области ионизированного водорода (зоны H II). В зонах H II вещество практически полностью ионизовано и нагрето до температуры порядка 10 000 К ультрафиолетовым излучением находящихся внутри них звёзд.
Планетарные туманности Разновидностью эмиссионных туманностей являются планетарные туманности, образованные верхними истекающими слоями атмосфер звёзд; обычно это оболочка, сброшенная звездой-гигантом. Туманность расширяется и светится в оптическом диапазоне. Первые планетарные туманности были открыты У. Гершелем около 1783 года и названы так за их внешнее сходство с дисками планет. Однако далеко не все планетарные туманности имеют форму диска: многие имеют форму кольца или симметрично вытянуты вдоль некоторого направления (биполярные туманности). Внутри них заметна тонкая структура в виде струй, спиралей, мелких глобул.
Туманность в виде Остатков сверхновых и новых звёзд Наиболее яркие туманности, созданные ударными волнами, вызваны взрывами сверхновых звёзд и называются остатками вспышек сверхновых звёзд. Они играют очень важную роль в формировании структуры межзвёздного газа. Наряду с описанными особенностями для них характерно нетепловое радиоизлучение со степенным спектром, вызванное релятивистскими электронами, ускоряемыми как в процессе взрыва сверхновой, так и позже пульсаром, обычно остающимся после взрыва. Туманности, связанные со взрывами новых звёзд, малы, слабы и недолговечны.
Туманности, созданные звёздным ветром Другой тип туманностей, созданных ударными волнами связан со звёздным ветром от звёзд Вольфа — Райе. Эти звёзды характеризуются очень мощным звёздным ветром. Они создают туманности размером в несколько парсек с яркими волокнами на границе астросферы такой звёзды. В отличие от остатков вспышек сверхновых звёзд, радиоизлучение этих туманностей имеет тепловую природу. Время жизни таких туманностей ограничено продолжительностью пребывания звёзд в стадии звезды Вольфа — Райе и близко к 105 лет.
Читайте также: