Нейтральный водород и молекулярный газ кратко

Обновлено: 06.07.2024

Проект SETI (англ. SETI, Search for Extraterrestrial Intelligence ) — проект по поиску внеземных цивилизаций и возможному вступлению с ними в контакт. Некоторые астрономы (см.Уравнение Дрейка, Парадокс Ферми) давно считают, что планет во Вселенной так много, что даже если малая их часть пригодна для жизни, то тысячи или даже миллионы планет должны быть обитаемыми. Последние достижения астрономии и физики укрепили представление о существовании многих планетных систем, пригодных для жизни.

История

Нейтральный водород

Общая масса водорода, на 95% нейтрального, составляет 2% от общей массы Галактики.

В галактике водород находится в разогретом (ионизированном) и атомарном (холодном) состоянии. Ионизированный водород излучает видимый свет в зависимости от его температуре (согласно гипотезе Планка) и светится только там, где поблизости есть горячие звезды. Температура ионизированных светящихся облаков (туманностей) — около 10 000°К.

Основная масса водорода в Галактике должна быть а атомарном - холодном состоянии. Но нейтральный водород в космосе не светится и невидим (глазом С.А.). Однако он излучает радиоволны длиной 21 см. По интенсивности соответствующей спектральной линии определяют массу и плотность водорода в данном направлении, а по отличию фактической длины волны этой линии от 21 см по принципу Доплера — Физо определяют скорость водородного облака. Плотность нейтрального водорода заключена в пределах от 10 -22 до 10 -25 г/см 3 .

Общее количество атомов водорода, излучающих линию 21 см, настолько велико, что лежащий в плоскости Галактики слой оказывается существенно непрозрачным к радиоизлучению 21 см.

В настоящее время выяснена общая картина распределения водорода в Галактике. его основная масса расположена преимущественно в тонком слое в галактической плоскости. Облака водорода можно наблюдать на расстояниях, гораздо больших, чем те, на которых возможно наблюдать в телескоп звезды. Температура облаков нейтрального водорода менее 100°К в среднем.

В межзвездном пространстве в количестве, малом сравнительно с водородом, находятся атомы и некоторые простейшие молекулы других химических элементов. Они вызывают линии поглощения в спектрах звезд. Лучше всего заметны линии натрия и ионизированного кальция.

Ученые-физики, работавшие в то время в Корнелльском университете (США), Джузеппе Коккони и Филип Моррисон проанализировали возможности радиосвязи с обитателями планетных систем ближайших звезд и показали, что если они посылают в сторону Солнечной системы радиосигналы, используя близкую к нашей технику связи, то мы при наших средствах способны обнаружить их сигналы.

Оставался еще один важный вопрос – на какой частоте в радиодиапазоне искать предполагаемый сигнал ВЦ? Коккони и Моррисон высказали предположение, что такой частотой должна быть частота спектральной радиолинии водорода 1420 МГц (длина волны 21 см).

По их мнению, радиолиния водорода – это созданный самой природой уникальный эталон частоты. Поэтому все цивилизации, не сговариваясь, выберут её для установления связи. Кроме того, водород – это самый распространённый элемент во Вселенной. Исследования на волне 21 см дают очень ценные сведения о строении Галактики, о распределении межзвёздного газа в ней. Отсюда следует, что любая цивилизация, занимающаяся изучением Космоса, даже если она не помышляет о межзвёздной связи, рано или поздно, обнаружив радиолинию водорода, несомненно, начнет вести наблюдения на частоте этой линии. Значит, если в этом диапазоне передавать сигналы межзвёздной связи, они могут быть обнаружены в процессе обычных радиоастрономических наблюдений.

Это мнение ученых - физиков.

Попробуем рассмотреть этот вопрос с точки зрения инженера

специалиста по радиоэлектронике

Не смотря на авторитет основателей SETI , смею утверждать - совсем не обязательно, что внеземные цивилизации будут искать контакты именно на этой длине волны водорода!

- радисты уходят с забитой мешающим сигналом частоты на свободную от помех частоту там можно услышать более слабый сигнал,

- лазерщики предпочитают работать в "окнах прозрачности".

Так почему искать сигналы внеземных цивилизаций надо на самой забитой и мало прозрачной частоте?

Только потому пришла в голову ученых физиков "пришла блестящая идея", что водород самый распространенный во вселенной элемент?

Это-то, как раз противопоказание для связиста. Ведь в нашем распоряжении не только частота спектральной радиолинии водорода 1420 МГц (длина волны 21 см), но весь радио диапазон от 10 МГц до 10 ГГц и далее. Тем более генерировать и принимать сигналы мы способны на любой частоте.

Почему от 10 МГц?

Да хоть от 10 КГц, только на выбранной частоте необходимо создать узкий направленный радиосигнал.

У точечного источника радиосигнала, который можно услышать на космических расстояниях, нет перспективы по ослаблению сигнала и энергетике передающей установки.

Чем плоха для связи на космические расстояния длинна волны холодного водорода 21 см?

Прежде всего тем что это самый распространенный элемент в космосе. А как известно даже из высказываний авторов проекта, естественное излучение водородного газа в космическом пространстве существует, и как раз это естественное излучение создает естественный шумовой фон мешающий приему радиосигнала содержащего информацию. И этот шумовой фон имеет тем больший уровень чем больше плотность водорода в космическом пространстве.

Т.е. при приеме полезного сигнала мы сталкиваемся с достаточно сильными шумами - помехами затрудняющими прием слабых сигналов далеких источников содержащих полезную информацию.

Другая сложность возникающая при приеме слабых сигналов на длине волны 21 см, это повышенное поглощение сигнала при его прохождении через водородные облака высокой плотности. Т.е сигнал от закрытого водородным облаком (или содержащими водород химическими соединениями) объекта будет существенно ослабляться.

А при приеме слабых сигналов и уровень помехи и потери на трассе сигнала выходят на первое место.

Единственное достоинство этого выбора - использование существующих радиотелескопов используемых для исследование содержание водород в космосе.

Побочные радиоизлучения цивилизаций

Известно, что существуют природные помехи и шумы на Земле. Эти помехи вызваны природными явлениями, грозы и другие электрические явления в атмосфере и земной коре, другие фоновые шумы. Они существовали бы, даже если бы на Земле не было людей, и имеют место на любой планенте Солнечной системы.

А их характер зависят только от физика (физиологии) конкретной планеты.

Но существуют помехи создаваемые цивилизацией.

Их характер - частотный диапазон и уровень зависят от направления развития цивилизации и ее уровня.

Например для планеты Земля в восьмидесятых годах прошлого века частотный диапазон заполнен радиоизлучением так как показано на рис.1.

Еще раз можно повторить, то что показано на рис. 1, меняется от региона к региону, с течением времени и с развитием технологий и энерговооруженности цивилизаций. Эти данные усреднены и применяются при проектировании радиоприемных трактов.

На рис. 2 показана загрузка частотного диапазона 0,3 - 300 МГц (для радиоприемника расположенного на поверхности Земли) различными составляющими внешнего шума. График применяется для расчета уровня шума приемного тракта, а здесь приведена только для того чтобы Вы могли представить распределение уровни шумов различных источников.

Направленность большинства естественных источников и побочных радиоизлучений цивилизаций имеет характер точечных источников.

А известно, что напряженность поля точечного источника падает пропорционально квадрату расстояния.

Поэтому поиск признаков цивилизаций по их побочному электромагнитному излучению на больших расстояниях весьма проблематично. Для этого более подходит только направленный радиосигнал.

Выбор частоты

Фундаментальный параметр – несущая частота возможного сигнала позывных. Со времен пионерской работы Коккони и Моррисона [Cocconi G., Morrison P. Searching for interstellar communications. Nature , 1959, 184, No . 4690, 844] и первого поиска – проекта OZMA – наиболее подходящим универсальным стандартом считалась n ₀ =1420.4 МГц – частота линии 21.1 см.

Как отмечено в проекте Cyclops, наилучшим с точки зрения минимальных суммарных шумов (Галактика + земная атмосфера + реликтовый фон с T_b = 2.7 K) является диапазон 1–10 ГГц, в который попадает и частота линии 21 см.

В дальнейшем, после обнаружения природных космических источников мазерного радиоизлучения OH, центр тяжести несколько сместился с линии 21 см в сторону более высоких частот, к частотам линий OH ( l = 18 см). Оливер впервые указал, что в пределах упомянутого интервала 1–10 ГГц весьма перспективно для SETI "водяное окно", участок электромагнитного спектра от 1400 до 1720 МГц . Этот участок ограничен частотами линий OH с одной стороны и линией 21 см с другой. Атом H и радикал гидроксила OH – продукты диссоциации молекулы воды: H + OH = = H₂O. По этой причине для любой цивилизации с жизнью на водной основе частотный диапазон "водяного окна" должен быть выделенным и иметь "магическое" значение. Обзор NASA HRMS (High-Resolution Microwave Survey) уделяет основное внимание именно частотам "водяного окна", а также диапазону вблизи 8500МГц.

Имеются и другие соображения по выбору оптимальной частоты для SETI. Перечислим основные частоты, предложенные в диапазоне 1–10 ГГц.

1) Линия 21 см перехода между подуровнями сверхтонкой структуры основного состояния ( n = 1) атома водорода ( n ₀ = 1420.4 МГц).

2) Частота линии 21 см n ₀ , умноженная на универсальные константы ( p , e, 2, ln2 и т.д.); наблюдения на частоте n ₀ не совсем удобны из-за мешающего влияния излучения межзвездного водорода .

3) Аналог линии 21 см для трития – изотопической разновидности водорода 3 H. Тритий – короткоживущий изотоп с периодом полураспада 12.6 лет, имеет линию сверхтонкой структуры на частоте 1516.7 МГц. Известен как минимум один обзор ближайших звезд в линии трития.

4) Частоты линий молекулы гидроксила OH (1612, 1665, 1667 и 1720 МГц).

5) "Водяное окно", перекрывающее диапазон между n ₀ и частотами линий гидроксила.

6) Линии переходов тонкой структуры состояния n = 2 атома водорода: шесть линий вблизи частот 9852.0, 9875.7, 10029.6, 909.9, 1087.5, 1146.6 МГц.

7) Переход тонкой структуры изотопа гелия 3 He 8666 МГц.

8) Линия формальдегида H₂CO 4830 МГц ( l = 6 см). Линия почти всегда наблюдается в поглощении, даже при отсутствии источников радиоконтинуума в данном направлении, то есть непосредственно в спектре фонового реликтового излучения с яркостной температурой T_b = 2.7 K. Таким образом, частота линии H₂CO – одна из наиболее "холодных" в данном диапазоне для многих участков неба.

За пределами диапазона 1–10 ГГц выделенная частота, – безусловно, переход 6₁₆–5₂₃ молекулы воды H₂O на волне 1.35 см (22235 МГц).

В.С. Троицкий [56, с. 19]одним из первых обратил внимание на возможности, предоставляемые диапазоном миллиметровых волн. В этом диапазоне, благодаря более высокой направленности передающей и приемной антенн, можно при той же мощности передатчика осуществить связь на гораздо больших расстояниях. В качестве стандарта для SETI в миллиметровом диапазоне Н.С. Кардашев [ Nature , 1979,] предложил частоту n = 203.384 ГГц ( l = 1.47 мм), на которой находится переход сверхтонкой структуры атома позитрония (Ps), короткоживущей структуры, которая может образовываться в ~70% случаев аннигиляций электрон-позитронных пар. Эта частота лежит также вблизи другого естественного стандарта – максимума спектра фонового реликтового излучения с T_b= 2.7 K. К настоящему времени выполнены уже два обзора ближайших звезд на частоте линии позитрония.

Точка зрения инженера связиста на выбор частоты для SETI

Нельзя использовать те частоты, что имеют галактические природные источники, в том числе не могут быть доводом, что "это созданный самой природой уникальный эталон частоты". Современные методы генерирования сигнала позволяют иметь точность частоты на уровне стандарта на любой необходимой частоте. Поэтому проблема стабильности частоты в современных средствах связи не стоит.

Выбор частоты для канала связи с ВЦ должен обеспечивать минимальный уровень помех - шумов, в том числе естественных источников в выбранном диапазоне.

Поэтому для обеспечения поиска сигналов внеземных цивилизаций необходимо провести изучение тонкой структуры спектра радиоизлучений открытого космоса с целью нахождения "окон прозрачности" и "окон минимального уровня побочных излучений", которые и использовать для дальнейшей работы.

Выводы

Для выполнения проекта SETI необходимо:

1. Выполнить выбор частоты для связи и поиска сигналов ВЦ находящейся на частотах "окон прозрачности" и "окон минимального уровня побочных излучений",

2. Определиться с целями для связи с ВЦ для ведения узко направленного поиска,

3. Использовать "окна прозрачности" и "окна минимального уровня побочных излучений" для поиска сигналов внеземных цивилизаций.

Но есть одна причина делающая проект SETI проблематичным в своей основе.

Это время распространения сигнала.

Даже принятый через сотни и более лет сигнал (в том числе и ответный) теряет свою актуальность по причине имеющей место у нас (возможно мы не сильно отличаемся от ожидаемых контактеров) нестабильности общества - цивилизации. Не говоря уже о неопределенности чисто геофизической или космической. А знать о том что где-то существовала цивилизация, так мы это знаем, что вероятность существования ВЦ достаточно высока.

В. Я. Струве более ста лет назад указал на существование межзвездного поглощения света, которое окончательно было доказано только в 1930 г. Межзвездное поглощение света ослабляет яркость звезд тем больше, чем они дальше от нас, и тем сильнее, чем короче длина волны. Поэтому далекие звезды выглядят краснее, чем они есть. Такой эффект должна вызывать мелкая пыль, размеры частичек которой сравнимы с длиной световой волны. Исследования показали, что межзвездная пыль сосредоточена в слое небольшой толщины (около 200-300 пк) вдоль галактической плоскости. Он состоит из разреженной газопылевой среды, которая местами сгущается в облака. Проходя расстояние в 1000 пк в плоскости Галактики, свет ослабляется в среднем на 1,5 звездной величины.

Уменьшение видимой яркости далеких звезд затрудняет точное определение расстояния до них путем сравнения их абсолютной звездной величины с видимой. Определяя расстояния, приходится учитывать не только влияние космической пыли, но и неравномерное ее распределение, наличие темных облаков.

Сходные по своей природе и близкие по составу газопылевые облака выглядят по-разному. Непрозрачные для света, они могут наблюдаться как темные туманности (рис. 89).

Рис. 89. Темная пылевая туманность Конская голова, окаймленная светлой пылевой туманностью

Если вблизи от большого газопылевого облака находится яркая звезда большой светимости, то она освещает это облако. Оно, отражая излучение звезды, выглядит светлой туманностью. Спектр такой туманности совпадает со спектром освещающей его звезды.

Когда газопылевое облако освещается очень горячей звездой (температура которой не ниже 20 000-30 000 К), то ультрафиолетовое излучение звезды ионизует водород и другие газы облака и заставляет их светиться. Газ поглощает ультрафиолетовые лучи, а излучает в красных, зеленых и других линиях спектра. Такое светящееся облако называют диффузной газовой туманностью. Если бы горячая звезда вдруг угасла, туманность бы тоже вскоре перестала светиться. Типичная туманность такого типа находится в созвездии Ориона (рис. 90). Она видна (зимой) в сильный бинокль, но только фотография выявляет ее структуру.

Рис. 90. Диффузная газопылевая туманность в созвездии Ориона

Газопылевых разреженных диффузных туманностей известно много. Все они клочковаты, неправильной формы, без четких очертаний. Спектр туманностей состоит из ярких линий водорода, кислорода и других легких газов. Некоторые газы находятся в таком состоянии, что дают спектр, никогда не наблюдающийся в земных условиях. Две самые яркие зеленые линии спектра туманностей долго приписывали предполагаемому химическому элементу "небулию" (что значит "туманный"), имеющемуся только в туманностях. Но потом выяснилось, что эти линии принадлежат атому кислорода, потерявшему два электрона и светящемуся в условиях такой разреженности, какая в лаборатории неосуществима. Действительно, плотность газовых туманностей около 10 -18 -10 -20 кг/м 3 .

Особым типом туманностей являются планетарные туманности (рис. 91) - светящиеся газовые оболочки, выбрасываемые звездами на определенной стадии их развития, которая является закономерным этапом для большинства звезд. Природа их свечения такая же, как и диффузных туманностей.

Рис. 91. Самая большая и близкая к нам планетарная туманность в созвездии Водолея

В 1931 г. автором этого учебника было доказано, что звезды в процессе эволюции выбрасывают столько газа, что его достаточно для формирования новых поколений звезд.

Газовые диффузные туманности образуют в галактической плоскости слой толщиной всего лишь около 200 пк. Они принадлежат к населению, характерному для спиральных ветвей Галактики. Размеры туманностей огромны - от нескольких парсек до десятков парсек, так что в них обычно бывает погружено несколько звезд.

Современная техника наблюдений в инфракрасном и радиодиапазонах позволяет исследовать газопылевые облака, непрозрачные для видимого света, и изучать процесс звездообразования, который в этих облаках происходит. Ближайшей к нам областью, где и в настоящее время образуются звезды, является газопылевой комплекс в созвездии Ориона,

Возникновение звезд

В пользу гипотезы о возникновении звезд путем гравитационной конденсации (т. е. взаимного тяготения частиц) из холодных газопылевых облаков говорит целый ряд фактов. Важнейший из них заключается в том, что образование звезд наблюдается вблизи галактической плоскости, где концентрируются облака наиболее плотного и холодного межзвездного газа. Поскольку зарождающаяся звезда (протозвезда) имеет еще не высокую плотность и температуру, то она может излучать в инфракрасном диапазоне длин волн. В областях звездообразования находят мощные источники инфракрасного излучения очень маленького углового размера. Эти источники могут быть формирующимися или недавно сформировавшимися звездами, еще окруженными плотной газопылевой средой, из которой они возникли.

Туманность Рыбачья сеть в созвездии Лебедя

Сжимаясь, протозвезда разогревается, пока в ее недрах температура не поднимется до нескольких миллионов градусов. Тогда начнутся ядерные реакции с участием легких элементов и выделением энергии. Переменность яркости молодых звезд - знак того, что они еще не стали устойчивыми, нагрев вводит в действие реакцию превращения водорода в гелий и останавливает сжатие. Сила давления газа уравновешивает силу тяготения. Звезда становится устойчивой и большую часть своей жизни сохраняет размер и светимость приблизительно постоянными (см. § 26). Именно такие звезды образуют главную последовательность на диаграмме "цвет - светимость". Звезда, масса которой такая же, как у Солнца, сжалась и появилась на главной последовательности примерно за 10 8 лет.

Нейтральный водород и молекулярный газ

Много сведений о межзвездном газе приносят исследования его радиоизлучения. Водород в светлых туманностях ионизуется и светится, только если поблизости есть горячие звезды. Но основная масса водорода в Галактике нейтральна. Нейтральный водород в космосе не светится и невидим. Однако он излучает радиоволну длиной 0,21 м. По интенсивности излучения на этой длине волны определяют массу и плотность водорода, а по отличию фактической длины волны от 0,21 м по эффекту Доплера находят скорость водородного облака. В настоящее время выяснена общая картина распределения водорода в Галактике (рис. 92). Он расположен преимущественно в тонком слое вблизи галактической плоскости. Облака водорода можно наблюдать на расстояниях, гораздо больших, чем те, на которых возможно наблюдать в телескоп отдельные звезды. Температура облаков нейтрального водорода в среднем около 100 К, а температура ионизованных светящихся облаков (туманностей) около 10 000 К. В плотных газовых облаках атомы водорода объединяются в молекулы Нг. Полная масса межзвездного водорода составляет несколько процентов от общей массы Галактики, а масса космической пыли еще в 100 раз меньше. Плотность нейтрального водорода в плоскости Галактики составляет в среднем около 10 -21 кг/м 3 .

В межзвездном пространстве, помимо водорода, находятся гелий, а также атомы и некоторые простейшие молекулы других химических элементов в количестве, малом сравнительно с водородом и гелием. Многие молекулы обнаружены радиометодами (по излучению и поглощению радиоволн). Среди них ОН, Н₂О, СО, СО₂, NH₃ и некоторые более сложные молекулы.

Романтизм как литературное направление: В России романтизм, как литературное направление, впервые появился .

Пространство между планетами, звездами, туманностями и галактиками не абсолютно пустое — оно заполнено диффузной материей. Она существует в виде разобщенных атомов и молекул, а также более плотных образований – гигантских облаков пыли и газа – газопылевых туманностей. Значительную долю материи во Вселенной занимает материя в виде излучения.

Плотность этой диффузной среды чрезвычайно низка — она в 10^24 раз меньше плотности воды, тогда как плотность газовых и цвет более красным.

В 1847 г. известный астроном, директор Пулковской обсерватории В. Я. Струве установил факт поглощения света в межзвездном пространстве, пылевых туманностей раз в сто или в тысячу больше, чем у этой среды.

Как ни мала плотность межзвездной диффузной среды, эта среда заметно поглощает свет очень далеких звезд и ослабляет их блеск. Это открытие стало общепризнанным лишь в XX в. Астрономам постоянно приходится считаться с тем, что в мировом пространстве свет частично поглощается, и учитывать это поглощение при изучении далеких звезд.

Межзвездная среда, как и туманности, сгущается в плоскости Галактики. Газовые туманности и межзвездный газ испускают радиоволны, изучение которых помогает нам узнать их природу и установить местоположение даже там, где они не светятся.

Состав диффузной материи

Межзвездная пыль и газ

Исследования показали, что межзвездная пыль сосредоточена в слое небольшой толщины (около 200-300 пк) вдоль галактической плоскости. Он состоит из разреженной газопылевой среды, которая местами сгущается в облака. Проходя расстояние в 1000 пк в плоскости Галактики, свет ослабляется в среднем на 1,5 звездной величины.

Сходные по своей природе и близкие по составу газопылевые облака выглядят по-разному. Непрозрачные для света, они могут наблюдаться как темные туманности

Когда газопылевое облако освещается очень горячей звездой (температура которой не ниже 20 000-30 000 К), то ультрафиолетовое излучение звезды ионизует водород и другие газы облака и заставляет их светиться. Газ поглощает ультрафиолетовые лучи, а излучает в красных, зеленых и других линиях спектра. Такое светящееся облако называют диффузной газовой туманностью. Если бы горячая звезда вдруг угасла, туманность бы тоже вскоре перестала светиться. Типичная туманность такого типа находится в созвездии Ориона. Она видна (зимой) в сильный бинокль, но только фотография выявляет ее структуру.

Газопылевых разреженных диффузных туманностей известно много. Все они клочковаты, неправильной формы, без четких очертаний. Спектр туманностей состоит из ярких линий водорода, кислорода и других легких газов.

Особым типом туманностей являются планетарные туманности — светящиеся газовые оболочки, выбрасываемые звездами на определенной стадии их развития, которая является закономерным этапом для большинства звезд. Природа их свечения такая же, как и диффузных туманностей.

Темная материя

Полученные в последнее время космологические данные требуют кардинального дополнения современных представлений о структуре материи и фундаментальных взаимодействиях элементарных частиц. Помимо обычного вещества во Вселенной имеется другой тип вещества – темная материя.

Темная материя сродни обычному веществу. Она способна собираться в сгустки (размером с галактику) и участвует в гравитационных взаимодействиях. Скорее всего, темная материя состоит из новых, не открытых еще в земных условиях частиц.

Темная энергия – гораздо более странная субстанция, чем темная материя. Она не собирается в сгустки, а равномерно распределена во Вселенной. Темная энергия носит явно выраженный невещественный характер, но именно она доминирует во Вселенной.

Нейтральный водород и молекулярный газ

Нейтральный водород в космосе не светится и невидим. Однако он излучает радиоволну длиной 0,21 м.

По интенсивности излучения на этой длине волны определяют массу и плотность водорода, а по отличию фактической длины волны от 0,21 м по эффекту Доплера находят скорость водородного облака.

В настоящее время выяснена общая картина распределения водорода в Галактике. Он расположен преимущественно в тонком слое вблизи галактической плоскости. Облака водорода можно наблюдать на расстояниях, гораздо больших, чем те, на которых возможно наблюдать в телескоп отдельные звезды.

Магнитное поле, космические лучи и радиоизлучение

В Галактике существует общее магнитное поле. Линии индукции этого поля в основном параллельны галактической плоскости. Изгибаясь, они идут вдоль спиральных ветвей Галактики. Индукция магнитного поля Галактики около 10 -10 Тл, но в облаках газа она выше.

При вспышках сверхновых звезд, кроме быстрых атомных ядер (в основном протонов), составляющих космические лучи, выбрасывается много электронов со скоростями, близкими к скорости света.

Магнитное поле Галактики тормозит быстрые электроны, и это вызывает нетепловое (синхротронное) радиоизлучениена метровых и более длинных волнах. Оно приходит к нам со всех сторон.

Наиболее сильное радиоизлучение принимается из области Млечного Пути.

Это радиоизлучение рождается в межзвездном пространстве вблизи плоскости нашей Галактики, где плотность космических лучей и индукция межзвездного магнитного поля достигают наиболее высоких значений.

Помимо Млечного Пути, в Галактике есть и другие источники радиоизлучения.

Гравитационное взаимодействие во Вселенной

Для объяснения структуры мегамира наиболее важным является гравитационное взаимодействие. Всякое тело притягивает другое тело, но сила гравитации, согласно закону всемирного тяготения, быстро уменьшается с увеличением расстояния между ними.

В газово-пылевых туманностях под действием сил гравитации происходит формирование неустойчивых неоднородностей, благодаря чему диффузная материя распадается на ряд сгущений.

Если сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением времени они превращаются в звезды.

Важно отметить, что происходит процесс рождения не отдельной изолированной звезды, а звездных ассоциаций.

Рождение диффузной материи

Еще древние греки рисовали себе мир происшедшим из беспредельного хаоса. Эти представления о происхождении компактных мировых тел из разреженной и хаотической материи, обычно мыслимой как газ, бессознательно отражены и в идеях Гершеля о сгущении туманностей в звезды и в гипотезах Канта, Лапласа и других о рождении Солнечной системы из туманности, в теориях Джинса об образовании спиральных звездных систем.

Из различных форм вещества во Вселенной в настоящее время мы, кроме больших тел (звезд и планет), знаем лишь диффузный газ и метеоритную пыль.

Процесс образования масс диффузного газа происходит в настоящее время, можно сказать, на наших глазах. Он происходил и раньше и будет еще происходить долго в будущем. Можно видеть на небе примеры туманностей типа переходного от планетарных к диффузным

Что планетарные туманности образованы за счет газов, выделенных когда-то самой звездой, сидящей внутри каждой из них, в этом нет никаких сомнений. Итак, за счет газов, выделенных когда-то звездами — ядрами планетарных туманностей, все время образуются разреженные межзвездные газы, а в некоторых случаях и диффузные туманности.

С тех пор как Галактика существует, звезды, образующие вокруг себя планетарные туманности, доставили в мировое пространство массу газов, по меньшей мере равную массе десяти миллионов солнц, — массу, весьма внушительную, а вероятно, в действительности она во много раз больше.

Кроме планетарных туманностей, непосредственно на наших глазах газы выбрасываются в мировое пространство новыми и сверхновыми звездами . Так звезда Вольфа — Райе теряет в год около 10-5 массы Солнца путем непрерывного выбрасывания атомов со своей поверхности.

В какой-то мере даже наше Солнце и все звезды теряют вещество со своей поверхности, заполняя им окружающее пространство.

За время с рождения Земли в я межзвездное пространство приобрело массу газа, из которой можно было бы сделать три миллиарда солнц.

Если учесть еще, что, вероятно, все звезды, а не только указанные выше, поставляют в межзвездное пространство свой газ (путем выброса протуберанцев или иначе), то окажется, что масса газа, выброшенного звездами за время существования Галактики, может быть, даже превосходит наблюдаемую в ней теперь массу диффузной материи.

Вывод: масса диффузной материи не только прибывает, но и убывает.

Куда она может убывать?

Очевидно, она снова конденсируется в более плотные тела — в звезды и т. п.

При этом звезды разных периодов образования, имели разный химический состав, так как процесс изменения существует и во Вселенной.

Водород в светлых туманностях ионизуется и светится, только если поблизости есть горячие звезды. Но основная масса водорода в Галактике нейтральна. Нейтральный водород в космосе не светится и невидим. Однако он излучает радиоволну длиной 0,21 м. По интенсивности излучения на этой длине волны определяют массу и плотность водорода, а по отличию фактической длины волны от 0,21 м по принципу Доплера — Физо определяют скорость водородного облака. В настоящее время выяснена общая картина распределения водорода в Галактике (рис. 97). Он расположен преимущественно в тонком слое вблизи галактической плоскости Облака водорода можно наблюдать на расстояниях, гораздо больших, чем те, на которых возможно наблюдать в телескоп отдельные звезды.

Температура облаков нейтрального водорода в среднем менее 100 К, а температура ионизованных светящихся облаков (туманностей) около 10000 К. В плотных газовых облаках атомы водорода объединяются в молекулы Н₂. Полная масса межзвездного водорода составляет несколько процентов от общей массы Галактики, а масса космической пыли еще в 100 раз меньше. Плотность нейтрального водорода в плоскости Галактики составляет в среднем около 10 -21 кг/м 3 .

Рис. 97. Распределение плотности нейтрального водорода в плоскости Галактики на различных расстояниях от ее центра.

В межзвездном пространстве помимо водорода находятся гелий, а также атомы и некоторые простейшие молекулы других химических элементов в количестве, малом сравнительно с водородом и гелием. Многие молекулы обнаружены радиометодами (по излучению и поглощению радиоволн) Среди них ОН, Н₂0, СО, С0₂, NH₃ и некоторые более сложные молекулы.

Так как водород в светлых туманностях ионизирован и светится только там, где поблизости есть горячие звезды, то основная масса водорода в Галактике должна быть нейтральной. Но нейтральный водород в космосе не светится и невидим. Однако он излучает радиоволны длиной 21 см. По интенсивности соответствующей спектральной линии определяют массу и плотность водорода в данном направлении, а по отличию фактической длины волны этой линии от 21 см по принципу Доплера — Физо определяют скорость водородного облака. В настоящее время выяснена общая картина распределения водорода в Галактике. Он расположен преимущественно в тонком слое в галактической плоскости. Облака водорода можно наблюдать на расстояниях, гораздо больших, чем те, на которых возможно наблюдать в телескоп звезды. Температура облаков нейтрального водорода менее 100° в среднем, а температура ионизированных светящихся облаков (туманностей) — около 10 000°. Общая масса водорода, на 95% нейтрального, составляет 2% от общей массы Галактики, а масса космической пыли еще в 100 раз меньше. Плотность нейтрального водорода заключена в пределах от 10 -22 до 10 -25 г/см 3 .

Читайте также: