ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ В ГАЗОВЫХ ТУМАННОСТЯХ

  Флуоресцирующие горные породы, пожалуй, относятся к самым привлекательным минералам, экспонируемым в музеях. Мы входим в затемненную комнату и при электрическом освещении видим витрину, наполненную образцами, большая часть которых тускло светит отраженным белым светом.
Но, нажав кнопку выключателя, мы совершаем почти волшебное превращение. Белый свет исчезает, а минералы неожиданно начинают светиться, сверкая различными цветами радуги. Что же произошло? Когда мы выключили белый свет, мы одновременно как бы освободили дорогу источнику ультрафиолетового излучения. Хотя ультрафиолетовый свет невидим глазом, он поглощается минералами, а затем переизлучается в видимые цвета; каждый ультрафиолетовый квант расщепляется на два или несколько квантов более длинных длин волн.
Аналогичный процесс происходит в газовых туманностях. Несмотря на то что туманность получает всю свою энергию от
Рис 74. Распределение энергии для длин волн короче 3000 А в спектре звезды, излучающей как черное .тело при температуре 50000 К.
Обратите внимание иа то, что максимум энергии находится в далеком ультрафиолете. Заштрихованная область соответствует доле полной энергии, которая способна ионизовать водород. В сущности вся энергия, которую мы наблюдаем в планетарных туманностях, получается за счет излучения в далеком ультрафиолете. Сравнительно недавно проведенные детальные расчеты, подобные выполненным Гебби и Ситоном, Хаммером и Михаласом, а также Бёмом и его сотрудниками, показывают, что фотоионизация Н, Не, О, Ne и других атомов порождает заметные искажения в плавном распределении энергии, подобные изменениям, .получающимся у предела водородной серии Вальмера в спектре горячих звезд (см. рис. 43). Однако качественный характер кривой распределения энергии не меняется, по крайней мере для очень горячих ввезд.






Рис. 75. Происхождение эмиссионных линий водорода в спектрах газовых тумаииостей.
в—атом иа основном уровне водорода поглощает ультрафиолетовый квант энергии, И электрон вырывается из атома, б —электрон может быть захвачен снова на четвертый уровень с излучением невидимого инфракрасного кванта., Затем он может каскадом перейти на второй уровень с излучением линии Н|3, которая наблюдается, и, наконец, Hi основной уровень с излучением ненаблюдаемой линии La.
Освещающих ее звезд, полное количество видимого света, излу- маемого планетарной туманностью, может быть в 40—50 раз больше испускаемого самой центральной звездой. Объясняется ЭТО тем, что благодаря высокой температуре центральной звезды большая часть ее энергии выделяется в форме невидимого ультрафиолетового света, как это показано на рис. 74. После поглощения этого невидимого света атомами туманности она переизлучает его в видимой форме. Главным преобразователем невидимого излучения в видимое служит водород, который намного превышает по количеству другие элементы в составе звезд И туманностей.
Посмотрим, что происходит, когда ультрафиолетовое излучение звезды падает на оболочку из водородного газа. Квант С длиной волны меньше 912 А обладает достаточной энергией, ЧТОбы оторвать электрон от атома водорода. Такой отделенный ОТ атома электрон может блуждать в пространстве, пока не окажется захваченным протоном. Хотя электрон был сорван С самой маленькой орбиты, он может при захвате его каким-то Другим протоном приземлиться на любую из орбит, как на самую верхнюю, так и на более низкую (рис. 75). Если свободный электрон попадет на самую нижнюю орбиту, вновь будет рожден квант, аналогичный первоначальному кванту, ушедшему от звезды, и опять этот квант, выйдя из атома, сможет ионизовать другой атом водорода.
Но если электрон будет захвачен на одну из более высоких орбит, то он может спрыгнуть на любой из более низких уровней, излучая соответствующий квант, или же в принципе он
0 Зик. 770

может, поглотив какой-либо еще квант звездного света, перепрыгнуть на другую, более высокую орбиту. Однако условия в газовых туманностях не благоприятствуют последнему процессу. По сравнению со звездой туманность столь велика, что звездный свет рассеивается по огромному объекту, и его интенсивность в каждой точке оказывается очень слабой. Когда излучение столь «разжиженно», у возбужденного атома водорода мало шансов поглотить еще один квант, так как он может оставаться в возбужденном состоянии лишь в течение стомиллионной доли секунды, в то время как, возможно, пройдет не менее 20 лет, пока он встретит квант частоты, необходимой, чтобы он мог подняться выше. Мы видели также, что низкая плотность туманности не позволяет надеяться на частые столкновения с другими частицами. Поэтому у электрона есть только возможность вернуться на основной уровень, осуществив переход или одним прыжком, или же путем каскадного перехода через все состояния.
Конечно, каждый соскок электрона сопровождается излучением светового кванта. Так, если электрон будет захвачен на второй уровень, атом излучит энергию в близком ультрафиолете за пределом серии Бальмера.
Точная длина волны определяется энергией движения свободного электрона. Со второго уровня электрон падает на самый низкий уровень, и атом излучает первую линию Лаймана. Однако многие электроны, захваченные на высокие уровни, перейдут затем на второй уровень, и в результате появятся яркие бальмеровские линии, столь выделяющиеся в спектрах планетарных туманностей. В итоге все излучение звезды с длиной волны короче 912 А превращается в свет более низких частот, большая доля которых приходится на видимую область спектра.
В главе 2 мы видели, что при захвате свободных электронов на второй уровень атома водорода на некотором участке создается также излучение в непрерывном спектре, который начинается за пределом серии Бальмера и интенсивность которого падает в сторону ультрафиолета. Аналогичный непрерывный спектр наблюдается для серии Пашена. Кроме того, любопытный непрерывный спектр создается также атомами, переходящими со второго уровня водорода на основной. Обычно мы полагаем, что атом при этом излучает линию La. В действительности же уровень п = 2 расщеплен на две группы энергетических состояний (подуровней) с почти одинаковой энергией. Переходы с подуровней одной группы на основной уровень разрешены, а с подуровней другой группы — запрещены. Атом, захваченный на один из подуровней второй группы, может перейти на некий уровень, лежащий между уровнем гг — 2 и основным уровнем, а затем уже с этого уровня спуститься на

основной. Поскольку нефиксированный уровень может находиться где угодно между уровнем п = 2 и основным уровнем, в результате подобного рода переходов многих атомов образуется непрерывный спектр, обычно заполняющий наблюдаемую область. Этим двухфотонным непрерывным излучением может объясняться в большинстве случаев наблюдаемый непрерывный спектр многих диффузных туманностей. Этот же процесс может играть важную роль и в планетарных туманностях.
У более плотных туманностей наблюдаются в нескольких стадиях ионизации обычные знакомые по лабораторным экспериментам линии углерода, азота, неона и кислорода. Они также возникают при ионизации и последующем новом захвате.
Наблюдаемое излучение нейтрального и ионизованного гелия возникает так же, как у водорода, при ионизации и новом захвате, но энергия, необходимая для отрыва одного или двух электронов от гелия, соответствует очень далекому ультрафиолетовому излучению с длиной волны короче 506 и 228 А соответственно. Поэтому центральные звезды планетарных туманностей, у которых видны линии ионизованного гелия, относятся к самым горячим звездам, о которых известно, что их температура свыше 100 000 К. Занстра и Мензел независимо показали, что если бы все излучение звезды, испускаемое за пределом серии Лаймана, поглощалось атомами водорода туманности, то можно было бы оценить температуру центральной звезды. Если туманность достаточно толста, т. е. число случаев поглощения И излучения заново очень велико, то каждый квант ультрафиолетовой энергии в конце концов окажется разделенным на Квант лаймановского излучения и квант бальмеровского излучения. Последний сразу же покидает туманность; первый же Поглощается вторично и снова излучается до тех пор, пока тоже не выйдет из туманности. Число квантов, излучаемых Туманностью в серии Бальмера, можно определить из наблюдений (оно равно энергии, излучаемой во всех бальмеровских бепцелевых изображениях туманности, деленной на hv, см. рис. 68) и сравнить с количеством квантов, излучаемых звездой П обычной фотографической области. Поскольку число бальме- ровских квантов равно числу квантов, излученных звездой за пределом лаймановской серии, можно определить, какая доля энергии излучается звездой в далеком ультрафиолете, и отсюда вычислить ее температуру по законам излучения (см. гл. 4).
11сзависимое доказательство очень высокой температуры этих звезд дают спектры ядер планетарных туманностей. Некоторые из них имеют спектры класса О со слабыми эмиссионными линии м и; в спектре других есть линии поглощения или вообще cncKip только непрерывный, без каких бы то ни было деталей. |lt;роме того, есть и такие планетарные туманности, ядра

Р и с. 76. Спектр ядра NGC 40. (Ликская обсерватория Калифорнийского университета).
Центральная звезда этой довольно яркой северной планетарной туманности NGC 40 имеет спектр типа звезд Вольф — Райе с сильными широкими эмиссионными линиями гелия, углерода и кислорода в различных стадиях ионизации. У других планетарных гуманностей центральные звезды имеют непрерывные спектры со слабыми эмиссионными линиями (а также со слабыми линиями поглощения или без них), или же это звезды Вольф —Райе необычного типа. Некоторые из них демонстрируют сильную эмиссию линий О VI.


которых имеют спектры типа звезд Вольф—Райе (рис. 76) с диффузными эмиссионными линиями, налагающимися на непрерывный спектр. Особо следует упомянуть ядро NGC246, спектр которой, как было установлено, содержит линии пятикратно ионизованного кислорода OVI. Позднее Гринстейн наблюдал еще несколько аналогичных звезд, все они — ядра планетарных туманностей, имеющих низкие поверхностные яркости.
<< | >>
Источник: А. Аллер. АТОМЫ, ЗВЕЗДЫ И ТУМАННОСТИ. 1976

Еще по теме ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ В ГАЗОВЫХ ТУМАННОСТЯХ:

  1. 6.2. Кристаллическая структура и эксимерная флуоресценция бензоилацетонатов дифторида бора. Стэкинг-фактор
  2. 6.4. Кристаллическая структура и флуоресценция изомерных ацетилнафтоля- тов дифторида бора. Стэкинг-фактор
  3. 4.3.6. Расчет температуры и состава газов после дожигания.
  4. ГАЗОВЫЙ СОСТАВ ВОЗДУХА
  5. 11.2.2. География газовой промышленности
  6. 6.1.2. Удаление серы в газовую фазу.
  7. 4.5. Расчет дожигания газов в котле-утилизаторе
  8. УКРАИНСКИЕ ГАЗОВЫЕ КРИЗИСЫ 2006 И 2009 гг.
  9. ХЛОРИСТЫЙ ВОДОРОД из отходящих ГАЗОВ ПРОЦЕССА ОКСИХЛОРИРОВАНИЯ
  10. РЕНИЙ ИЗ ГАЗОВ ПРОЦЕССА ОБЖИГА СУЛЬФИДА МОЛИБДЕНА
  11. ХЛОРИСТЫЙ ВОДОРОД ИЗ ГАЗОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПРИ СЖИГАНИИ
  12. УДОБРЕНИЯ ИЗ ШЛАМА, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ ПРИ ОЧИСТКЕ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ В СКРУББЕРАХ
  13. АЗОТА ОКСИД (N2O) ИЗ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА АДИПИНОВОЙ кислоты
  14. 2.3. Исследование взаимодействия влаги с углеродом угольной частицы в газовом пузыре в объеме шлакового расплава
  15. Лекция 42. Газовая промышленность мира. Угольная промышленность мира
  16. 6.3. Кристаллическая структура и эксимерная флуоресценцияанизоилбензоилметаната и дианизоилметаната дифторида бора