ГАЗОВЫЕ ТУМАННОСТИ И МЕЖЗВЕЗДНАЯ СРЕДА

Даже беглого просмотра любой фотографии Млечного Пути достаточно, чтобы увидеть, что космическое пространство не является пустым. Светлые туманообразные пятна, большая «расщелина» в Лебеде и чернильность Угольного Мешка — все эти явления убеждают нас в реальности огромных облаков экранирующей материи, заполняющей «пустое» пространство. Читатель может составить себе представление об этой материи, посмотрев внимательно на знаменитую туманность вокруг г) Киля, показанную на рис. 64. На фотографии хорошо видно, что темные «разводья»—не дыры, сквозь которые мы видим пустое пространство, а скорее облака из какого-то материала, вероятно из смеси мелкой пыли и газа, которые затемняют свет находящихся за ними звезд.

Прежде чем обсуждать природу и количество вещества, рассеянного в космическом пространстве, интересно отметить, что полную массу межзвездных облаков можно оцепить, анализируя движения звезд в окрестностях Солнца.

Рис. 64. Туманность т) Киля, сфотографированная в обсерватории Маунт Ггримло.

вращения Млечного Пути, звезды обращаются в его плоскости вокруг галактического центра, локализованного в направлении созвездия Стрельца. Если бы вся масса Галактики была сосредоточена в небольшом объеме близ центра нашей системы, движения далеких^от центра звезд были бы ограничены орбитами в галактической плоскости аналогично тому, как обращаются планеты вокруг Солнца. Однако Солнце находится на расстоянии 25 000—30 000 световых лет от центра Галактики, и движения- ближайших к Солнцу звезд регулируются не только далеким и массивным галактическим ядром, но также и всей той материей, которая находится в непосредственной близости от них. Под влиянием этого окружающего материала звезды совершают колебательные движения гуда и обратно в направлении, пер пепди ку л я р н о м плоскости Млечного Пути. Исследовав скорости этого колебательного движения, Оорт показал, что общая плотность материи в окрестностях Солнца составляет примерно 6-10“24 г/см3. На звезды приходится примерно половина этой величины, а плотность около 3*10~24 г/см3 обеспечивается пылью и газом, находящимися непосредственно по соседству.

Важной характеристикой межзвездной среды является ее очень значительная клочковатость. Пыль и газ не только концентрируются в спиральные рукава, но и в самих рукавах материя в основном объединена в разного рода образования от глобул, размеры которых составляют всего несколько диаметров Солнечной системы, до гигантских облаков поперечником в 100 световых лет и более. Плотность этих облаков может быть в 10—100 раз больше плотности в пространстве между ними.

По большей части вдали от ярких горячих звезд газ этот холодный, его температура на 150°С ниже точки замерзания воды и даже еще ниже. В окрестности одной или нескольких горячих звезд вещество нагревается и ионизуется; в результате получаются такие образования, как туманность Ориона или т] Киля и..и туманность 30 Золотой Рыбы в Большом Магеллановом Облаке.

Такие диффузные туманности, как туманность Ориона, Ц Киля, Трехраздельная, М8 или 30 Золотой Рыбы, —это сложные неправильной формы образования, газ и пыль которых тесно связаны между собой. Поэтому, чтобы понять, как астро- пом анализирует спектры газовых туманностей, лучше воспользоваться более простыми примерами, чем те, для которых из-за наличия яркой звезды поблизости от случайного скопления пыли и газа возникает много сложных задач. Пожалуй, наиболее простым типом туманностей являются планетарные, названные так потому, что часто они имеют вид небольших дисков, похожих внешне на планеты Уран и Нептун. Название сохранилось, хотя эти туманности не имеют ничего общего с планетами нашей Солнечной системы.

Многие планетарные туманности симметричны, и, по-види- мому, внутри каждой из них примерно в центре имеется очень горячая звезда. Эти звезды находятся на довольно позднем этапе своей эволюции и, скорее всего, после выброса своего атмосферного слоя в пространство превращаются в белых карликов. Следовательно, они фундаментально отличаются от ярких голубых звезд в туманности Ориона — молодых объектов, лишь недавно сформировавшихся из межзвездной среды.

Горячая центральная звезда, или «ядро», планетарной туманности интенсивно излучает ультрафиолетовую эмиссию, за счет поглощения которой газами оболочки туманности создается наблюдаемое световое излучение. Происходящие при этом физические процессы были детально изучены при попытках проанализировать и интерпретировать неслучайные спектры планетарных и других газовых туманностей.

Недавние работы по существу подтверждают выводы, к которым несколько десятилетий назад пришли Боуэн и Уайз на Ликской обсерватории: многие планетарные туманности по химическому составу не отличаются заметным образом от обычных звезд, подобных Солнцу, хотя у некоторых из лих, например у планетарной туманности в шаровом скоплении М15 (которая была исследована О’Деллом, Пеймбертом и Кинманом), наблюдается недостаток кислорода, неона, а, возможно, также и других элементов. Как всегда, самые обильные элементы — это водород и гелий. Других постоянно присутствующих газов, например кислорода и азота, обычно довольно много, а металлы имеются в небольших количествах. Неона (на Земле это редкий

газ) часто много, хотя, вероятно, не так много, как в диффузных газовых туманностях, подобных туманности Ориона.

Некоторое представление о природе и разреженности планетарных туманностей можно получить из следующего иллюстративного примера. Представим себе обычный чайный стакан, наполненный газообразным водородом при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении. Добавим в него полчайной ложки обычного воздуха и несколько пылинок, с тем чтобы в стакан попало несколько атомов металлов и другие примеси. Теперь запаяем стакан, н пусть он расширяется до тех пор, пока не станет высотой с Эверест н поперечником около 3 км. Вот тогда распространившееся внутри этого объема содержимое стакана будет почти сравнимо по плотности и составу с газом планетарных туманностей. Л диффузные галактические туманности зачастую в 10 -100 раз разреженнее типичных планетарных туманностей. Только благодаря тому, что газовые туманности имеют громадные размеры, астрономам удается перехватить их свет.