Туманність - це справді дивовижна річ. Названий латинським словом «хмара», туманності - це не лише масивні хмари пилу, водню та гелію, а також плазма; вони також часто є "зоряними розплідниками" - тобто місцем народження зірок. І століттями далекі галактики часто помилялися за ці масивні хмари.
На жаль, такі описи ледь не дряпають поверхню, що таке туманності та яке значення має. Між процесом їх формування, їх роллю у зоряному та планетарному формуванні та різноманітністю, туманностями вони забезпечили людство нескінченними інтригами та відкриттями.
Вже деякий час вчені та астрономи знають, що космос насправді не є тотальним вакуумом. Фактично, він складається з частинок газу та пилу, спільно відомих як Міжзіркова середовище (ISM). Приблизно 99% ІСМ складається з газу, тоді як близько 75% його маси приймає форму водню, а решта 25% - гелію.
Міжзоряний газ частково складається з нейтральних атомів і молекул, а також заряджених частинок (ака. Плазма), таких як іони та електрони. Цей газ надзвичайно розбавлений, із середньою щільністю близько 1 атома на кубічний сантиметр. На відміну від цього, атмосфера Землі має щільність приблизно 30 квінтільйонних молекул на кубічний сантиметр (3,0 х 1019 на см³) на рівні моря.
Незважаючи на те, що міжзоряний газ дуже розсіяний, кількість речовини додається на величезні відстані між зірками. І врешті-решт, і при достатньому гравітаційному тяжінні між хмарами ця речовина може зливатися і руйнуватися, утворюючи зірки та планетарні системи.
Формування туманності:
По суті, туманність утворюється, коли ділянки міжзоряного середовища зазнають гравітаційного колапсу. Взаємне гравітаційне тяжіння змушує речовину злипатися, утворюючи ділянки більшої та більшої щільності. Відтак у центрі руйнуючого матеріалу можуть утворюватися зірки, ультрафіолетове іонізуюче випромінювання спричиняє, що навколишній газ стає видимим на оптичній довжині хвилі.
Більшість туманностей мають величезні розміри, в діаметрі досягають сотень світлових років. Хоча щільніше, ніж простір, що їх оточує, більшість туманностей набагато менш щільні, ніж будь-який вакуум, створений у земляному середовищі. Насправді туманна хмара, яка за розмірами була схожа на Землю, мала б лише стільки матеріалу, що її маса становила б лише кілька кілограмів.
Класифікація туманності:
Зоряні об’єкти, які можна назвати туманністю, входять до чотирьох основних класів. Більшість потрапляє в категорію Дифузні туманності, це означає, що вони не мають чітко визначених меж. Їх можна підрозділити на дві наступні категорії на основі їх поведінки з видимим світлом - «Туманності випромінювання» та «Туманності відбиття».
Туманності викидів - це ті, які випромінюють спектральне випромінювання ліній з іонізованого газу, і їх часто називають HII-областями, оскільки вони значною мірою складаються з іонізованого водню. На відміну від них, туманності відбиття не випромінюють значної кількості видимого світла, але все ще світяться, оскільки вони відбивають світло сусідніх зірок.
Є також те, що відомо як Темні туманності, непрозорі хмари, які не випромінюють видимого випромінювання і не освітлюються зірками, але блокують світло від світних предметів за ними. Настільки ж, як туманності викидів та відбиття, темні туманності є джерелами інфрачервоних викидів, головним чином через наявність пилу в них.
Деякі туманності утворюються в результаті вибухів наднової, і тому їх класифікують як Залишки Супернової залишки. У цьому випадку недовговічні зірки відчувають імплозію в своїх ядрах і видувають їх зовнішні шари. Цей вибух залишає після себе "залишок" у вигляді компактного об'єкта - тобто нейтронної зірки - та хмари газу та пилу, що іонізується енергією вибуху.
Інші туманності можуть утворюватися як Планетні туманності, яка передбачає зірку низької маси, яка вступає в завершальну стадію свого життя. У цьому сценарії зірки вступають у свою фазу Червоного гіганта, повільно втрачаючи свої зовнішні шари через спалаху гелію в їх внутрішніх приміщеннях. Коли зірка втратила достатню кількість матеріалу, її температура збільшується і УФ-випромінювання, яке вона випромінює, іонізує навколишній матеріал, який вона скинула.
Цей клас також містить підклас, відомий як протопланетарні туманності (PPN), який застосовується до астрономічних об'єктів, які переживають короткочасний епізод в еволюції зірки. Це швидка фаза, яка відбувається між пізньоасимптотичною гігантською гілкою (LAGB) та наступною фазою планетарної туманності (PN).
Під час фази Асимптотичної гігантської гілки (АГБ) зірка зазнає масових втрат, випромінюючи навколозольну оболонку газу водню. Коли ця фаза закінчується, зірка переходить у фазу ППН, де вона живиться від центральної зірки, внаслідок чого вона випромінює сильне інфрачервоне випромінювання і стає туманністю відбиття. Фаза ППН триває до тих пір, поки центральна зірка не досягне температури 30 000 К, після чого вона буде досить гарячою для іонізації навколишнього газу.
Історія спостереження туманності:
Багато неясних предметів астрономи помітили на нічному небі в епоху класичної античності та середньовіччя. Перше зафіксоване спостереження відбулося в 150 р. Н. Е., Коли Птолемей зазначив присутність у ньому п'яти зірок Алмагаст що виявилося туманним у його книзі. Він також зазначив область світіння між сузір'ями Великої Урси та Лева, яка не була пов'язана з жодною зіркою, що спостерігається.
В його Книга нерухомих зірок, написаний у 964 р. н.е., перський астроном Абд аль-Рахман аль-Суфі зробив перше спостереження за фактичною туманністю. Згідно зі спостереженнями аль-Суфі, "невелика хмара" була помітна в частині нічного неба, де зараз відомо Галактика Андромеда. Він також каталогізував інші неясні об'єкти, такі як Omicron Velorum та Brocchi's Cluster.
4 липня 1054 року наднова, яка створила туманність Краба (SN 1054,), була помітна астрономам на Землі, і були зафіксовані зафіксовані спостереження, зроблені як арабськими, так і китайськими астрономами. Хоча існують анекдотичні докази того, що інші цивілізації бачили наднову, жодних записів не було виявлено.
До 17 століття вдосконалення телескопів призвели до перших підтверджених спостережень туманностей. Це почалося в 1610 році, коли французький астроном Ніколя-Клод Фабрі де Пейрес здійснив перше записане спостереження за туманністю Оріона. У 1618 році швейцарський астроном Йоган Баптист Цисат також спостерігав туманність; і до 1659 р. Крістіан Гюйгенс зробив це перше детальне вивчення.
До 18 століття кількість спостережуваних туманностей почала збільшуватися, і астрономи почали складати списки. У 1715 р. Едмунд Галлей опублікував список із шести туманностей - М11, М13, М22, М31, М42 та кульовий скупчення Омеги Центавра (NGC 5139) - у своєму "Опис декількох туманностей або світлих плям, як хмари, нещодавно виявлених серед кріпких зірок за допомогою телескопа ».
У 1746 році французький астроном Жан-Філіпп де Шесо склав список з 20 туманностей, до яких увійшло вісім, які раніше не були відомі. У період з 1751 по 53 рік Ніколя Луї де Лакайє склав 42 туманності з мису Доброї Надії, більшість з яких раніше були невідомі. А в 1781 році Чарльз Мессьє склав свій каталог із 103 «туманностей» (тепер їх називають об’єктами Мессьє), хоча деякі були галактиками і кометами.
Кількість спостережуваних та каталогізованих туманностей значно розширилось завдяки зусиллям Вільяма Гершеля та його сестри Каролайн. У 1786 році двоє опублікували свої Каталог тисячі нових туманностей та скупчень зірок, за яким у 1786 та 1802 роках подано другий та третій каталог. У той час Гершель вважав, що ці туманності є лише невирішеними скупченнями зірок, віра, яку він змінить у 1790 році, спостерігаючи справжню туманність навколо далекої зірки.
Починаючи з 1864 р. Англійський астроном Вільям Хаггінс почав диференціювати туманності на основі їх спектрів. Приблизно третина з них мала спектр викидів газу (тобто туманність викидів), а решта показала безперервний спектр, що відповідає масі зірок (тобто планетарні туманності).
У 1912 р. Американський астроном Весто Сліпфер додав підкатегорію Туманності відбиття після того, як спостерігав, як туманність навколо зірки узгоджується зі спектрами відкритого скупчення Плеяд. До 1922 р. І в рамках «Великої дискусії» про природу спіральних туманностей та розмір Всесвіту стало зрозуміло, що багато спостережуваних раніше туманностей насправді були віддаленими спіральними галактиками.
Того ж року Едвін Хаббл оголосив, що майже всі туманності пов'язані зірками і що їх освітлення відбувається від зіркового світла. З цього часу кількість справжніх туманностей (на відміну від зоряних скупчень та далеких галактик) значно зросла, і їх класифікація була вдосконалена завдяки вдосконаленням спостережного обладнання та спектроскопії.
Коротше кажучи, туманності - це не лише вихідні точки еволюції зірок, але можуть бути і кінцевою точкою. І між усіма зоряними системами, які наповнюють нашу галактику та наш Всесвіт, неодмінно знайдуться туманні хмари та маси, які лише чекають народження чистого покоління зірок!
Ми написали багато цікавих статей про туманності тут, у «Космічному журналі». Ось один про туманність Краба, туманність орла, туманність Оріона, туманність Пелікана, туманність Кільця та туманність розетки.
Для отримання інформації про те, як народжуються зірки та планети з туманностей, ось Теорія туманності, Де народжуються зірки? і як формувалася Сонячна система?
У нас є вичерпний каталог об’єктів Мессьє і тут, у журналі Space. А для отримання додаткової інформації ознайомтесь із цими сторінками у NASA - Астрономічна картина дня, а кільце тримає ніжну квітку
Втомилися очі? Нехай ваші вуха допоможуть вам навчитися зміни. Ось декілька епізодів з астрономічної ролі, які просто можуть відповідати вашому смаку: Сонце, плями та всі та місяці та рівняння Дрейка, Зірки у порожнечі та Кільця навколо зірок.
