Подпишитесь на нашу ежедневную рассылку с новыми материалами

Наука


Дмитрий Вибе, д.ф.-м.н., сотрудник Института астрономии РАН,

Что там, в пустоте космоса? Что такое "космическая пыль", из чего она состоит, как ее обнаружить и почему она важна астрономам — об этом РИА "Новости" рассказал Дмитрий Вибе, доктор физико-математических наук, сотрудник Института астрономии Российской Академии наук.

Изображение NASA

Ночное уличное освещение делает жизнь комфортнее и безопаснее, но, к сожалению, лишает горожан звездного неба. Самые яркие звезды из города разглядеть еще можно, но Млечный Путь многим жителям XXI века уже совершенно недоступен.

А вот наши предки без проблем любовались не только самим Млечным Путем, но и тонкостями его узора. В частности, еще в XV веке моряки, плававшие в южных морях, различали на светлой полосе Млечного Пути отчетливое темное пятно. В те времена, когда небо еще не было безнадежно испорчено повсеместной засветкой, заметный провал в созвездии Южного Креста удостоился собственного имени — его назвали Угольным Мешком. 

Однако это не означало уверенности в том, что пятно сформировано какой-то субстанцией. Скорее, наоборот: фактически до начала XX века это и другие темные пятна на звездном фоне считались просто местами, где нет звезд. Легенда гласит, что величайший астроном-наблюдатель Вильям Гершель, увидев одно из таких пятен в телескоп, крикнул сестре Каролине, своей верной помощнице: "Боже мой, здесь на небе дыра!"
 
Представление о пустотах в распределении звезд отступило во многом благодаря кропотливой работе Эдварда Барнарда, составившего масштабный фотографический атлас Млечного Пути. Поначалу в описаниях своих снимков он называл темные пятна "вакансиями" или даже "черными дырами" (не в нынешнем значении этих слов), но со временем пришел к заключению, что в данном случае мы имеем дело с облаками поглощающей материи, которая закрывает от нас часть звезд Млечного Пути.
 
Убедительные доказательства того, что поглощение света в Галактике происходит не только в темных облаках, но вообще повсеместно, первым (в 1930 году) собрал другой американец, Роберт Трюмплер. Он подметил следующие важные обстоятельства. Во-первых, свет звезды поглощается тем сильнее, чем дальше от нас находится звезда. Во-вторых, свет, проходя через межзвездное пространство, не просто поглощается, но к тому же краснеет (как Солнце у горизонта), потому что синие лучи поглощаются сильнее красных. И степень этого покраснения также увеличивается с расстоянием до звезды.

Из этого Трюмплер сделал вывод, что поглощающая материя представляет собой рассеянные по всей Галактике частицы (пылинки) размером несколько меньше длины волны видимого света. Темные же облака представляют собой особенно плотные концентрации этих частиц.
 
Поначалу предполагалось, что межзвездные частицы состоят изо льда — в широком смысле этого слова, включающем не только водяной лед, но и другие замерзшие газы (аммиак, углекислый газ и пр.), — и конденсируются там же, где и наблюдаются, то есть непосредственно между звездами. Это предположение казалось вполне естественным, с учетом представлений середины XX века о содержании атомов в межзвездной среде (МЗС). Однако уже в 1960-е годы от этих представлений пришлось отказаться.

Фото Fotolia/ marcel

Дело в том, что слова "синий цвет поглощается сильнее красного" описывают лишь общую зависимость поглощения от длины волны. На общем фоне роста поглощения при переходе к более коротким длинам волн в этой зависимости могут существовать дополнительные провалы, связанные с тем, что различные вещества обладают способностью более эффективно поглощать свет в определенных спектральных диапазонах. Например, водяной лед особенно хорошо поглощает инфракрасное излучение с длиной волны около 3 микрон (мкм).

Поэтому, если вы смотрите на звезду сквозь облако ледяных частиц, вы вправе ожидать, что в ее спектре появится провал вблизи 3 мкм. Кроме того, водяной лед сильно поглощает ультрафиолетовое излучение с длиной волны короче 160 нм, а значит, в спектре той же звезды должен возникать еще и провал в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне.
 
Как наблюдения в ИК-диапазоне, так и наблюдения в УФ-диапазоне требуют дополнительных, иногда весьма значительных усилий. Пока наблюдателям был доступен только видимый диапазон, модель ледяных частиц не сталкивалась с особенными противоречиями. Однако как только наблюдения распространились в обе стороны от видимого диапазона, стало ясно, что ни в ультрафиолете, ни в ИК следы водяного льда не наблюдаются, а значит, смесь замерзших газов если и входит в состав космических пылинок, то не на правах основного компонента.

Говоря точнее, трехмикронный провал наблюдается, но только в тех случаях, когда свет фоновой звезды проходит через плотные пылевые облака, где вода и прочие молекулы могут намерзать в виде ледяных мантий на пылинки, сами по себе изо льда не состоящие.

Указанием на "подлинный" состав космических пылинок стали другие характеристики поглощения в УФ- и ИК-диапазонах. Оказалось, что космическая пыль особенно эффективно "крадет" из звездных спектров фотоны с длинами волн около 200 нм и 10 мкм. Такая избирательность отражает какие-то особенности химического и минерального состава пылинок.

В конце 1960-х годов поглощение на 200 нм связали с графитом, а поглощение на 10 мкм (и некоторых других длинах волн) — с минералами из группы силикатов. На этой основе сформировалось представление о межзвездной пыли как о смеси графитовых (или каких-то иных, но также содержащих углерод) и силикатных частиц. Это представление сохранилось и до сих пор, хотя, конечно, в неоднократно модифицированном и дополненном виде.
 
Графито-силикатная модель хороша тем, что не только позволяет объяснить характер межзвездного поглощения, но и проливает некоторый свет на происхождение пылинок. Сейчас большинство специалистов считает, что сконденсировать каменные пылинки в холодном разреженном межзвездном газе за разумный промежуток времени все-таки невозможно; нужно искать место поплотнее и погорячее.

Таким местом оказались протяженные атмосферы звезд, находящихся на последних стадиях эволюции. Пока звезда типа Солнца находится "в расцвете лет", ее атмосфера слишком горяча, чтобы в ней могло существовать твердое вещество. Однако в финале жизненного пути звезды ее атмосфера раздувается и остывает до такой степени, что там уже возможна конденсация пылинок, примерно как сажа конденсируется в недостаточно горячем пламени. Потом свежесформировавшиеся пылинки вместе с веществом звезды разлетаются по межзвездному пространству.

Пылевые облака не обязательно должны быть тёмными. Если рядом с облаком есть яркая звезда, мы увидим, как пылинки отражают её излучение. Примером такого отражения может служить туманность Ведьмина Голова в созвездии Ориона, которая светит отражённым светом звезды Ригель. Изображение NASA, Bernhard Hubl

Долгое время непонятна была причина, по которой пылинки могут собираться в большие облака. Однако в 1960-е и 1970-е годы стало ясно, что пыль на самом деле является лишь незначительной примесью (около 1% по массе) к основному ингредиенту межзвездного вещества — газу, состоящему главным образом из водорода и гелия.

Чтобы оценить масштабы содержания газа в МЗС, наблюдений в видимой части спектра уже недостаточно: газ почти не поглощает звездный свет, а сам светится только в радиодиапазоне. Но его настолько много, что он своими движениями полностью увлекает пыль. И темные пылевые облака на самом деле представляют собой даже не верхушку айсберга, а лишь ничтожный налет, выдающий присутствие куда более массивных, но невидимых облаков межзвездного газа.
 
Это не означает, конечно, что при изучении Вселенной пылью можно пренебречь. Во-первых, ее присутствие приходится учитывать при изучении звезд, чтобы по ошибке не приписать звезде свойства пылинок, блокирующих ее излучение. Во-вторых, пыль играет важную роль в терморегуляции межзвездной среды, действуя в качестве мощного теплоотвода. В-третьих, она оказывается катализатором в межзвездных химических реакциях, позволяя формироваться сложным органическим соединениям. В-четвертых, космические пылинки служат исходным сырьем для образования планет, на одной из которых — состоящей из мириадов слипшихся космических пылинок — мы с вами обитаем. Наконец, углерод, из которого состоим мы сами, тоже в прошлом мог входить в состав межзвездных углеродных пылинок.
 
Конечно, вопрос о роли, которую космическая пыль играет в появлении жизни, остается открытым. Но в любом случае приходится признать, что угольная фантазия средневековых мореплавателей оказалась на удивление провидческой.
Нужные услуги в нужный момент
{banner_819}{banner_825}
-20%
-35%
-13%
-58%
-20%
-18%
-20%
-15%
-20%
-30%
-35%
{banner_1133}