"Астрономия", Галузо И.В., Голубев В.А., Шимбалев А.А.
Межзвёздная среда — газ, пыль и излучение между звёздами. Хотя вещество здесь очень разрежено, оно влияет на свет далёких звёзд, образует облака и туманности и участвует в рождении новых светил. По свечению газа, рассеянному свету пыли и изменениям спектров астрономы исследуют эту среду. Особенно важно учитывать поглощение и покраснение: без этого наблюдаемые яркость и цвет звезды можно истолковать неверно.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Межзвёздная среда — вещество и излучение, заполняющие пространство между звёздами. Главные составляющие вещества — газ и пыль, а излучение переносит энергию через это пространство. Среда не является пустотой: она изменяет свет, который доходит до нас, и служит материалом для образования облаков и звёзд. Поэтому её свойства необходимо учитывать при изучении Галактики.
Межзвёздная пыль — мелкие твёрдые частицы, находящиеся между звёздами. Она может рассеивать и поглощать проходящий свет, а иногда сама становится заметна благодаря отражённому излучению. Пыль важна не только как препятствие для наблюдений: она помогает формироваться плотным облакам. По её влиянию на свет можно исследовать вещество вдоль луча зрения.
Межзвёздное поглощение — ослабление света звезды при прохождении через вещество между ней и наблюдателем. Часть излучения рассеивается или поглощается пылью и газом, поэтому звезда выглядит менее яркой. Это не изменение самой звезды, а влияние среды на пути света. Поправка на поглощение нужна, чтобы верно оценить наблюдаемую яркость.
Межзвёздное покраснение — изменение цвета света звезды, проходящего через пылевое облако, из-за более сильного рассеяния коротковолнового излучения. Синий свет ослабляется сильнее красного, поэтому дошедший до наблюдателя свет выглядит краснее. Покраснение не означает, что изменилась температура звезды. Его учитывают, когда по цвету определяют свойства звезды или вещества между ней и нами.
Межзвёздная среда состоит главным образом из газа, а пыль составляет меньшую, но заметную часть вещества. Газ очень разрежен по сравнению с воздухом у поверхности Земли, однако Галактика огромна, поэтому даже малая плотность на больших расстояниях даёт значительное количество вещества. Газ и пыль поглощают излучение, влияют на движение вещества и могут стать сырьём для новых звёзд. Значит, межзвёздное пространство участвует в строении и развитии Галактики, а не просто разделяет её звёзды.
Газ и пыль распределены неравномерно: между плотными участками лежат обширные разреженные области. Гравитация стягивает вещество, а движение газа и другие процессы перемешивают его, поэтому в отдельных местах возникают облака с повышенной плотностью. Если такое облако освещено или нагрето звёздами, оно может наблюдаться как туманность. Именно контраст плотности и условий освещения создаёт разнообразие видимых областей в Галактике.
Вид туманности зависит от состава облака и от того, получает ли оно энергию от близких звёзд. В светящейся газовой туманности газ поглощает излучение звезды и сам излучает свет, поэтому облако заметно непосредственно. Отражательная туманность состоит из пыли, которая рассеивает свет соседних звёзд и выглядит освещённой ими. Тёмная туманность плотна и заслоняет свет звёзд или светящихся областей за собой, поэтому кажется тёмным пятном.
Пыль ослабляет звёздный свет, потому что часть фотонов поглощается или отклоняется от направления на наблюдателя. Коротковолновые лучи рассеиваются сильнее длинноволновых, поэтому синий свет теряется заметнее красного. Ослабление потока называют межзвёздным поглощением, а сдвиг наблюдаемого цвета в красную сторону — межзвёздным покраснением. Эти эффекты связаны, но описывают разные особенности света: его яркость и цвет.
Межзвёздное вещество исследуют как напрямую, по его излучению, так и косвенно — по изменениям света фоновых звёзд. В спектре газа видны спектральные линии, то есть особенности на определённых длинах волн, по которым судят о составе и состоянии вещества. Нейтральный водород обнаруживают, в частности, по радиоизлучению, которое проходит через межзвёздное пространство и позволяет картировать газ. Если свет звезды за облаком ослаблен или покраснел, это тоже даёт сведения о веществе на луче зрения.
| Компонент или объект | Из чего состоит | Как наблюдается | Роль или значение |
|---|---|---|---|
| Разреженный межзвёздный газ | Атомы и ионы разных элементов, преимущественно водород | По спектральным линиям и радиоизлучению, в том числе нейтрального водорода | Заполняет пространство между облаками и служит материалом для их образования |
| Межзвёздная пыль | Мелкие твёрдые частицы | По ослаблению, рассеянию и покраснению света звёзд | Влияет на наблюдения и участвует в формировании плотных облаков |
| Светящиеся газовые туманности | Газ, излучающий под действием нагрева или возбуждения | Наблюдаются как светящиеся облака | Показывают области взаимодействия газа и излучения звёзд |
| Отражательные туманности | Пыль, рассеивающая свет близких звёзд | Видны благодаря отражённому и рассеянному свету | Позволяют наблюдать пыль, освещённую звёздами |
| Тёмные туманности | Плотные облака газа и пыли | Видны как тёмные области на фоне звёзд или светлых туманностей | Заслоняют более далёкие источники света |
Сначала определите, что именно наблюдается: собственное свечение газа, отражённый свет или затемнение фона. Затем сопоставьте этот признак со столбцом о составе, чтобы различить виды туманностей. Для разреженного газа и пыли особенно полезны способы обнаружения: спектр, радиоизлучение и влияние на свет звёзд.
Звезду наблюдают через пылевое облако и без него. Нужно найти признак межзвёздного покраснения в двух спектрах. Сравнивать следует не только общую яркость, но и соотношение коротковолновой и длинноволновой частей спектра.
Ответ: признак межзвёздного покраснения — более сильное ослабление коротковолновой, синей части спектра при наблюдении через пылевое облако.
Без учёта межзвёздной среды видимая звёздная величина равна 8,0, а поглощение составляет 1,2 звёздной величины. Требуется определить наблюдаемую величину. Поскольку поглощение ослабляет свет, звезда кажется слабее, а её видимая звёздная величина увеличивается.
Ответ: наблюдаемая видимая звёздная величина равна 9,2. Число получилось больше исходного, что соответствует более слабому видимому блеску звезды.
Две звезды имеют одинаковый спектральный класс, но наблюдаются с разными показателями цвета и находятся на известных расстояниях. Нужно выяснить, какая сильнее покраснела, и что это говорит о пыли. Одинаковый спектральный класс означает, что их собственные цвета близки, поэтому различие наблюдаемых цветов можно связать со средой на луче зрения.
Ответ: сильнее покраснела звезда с большим наблюдаемым избытком красного цвета относительно собственного цвета. Это указывает на большее влияние пыли вдоль луча зрения, хотя для численного сравнения нужны конкретные показатели цвета.
Ошибка: считать межзвёздное пространство пустым. Её допускают, потому что плотность вещества там очень мала по сравнению с привычными условиями на Земле. Но газ и пыль меняют наблюдаемый свет и участвуют в эволюции звёзд. Проверка: спросите себя, может ли вещество повлиять на свет, проходящий через него, и дать материал для облаков.
Ошибка: путать межзвёздное поглощение с собственным излучением звезды. Поглощение происходит не внутри звезды, а на пути света к наблюдателю, поэтому его легко ошибочно принять за свойство самого светила. Проверьте, меняются ли яркость или спектр при прохождении света через облако. Если эффект вызван веществом между звездой и наблюдателем, он относится к межзвёздной среде.
Ошибка: считать, что пыль одинаково ослабляет свет всех цветов. Такое упрощение кажется удобным, если рассматривать только общую яркость, однако оно не объясняет изменение цвета звезды. Коротковолновое излучение рассеивается сильнее, чем длинноволновое, поэтому звезда может казаться краснее. Проверка: сравните изменения синей и красной частей спектра, а не только их общий уровень.
Ошибка: думать, что все туманности светятся сами. Так считают, потому что на снимках туманности часто выглядят яркими облаками. Но тёмная туманность видна благодаря тому, что заслоняет фоновые звёзды или светлую область. Проверка: выясните, есть ли у облака собственное свечение или оно наблюдается только как затемнение фона.
Чтобы понять влияние межзвёздной среды на наблюдения, нужно знать, как устроен спектр звезды и как её цвет и звёздная величина характеризуют излучение. Эти знания позволяют отделить собственные свойства звезды от изменений, внесённых газом и пылью на пути света. Тема также пригодится при изучении строения и эволюции Галактики и рождения звёзд. Поправки на поглощение и покраснение важны и при определении расстояний до небесных объектов.
Почему межзвёздное пространство не считают абсолютно пустым?
Между звёздами находятся газ, пыль и излучение, хотя их плотность обычно намного меньше плотности вещества на Земле. Они поглощают и рассеивают свет, образуют облака и влияют на развитие Галактики и рождение звёзд.
Чем тёмная туманность отличается от светящейся?
Светящаяся газовая туманность сама излучает свет, обычно потому, что её газ нагрет или возбуждён излучением звёзд. Тёмная туманность заметна как заслоняющее свет плотное облако пыли и газа на фоне звёзд или светлой области.
Почему пылевое облако делает звезду краснее?
Пылевые частицы сильнее рассеивают коротковолновый, синий свет, чем длинноволновый красный. Поэтому до наблюдателя доходит относительно больше красного света, и звезда выглядит краснее своего истинного цвета.
Как межзвёздная среда влияет на видимую звёздную величину?
Газ и пыль на пути света ослабляют его, поэтому звезда кажется слабее и её видимая звёздная величина становится больше. Если поглощение известно, его прибавляют к величине, рассчитанной без учёта межзвёздной среды.
Как астрономы обнаруживают вещество между звёздами?
Его изучают по собственному излучению газа, в том числе по спектральным линиям, и по тому, как оно поглощает и рассеивает свет фоновых звёзд. Нейтральный водород обнаруживают, в частности, по его радиоизлучению.
§ 28. Межзвездная среда
