Що є туманності. Типи туманностей. Газопилові туманності – палітра Всесвіту

Туманність Равлик у сузір'ї Водолія чудово видно з Землі. Вона розташована від нас дуже близько за космічними мірками, на відстані лише 700 світлових років. Це ще одна планетарна туманність із білим карликом у центрі.

Крабовидна туманність стала першим номером у списку космічних об'єктів, складеного французьким астрономом XVIII століття Шарля Месьє. Але він не знав, що ця туманність залишок вибуху наднової, який спостерігали китайські астрономи в 1054 році н.е. Всередині неї знаходиться пульсар, молода нейтронна зірка, що шалено обертається.

Туманність Ескімос — яскрава хмара газу, що постійно розширюється, в сузір'ї Близнюки. Вона належить до планетарних туманностей - оскільки навколишній диск нагадує планети нашої сонячної системи, а зірка всередині схожа на Сонце. Можливо, смерть нашої системи через мільярди років виглядатиме саме так.

Туманність Лагуна — зоряна туманність у сузір'ї Стрільця, розташована від нас на відстані близько 5 тис. світлових років. Її навіть можна розглянути неозброєним оком, хоча багато подібних об'єктів приховані від нас міжзоряним пилом. Лагуна простягається на 50 світлових років і належить до типу емісійних, тобто туманностей, що складаються з плазми.

Туманність Тарантул - один із найбільш вражаючих об'єктів, які можна спостерігати з південної півкулі. Тарантул — емісійна зоряна туманність, розташована в сузір'ї Золотої Риби галактики Великої Магелланова Хмари. Її розміри просто вражають. Якби вона була від Землі на відстані туманності Равлика, то закривала б півнеба, від зеніту до горизонту.

Туманність Сова – невелика планетарна туманність у сузір'ї Велика Ведмедиця. Взагалі більшість туманностей називається по каталогу Мессье або Новому загальному каталогу — NGS, лише трохи дають імена, що запам'ятовуються. Туманність Сова отримала своє через віддалену схожість із головою сови — примарний овал із двома плямами-очима.

Потрійна туманність абсолютно неповторна. Вона складається з трьох основних типів туманностей - емісійної, рожевого кольору, відбиває, блакитного кольору та поглинаючої чорного кольору. Усередині неї є безліч «зародків» зірок. Найімовірніше наша сонячна система народилася зі схожого об'єкта.

Туманність Котяче Око знаходиться в сузір'ї Дракона, і має одну з найскладніших структур відомих нам космічних об'єктів. На знімках «Хаббла» та «Спітцера» видно, що вона закручується у спіраль із безліччю сплетень. Причини цього поки що не зрозумілі.

Туманність Орел подарувала людству один із найбільш вражаючих астрономічних знімків — «Стовпи творіння», область зародження нових зірок. За даними телескопа «Спітцер», ця область була знищена вибухом понаднової близько 6 тисяч років тому. Але Орел знаходиться на відстань 7 тис. світлових років від землі - і ще тисячу років ми зможемо милуватися Стовпами.

Туманність Оріона - найяскравіша емісійна туманність, добре помітна на нічному небі неозброєним оком майже з будь-якої точки Землі і тому величезну популярність. Вона знаходиться трохи нижче Пояса Оріона, на відстані близько 1300 світлових років від Землі і простягається на 33 світлові роки.

Крім суто естетичної користі, туманності виконують найважливішу функцію — вони сповнені важкими елементами, стимулюючими цикл життя зірок. У цьому списку не тільки найкрасивіші, але й найдивовижніші приклади туманностей.

Космічна туманність це область середовища, розташована між зірками.
Раніше в астрономії так називали нерухомі об'єкти. Але потім визначили, що багато з них або зоряними скупченнями. Тому зараз термін має вужче і точне значення.

Як відповісти на запитання: що таке туманність? Простіше сказати, що це міжзоряний простір, або хмара. Яке, між іншим, становить значну частину нашого Всесвіту.

З чого складається

Як стало відомо, такі хмари за складом поділяються на газ, пил та плазму. До того ж вони складаються із зоряних скупчень.
Насправді якщо розглядати більш детально, то в таких тілах переважає водень і гелій.

Яка природа туманностей у Всесвіті

Що цікаво, формування таких газо-пилових хмар може відбуватися з різних причин.
Розрізняють кілька типів туманностей. Насамперед, вони відрізняються природою виникнення . По-друге, характеристиками та особливостями. А вони залежать від першої причини.

Власне, саме походження та структура туманних областей значно відрізняється одна від одної. Тому необхідно знати, які типи туманностей існують.

Яка туманність була виявлена ​​давньогрецькими астрономами

Справді, перші астрономічні тіла, які згодом віднесли до туманностей, вперше виявили астрономами . Щоправда, тоді їх вважали далекими скупченнями зірок.
Проте вчений Гіппарх перший відзначив у списку кілька туманних об'єктів. Потім Птолемей додав до каталогу ще п'ять туманностей. А надалі Галілей за допомогою свого телескопа виявив дві (Андромеди та Оріона). Як виявилося, одні з найвідоміших на сьогоднішній день.

Зрештою, у міру розвитку астрономії та вдосконалення телескопів, вчені змогли відкрити чимало зоряних скупчень та туманностей. Ймовірно, це призвело до того, що їх віднесли до окремого виду об'єктів космосу.

В астрономії туманності описано в каталозі Месьє. Він вніс у нього нерухомі об'єкти, що були схожі на комети. Таким чином, у нього потрапили і галактики, і туманності.

В астрології під цим визначенням розглядають космічні об'єкти різної природи та походження. Це можуть бути великі хмари міжзоряної речовини, зоряні скупчення і навіть інші галактики. На думку астрологів, туманність впливає на гороскоп людини, її свідомість та долю.

Шарль Месьє (1730 - 1817)

Туманності Всесвіту, насправді, це цікаві та дивовижні її частини.
Як виявилось, розміри туманних хмар у космосі відносно невеликі. Більше того, вони знаходяться далеко від Землі.
Спостерігати їх можна за допомогою потужних телескопів. Очевидно, що любителі-астрономи воліють дивитися на зірки, чи галактики. Хоча якщо постаратися і знайти туманність, то можна побачити красиве видовище, що по-справжньому зачаровує.

Туманність емісійних ліній та емісійна туманність створюють власне світіння. Атоми водню приходять в активність через потужне ультрафіолетове світло зірок. Потім водень іонізується (втрачає електрон, що випромінює фотон).

Зірки О-типу можуть іонізувати газ у радіусі 350 світлових років. Туманність М17 виявив де Шезо в 1746, а в 1764 її наново відкрив Шарль Мессье. Вона знаходиться в Стрільці і називається також туманністю Лебедя, Омега, Підкова та Лобстер. Неймовірно яскраве та її рожеве світіння можна помітити без використання техніки в низьких широтах (видима величина – 6). Усередині знаходяться молоді зірки, що створюють ділянку HII. За червоний колір відповідає іонізований водень.

Інфрачервоне світло допомагає знаходити величезну кількість пилу, що натякає на активну зіркоутворення. Усередині знаходиться скупчення з 30 зірок, затінених туманністю, що протирається в діаметрі на 40 світлових років. Загальна маса у 800 разів перевищує сонячну.

М17 видалено на 5500 світлових років. Разом з М16 розташована в одному спіральному рукаві Чумацького Шляху (Стрільця-Киля).

Спектральний аналіз.Щоб проаналізувати спектральний склад випромінювання туманності часто використовують безщілинний спектрограф. У найпростішому випадку поблизу фокусу телескопа поміщають увігнуту лінзу, що перетворюється пучок світла в паралельний. Його спрямовують на призму або дифракційну решітку, що розщеплює пучок у спектр, а потім опуклою лінзою фокусують світло на фотопластинці, отримуючи при цьому не одне зображення об'єкта, а кілька - за кількістю ліній випромінювання у його спектрі. Однак зображення центральної зірки при цьому розтягується в лінію, оскільки вона має безперервний спектр.
У спектрах газових туманностей представлені лінії всіх найважливіших елементів: водню, гелію, азоту, кисню, неону, сірки та аргону. Причому, як і скрізь у Всесвіті, водню та гелію виявляється набагато більше за інших.
Порушення атомів водню та гелію в туманності відбувається не так, як у лабораторній газорозрядній трубці, де потік швидких електронів, бомбардуючи атоми, переводить їх у більш високий енергетичний стан, після чого атом повертається у нормальний стан, випромінюючи світло. У туманності немає таких енергійних електронів, які б своїм ударом збудити атом, тобто. «закинути» його електрони більш високі орбіти. У туманності відбувається «фотоіонізація» атомів ультрафіолетовим випромінюванням центральної зірки, тобто. енергії кванта, що прийшов, достатньо, щоб взагалі відірвати електрон від атома і пустити його в «вільний політ». У середньому минає 10 років, поки вільний електрон зустрінеться з іоном, і вони знову об'єднаються (рекомбінують) у нейтральний атом, виділивши енергію зв'язку у вигляді квантів світла. Рекомбінаційні лінії випромінювання спостерігаються в радіо-, оптичному та інфрачервоному діапазонах спектра.
Найбільш сильні лінії випромінювання у планетарних туманностей належать атомам кисню, що втратили один або два електрони, а також азоту, аргону, сірці та неону. Причому вони випромінюють такі лінії, які ніколи не спостерігаються у їхніх лабораторних спектрах, а з'являються лише в умовах, характерних для туманностей. Ці лінії називають "забороненими". Справа в тому, що атом зазвичай знаходиться у збудженому стані менше мільйонної частки секунди, а потім перетворюється на нормальний стан, випромінюючи квант. Однак існують деякі рівні енергії, між якими атом робить переходи дуже «неохоче», залишаючись у збудженому стані секунди, хвилини і навіть годинник. За цей час в умовах відносно щільного лабораторного газу атом обов'язково стикається з вільним електроном, який змінює його енергію, і виключається перехід. Але в вкрай розрідженій туманності збуджений атом довго не стикається з іншими частинками, і нарешті відбувається «заборонений» перехід. Саме тому вперше виявили заборонені лінії не фізики у лабораторіях, а астрономи, спостерігаючи за туманністю. Оскільки в лабораторних спектрах цих ліній не було, якийсь час навіть вважалося, що вони належать невідомому на Землі елементу. Його хотіли назвати «небулою», але непорозуміння незабаром прояснилося. Ці лінії видно у спектрах як планетарних, і дифузних туманностей. У спектрах таких туманностей є слабке безперервне випромінювання, що виникає при рекомбінації електронів з іонами.
На спектрограмах туманностей, отриманих із щілинним спектрографом, лінії часто виглядають зламаними та розщепленими. Це ефект Доплера, що вказує на відносний рух частин туманності. Планетарні туманності зазвичай розширюються радіально від центральної зірки зі швидкістю 20-40 км/с. Оболонки наднових розширюються набагато швидше, збуджуючи перед собою ударну хвилю. У дифузних туманностей замість загального розширення зазвичай спостерігається турбулентний (хаотичне) рух окремих частин.
Важливою особливістю деяких планетарних туманностей є стратифікація їх монохроматичного випромінювання. Наприклад, випромінювання одноразово іонізованого атомарного кисню (втратив один електрон) спостерігається в великій області, на великій відстані від центральної зірки, а дворазово іонізовані (тобто втрати два електрони) кисень і неон видно лише у внутрішній частині туманності, тоді як чотириразово іонізований неон чи кисень помітні лише у її центральної частини. Цей факт пояснюється тим, що необхідні для сильнішої іонізації атомів енергійні фотони не досягають зовнішніх областей туманності, а поглинаються газом недалеко від зірки.
За хімічним складом планетарні туманності дуже різноманітні: елементи, синтезовані в надрах зірки, в деяких із них виявилися підмішаними до речовини скинутої оболонки, а в інших – ні. Ще складніший склад залишків наднових: скинута зіркою речовина значною мірою змішана з міжзоряним газом і, крім того, різні фрагменти одного залишку іноді мають різний хімічний склад (як у Кассіопеї А). Ймовірно, ця речовина викидається з різних глибин зірки, що дає можливість перевіряти теорію еволюції зірок та вибуху наднових.

Туманності в космосі - одне з чудес Всесвіту, що вражають своєю красою. Цінні вони не лише візуальною привабливістю. Дослідження туманностей допомагає вченим вносити ясність до законів функціонування космосу та його об'єктів, коригувати теорії про розвиток Всесвіту та життєвий цикл зірок. Сьогодні про ці об'єкти ми знаємо багато, але не всі.

Суміш газу та пилу

Досить тривалий час, аж до середини позаминулого століття, туманності вважалися віддаленими від нас на значні відстані. Застосування спектроскопа в 1860 дозволило встановити: багато з них складаються з газу і пилу. Англійський астроном У. Хеггінс виявив, що світло від туманностей відмінне від випромінювання, що йде від звичайних зірок. Спектр перших містить яскраві кольорові лінії, що перемежуються із темними, тоді як у другому випадку подібних не спостерігається.

Подальші дослідження встановили, що туманності Чумацького шляху та інших галактик переважно складаються з гарячої суміші газу та пилу. Часто зустрічають і подібні холодні формування. Такі хмари міжзоряного газу також належать до туманності.

Класифікація

Залежно від властивостей складових туманність елементів розрізняють кілька типів. Всі вони у великій кількості представлені на просторах космосу та однаково цікаві для астрономів. Туманності, що випромінюють з тієї чи іншої причини світло, прийнято назвати дифузними чи світлими. Протилежні їм за основним параметром, природно, позначаються як темні. Дифузні туманності бувають трьох типів:

відбивні;

емісійні;

залишки наднової.

Емісійні, у свою чергу, поділяються на галузі формування нових зірок (H II) та планетарні туманності. Всі названі типи характеризуються певними властивостями, що роблять їх унікальними та гідними пильного вивчення.

Області формування зірок

Всі емісійні туманності - це хмари газу різних форм, що світиться. Основний елемент, що їх складає, — водень. Під впливом зірки, розташованої у центрі туманності, він іонізується і зіштовхується з атомами важчих компонентів хмари. Результатом цих процесів стає характерне рожеве світіння.

Туманність Орла, або М16 – чудовий представник цього типу об'єктів. Тут розташована область зіркоутворення, безліч молодих, а також масивних гарячих світил. Туманність Орла - місце, де розміщується добре відома ділянка космосу, Стовпи творіння. Ці газові згустки, сформовані під впливом зоряного вітру, є зоною зіркоутворення. До формування світил тут наводить стиснення газопилових колон під впливом сили тяжіння.

Нещодавно вченим стало відомо, що милуватися Стовпами творіння ми зможемо ще тисячу років. Потім вони зникнуть. Насправді руйнація Стовпів сталася приблизно 6000 років тому через вибух наднової. Проте світло з цієї області космосу йде до нас приблизно сім тисяч років, тому обчислена астрономами подія для нас — справа майбутнього.

Планетарні туманності

Назва наступного типу газопилових хмар, що світяться, була введена У. Гершелем. Планетарна туманність – остання стадія життя зірки. Оболонки, що скидаються світилом, формують характерний малюнок. Туманність нагадує диск, який зазвичай оточує планету при спостереженні її через невеликий телескоп. На сьогоднішній день відомо понад тисячу таких об'єктів.

Планетарні туманності - частина процесу перетворення в центрі формування розташовується гаряча зірка, за своїм спектром схожа зі світилами класу О. Її температура досягає 125 000 К. Планетарні туманності в основному мають порівняно невеликі розміри - 0,05 парсек. Більша частина їх розташована в центрі нашої галактики.

Маса газової оболонки, скинутою зіркою, мала. Вона становить десяті частки від аналогічного параметра Сонця. Суміш газу та пилу віддаляється від центру туманності зі швидкістю, що досягає 20 км/с. Оболонка існує приблизно протягом 35 тисяч років, а потім стає сильно розрідженою та невиразною.

Особливості

Планетарна туманність може бути різної форми. В основному, так чи інакше, вона близька до кулі. Розрізняють туманності круглі, кільцеподібні, схожі на гантелі, неправильної форми. Спектри подібних космічних об'єктів включають емісійні лінії газу, що світиться, і центральної зірки, а також іноді лінії поглинання зі спектру світила.

Планетарна туманність випромінює дуже багато енергії. Воно значно більше за аналогічний показник для центральної зірки. Ядро освіти через свою високу температуру випромінює ультрафіолетові промені. Вони іонізують атоми газу. Частинки розігріваються, замість ультрафіолету вони починають випромінювати видимі промені. Їхній спектр і містить емісійні лінії, що характеризують освіту в цілому.

Туманність Котяче око

Природа — майстриня створення несподіваних і красивих форм. Примітна в цьому плані планетарна туманність, через схожість, названа Котячим оком (NGC 6543). Вона була виявлена ​​в 1786 році і стала першою, яку вчені визначили як хмара газу, що світиться. Туманність Котяче око розташовується і має дуже цікаву складну структуру.

Вона утворилася близько 100 років тому. Тоді центральна зірка скинула свої оболонки та сформувалися концентричні лінії газу та пилу, характерні для малюнка об'єкта. Сьогодні залишається остаточно незрозумілий механізм формування найбільш виразної центральної структури туманності. Поява такого малюнка добре пояснюється розташуванням серцевини туманності подвійної зірки. Однак поки що відомостей, що свідчать на користь такого стану речей, немає.

Температура гало NGC 6543 становить приблизно 15 000 К. Ядро туманності розігріте до 80 000 К. При цьому центральна зірка у кілька тисяч разів яскравіша за Сонце.

Колосальний вибух

Масивні зірки часто закінчують свій життєвий цикл вражаючими «спецефектами». Великі за своєю потужністю вибухи призводять до втрати світилом усіх зовнішніх оболонок. Вони віддаляються від центру зі швидкістю, що перевищує 10 000 км/с. Зіткнення речовини, що рухається, зі статичним викликає сильне підвищення температури газу. В результаті його частки починають світитись. Часто залишки наднової являють собою не кулясті утворення, що здається логічним, а туманності різної форми. Відбувається так, тому що викинута на великій швидкості речовина нерівномірно утворює згустки та скупчення.

Слід тисячолітньої давності

Мабуть, найвідоміший залишок наднової – це крабоподібна туманність. Зірка, що породила її, вибухнула майже тисячу років тому, 1054 року. Точну дату вдалося встановити за китайськими літописами, де добре описано її спалах у небі.

Характерний малюнок крабовидної туманності складає газ, викинутий надновий і до кінця змішався з міжзоряним речовиною. Об'єкт розташований на відстані 3300 світлових років від нас і постійно розширюється зі швидкістю 120 км/с.

У центрі крабовидна туманність містить залишок наднової - нейтронну зірку, яка випромінює потоки електронів, що є джерелами безперервного поляризованого випромінювання.

Відображають туманності

Інший тип цих космічних об'єктів складається з холодної суміші газу та пилу, нездатного самостійно випромінювати світло. Туманності, що відображають, світяться за рахунок розташованих поруч об'єктів. Це можуть бути зірки або аналогічні дифузні утвори. Спектр розсіяного світла залишається таким самим, як і в його джерел, проте синє світло в ньому для спостерігача переважає.

Дуже цікава туманність цього пов'язана із зіркою Меропа. Світило з скупчення Плеяд вже протягом декількох мільйонів років руйнує молекулярну хмару, що пролітає повз. В результаті впливу зірки частинки туманності вишиковуються у певній послідовності та витягуються у напрямку до неї. Через деякий час (точний термін невідомий) Меропа може повністю зруйнувати хмару.

Темна конячка

Дифузним формуванням часто протиставляється поглинаюча туманність. Галактика має їх чимало. Це дуже щільні хмари пилу та газу, що поглинають світло розміщених за ними емісійних та відбивних туманностей, а також зірок. Ці холодні космічні освіти переважно складаються з атомів водню, хоча у яких зустрічаються й важчі елементи.

Чудовий представник цього типу - туманність. Вона розташована в сузір'ї Оріон. Характерна для туманності форма, настільки схожа з головою коня, утворилася внаслідок дії зоряного вітру та випромінювання. Об'єкт добре видно тому, що фоном йому служить яскраве емісійне формування. При цьому туманність Кінська голова — лише невелика частина протяжної поглинаючої хмари пилу та газу, практично невидимої.

Завдяки телескопу Хаббл туманності, зокрема планетарні, знайомі сьогодні широкому колу людей. Фотозображення ділянок космосу, де вони знаходяться, вражають до глибини душі і нікого не залишають байдужим.