Межзвездное пространство: Страница 2

Оглавление статей
Межзвездное пространство
Страница 2

Страница 2 из 2

 

 

 

Солнце по отношению к ближай­шим звездам движется со скоростью 16,5 км/с. Его полет (а вместе с ним и всей Солнечной системы) направлен к точке, лежащей на границе созвез­дий Геркулеса и Лиры, примерно под углом 25° к плоскости Галактики. Чтобы пройти с такой скоростью 50 световых лет пространства, необхо­дим миллион лет. Обращение нашего светила вокруг центра Галактики но­сит колебательный характер: каж­дые 33 миллиона лет оно пересекает галактический экватор, затем подни­мается над его плоскостью на высоту 230 световых лет и снова опускается вниз, к экватору. На совершение пол­ного оборота Солнцу требуется 250 миллионов лет. Но следует различать движение Солнца относительно цен­тра Галактики и движение относи­тельно близких звезд. Ведь говоря о скорости, к примеру, самолета, мы же не учитываем скорость обращения Земли вокруг Солнца. Так и астроно­мы не учитывают галактическую ор­битальную скорость при рассмотре­нии скорости движения нашего све­тила по отношению к ближайшим звездам.

Солнечную систему окружает мест­ное межзвездное облако, теплое и плотное, которое, как и все облака, состоит из газа и пыли. Причем масса пыли составляет лишь 1% от массы всего межзвездного облака. А газ в нем состоит из 90% водорода и 9,99% гелия. Более тяжелые элементы в сумме составляют около 0,01% мас­сы. Солнце расположено внутри этого облака в районе, который иногда на­зывают местным «пузырем», пред­ставляющим собой большое и относи­тельно пустое пространство. Между прочим, в космосе настолько пусто, что это даже вообразить сложно! Са­мый лучший, самый «пустой» совре­менный лабораторный вакуум в 10000 раз плотнее обычных межзвезд­ных облаков (вполне видимых на фо­тографиях, сделанных с помощью те­лескопов), которые в тысячи раз плотнее местного «пузыря»! Плот­ность этого  «пузыря»  всего лишь  1 атом в кубическом дециметре! Зато температура его действительно аст­рономическая: около 1млн.° К! По сравнению с ним, окружающее «пу­зырь» местное межзвездное облако «слегка теплое», его температура 7000° К.

Местный «пузырь» опоясан боль­шим кольцом из молодых звезд и зон, в которых звездообразование продол­жается, получившим название пояс Гульда. Его можно увидеть ночью как полосу ярких звезд, протянувшую­ся от Ориона к Скорпиону и накло­ненную под углом в 20° к галактичес­кой плоскости. Северный полюс поя­са Гульда проецируется на небесную сферу близко к так называемому от­верстию Локмана, зоне, содержащей наименьшее количество межзвездно­го газа между Солнцем и внегалакти­ческим космосом.

Активное звездообразование на границах местного «пузыря» регу­лирует распределение межзвездного вещества. Самый близкий район формирования новых солнц нахо­дится на расстоянии приблизитель­но 400 световых лет от Солнца (на ок­раинах местного «пузыря») в ассоци­ации Скорпиона-Центавра. Молеку­лярные облака в этом районе значи­тельно холоднее (менее 100°К) и во много раз плотнее (более 1000 ато­мов в кубическом сантиметре), чем местное межзвездное облако. Опре­деленная учеными траектория дви­жения Солнца в Галактике показывает, что оно перемещается через по­яс Гульда, находясь в области очень низкой плотности межзвездного ве­щества уже в течение нескольких миллионов лет. Вероятность столк­новения с большим и плотным меж­звездным облаком в этой области очень мала. И поскольку в данный момент мы медленно движемся к вы­ходу из местного «пузыря», скорее всего, на протяжении ближайшего миллиона лет столкновений с други­ми газово-пылевыми облаками не будет.

Но стоит задуматься над тем, как может отразиться на климате Земли столкновение с межзвездным обла­ком в пусть далеком, но все же реаль­ном будущем. Кстати, интересно, яв­ляется ли простым совпадением то, что люди появились на Земле, пока Солнце путешествовало через относи­тельно пустую область космоса?

Несмотря на то, что в радиусе 100 световых лет массивные межзвезд­ные облака отсутствуют, местное га­лактическое окружение, похоже, мо­жет незаметно для нас измениться за гораздо более короткий срок. Следует отметить: низкая плотность местного «пузыря» позволяет легко расши­ряться в свободное пространство ударным волнам и выброшенным оболочкам Сверхновых, пронося­щимся мимо Солнца. Действительно, у ученых есть сведения о том, что последние  250  000  лет  Солнечная система испытывала воздействие непрерывного потока межзвездных частичек со стороны ассоциации Скорпиона-Центавра. Однако сущест­вуют подозрения, что ближайшее га­лактическое окружение Солнца мог­ло измениться даже за последние 2000 лет! Пока подобные заявления делаются осторожно, поскольку астро­номы не до конца еще разобрались в сложной структуре местного меж­звездного облака.

Image

Облако вокруг Солнечной системы является частью материала, выбро­шенного из ассоциации Скорпиона-Центавра, и перемещающегося пер­пендикулярно направлению движе­ния  Солнца (относительно ближайших звезд). Это подтверждается на­блюдениями, которые показывают, как поток межзвездных частичек влетает в Солнечную систему со скоростью 26 км/с из области, ле­жащей вдоль эклиптики на расстоя­нии 15° от направления на центр Га­лактики.

Вопрос о происхождении местно­го «пузыря» и местного межзвездно­го облака все еще остается откры­тым. Некоторые астрономы полага­ют, что они образовались в прос­транстве между спиральными рука­вами нашей Галактики после его очищения от плотной межзвездной материи могучими ударными волна­ми, возникавшими в процессе звез­дообразования в созвездиях Скорпи­она, Центавра и Ориона. Другие ученые уверены, что причиной обра­зования этого относительно свобод­ного пространства стала вспышка Сверхновой в окрестностях Солнца. Происхождение самого термина «пузырь» связано с идеей, что Сол­нечная система находится внутри остатка Сверхновой.

Местный межзвездный ветер, дую­щий через нашу планетную систему, взаимодействует с солнечным вет­ром, который представляет собой го­рячую плазму, состоящую из заря­женных частиц (в основном это про­тоны, ядра гелия и электроны) и уно­сящуюся от Солнца с высокой скорос­тью. Источником этого ветра являет­ся солнечная корона, раскаленная до миллионов градусов. Ее как раз очень хорошо видно во время полного солнечного затмения в виде восхити­тельного венца, окружающего диск. Солнечный ветер также содержит магнитное поле, спирально закручен­ное вследствие вращения Солнца. Он выдувается из короны со сверхзвуко­вой скоростью и достигает орбиты Плутона прежде, чем встречает на своем пути межзвездный ветер. По мере приближения солнечного ветра к границам Солнечной системы его плотность и скорость уменьшаются. На расстоянии 80-100 астрономичес­ких единиц формируется ударная зо­на, образование которой связано с пе­реходом скорости солнечного ветра от    сверхзвуковой    к    дозвуковой. Окончательная остановка солнечного ветра происходит в зоне торможения, расположенной в 130-150 астрономи­ческих единицах от Солнца. Совре­менная модель гелиосферы предпола­гает, что она по форме очень похожа на капельку воды. Такая красивая форма обусловлена в основном обте­канием межзвездным ветром плазмы солнечного ветра.

Внутрь гелиосферы проникают по большей части нейтральные меж­звездные атомы водорода и гелия. Причем 98% газа внутри гелиосфе­ры (исключая газ, связанный с ко­метами и планетарными телами) составляет межзвездный газ. Это происходит потому, что плотности солнечного и межзвездного ветров в районе орбиты Юпитера становятся равными.

Впервые межзвездный газ в Сол­нечной системе был открыт с помо­щью спутника, который исследовал нейтральный водород в верхних сло­ях атмосферы Земли. В межзвездном космическом пространстве водород имеет низкую температуру, поэтому его электрон занимает положение, соответствующее уровню минималь­ной энергии. Но когда нейтральный межзвездный атом водорода прибли­жается к Солнцу, он получает энер­гию от интенсивного солнечного из­лучения, и его электрон переходит на орбиту, соответствующую более вы­сокому энергетическому уровню. При возвращении в состояние с низ­кой энергией электрон в ультрафио­летовом диапазоне излучает фотон, который и фиксируется с помощью аппаратуры спутника.

Со времени этого открытия было обнаружено много других явлений, свидетельствующих о присутствии межзвездного газа в Солнечной сис­теме. В нескольких астрономических единицах от Солнца большая часть межзвездных атомов водорода иони­зирована. Атомы гелия успевают приблизиться к Солнцу на расстоя­ние в одну астрономическую едини­цу, прежде чем они ионизируются солнечным излучением, а отдельные атомы совсем избегают ионизации. Движущийся поток межзвездных атомов фокусируется солнечной гравитацией в конус, через который Земля проходит каждый год в конце ноября.

Ионизированные атомы гелия подхватываются потоком солнечно­го ветра и уносятся к границе гели­осферы. Поскольку такие «подхва­ченные» ионы являются продукта­ми взаимодействия солнечного вет­ра с межзвездным веществом, изме­рение их количества и характерис­тик является ключом к разгадке свойств самого межзвездного ве­щества. Открытие «подхваченных» ионов произошло в середине 1980-х годов.

После достижения ионами гелия ударной зоны на границе гелиосфе­ры, они ускоряются и образуют ком­понент, известный как «аномальная составляющая космических лучей». «Аномальными» они являются пото­му, что их энергии недостаточно для проникновения в Солнечную систему снаружи, они должны были сформироваться внутри нее. Други­ми словами, мы наблюдаем, как эти частицы буквально носятся внутри гелиосферы: они влетают в Солнеч­ную систему как нейтральные ато­мы, движутся к границе гелиосферы как «подхваченные ионы» и снова возвращаются внутрь Солнечной системы уже в виде «аномальных космических лучей».

Но частички размером с атом — это не единственные «пришельцы», залетающие в Солнечную систему из космоса. Детекторы пыли, установ­ленные на борту знаменитых косми­ческих аппаратов Ulysses и Galileo, зафиксировали поток крупных пы­левых частичек, движущихся с той же скоростью и в том же направле­нии, что и местный межзвездный ве­тер. Их размер составляет 0,2-6 мкм (меньшие пылевые частички элек­трически заряжены, поэтому им не удается проникнуть во внутренние области Солнечной системы). Самые крупные частички имеют траекто­рии, совершенно не зависящие от солнечного ветра или циклов солнеч­ной активности. Почти так же, как атомы гелия, эти частицы фокусиру­ются солнечной гравитацией, и Зем­ля каждый год в конце ноября проходит через их уплотненный поток.

Наше галактическое окружение изменяется, и мы не знаем, какие еще объекты могут нам встретиться в будущем. Наблюдения соседних межзвездных облаков показывают, что в них существуют небольшие по размерам уплотнения (размером от 100 до 10 000 а.е.), которые могут содержать до 1000 частиц в кубичес­ком сантиметре! При прохождении Солнцем подобной уплотненной ту­манности размеры гелиосферы из­менились бы просто катастрофичес­ки. Компьютерное моделирование такой встречи показывает, что если бы плотность местного межзвездно­го ветра выросла до 10 частиц в ку­бическом сантиметре, гелиосфера сжалась бы до 15 а. е., а гелиопауза потеряла бы стабильность. Плот­ность межзвездного водорода на рас­стоянии 1 а. е. выросла бы до 2 ато­мов в кубическом сантиметре, что значительно изменило бы состав среды, окружающей Землю. При плотности местного межзвездного ветра 1000 частиц в кубическом сан­тиметре, такие планеты как Сатурн, Уран, Нептун и Плутон полностью погрузились бы в межзвездный газ. Но в пределах земной орбиты сол­нечный ветер по-прежнему преобла­дал бы над межзвездным. Поэтому можно сказать, что солнечный ветер защищает внутренние планеты от изменений в галактическом окруже­нии Солнца.

Существуют свидетельства, что подобные изменения могли неоднок­ратно происходить в прошлом. Ис­следования концентрации берил-лия-10 (период полураспада 1,5 милли­она лет) в Антарктике обнаружили два всплеска, произошедшие 60 000 и 33 000 лет назад. Такие всплески объясняются сильным изменением уровня космических лучей, которое могло быть следствием либо вспыш­ки    недалекой    Сверхновой, либо встречи с плотной частью местного межзвездно­го облака. В пользу возможной вспышки Свер­хновой говорит обнаружение уровня повышен­ной концентрации железа-60 в отложениях морского дна. Железо-60 — радиоактивный изотоп железа, образующийся при вспышках Сверхновых. Это открытие, возможно, свиде­тельствует о вспышке Сверхновой около 5 млн. лет назад на расстоянии до 90 световых лет от Солнца.

Для исследователей в этой области открыва­ются широчайшие возможности! Ведь понима­ние взаимодействия межзвездного и солнечного ветров в прошлом и настоящем дало бы возмож­ность прогнозировать поведение гелиосферы в будущем. Значительную помощь здесь могло бы оказать составление максимально подробной галактической карты.

Наилучшим решением вопроса стал бы за­пуск межзвездного зонда для непосредствен­ных измерений параметров среды. Это дало бы возможность детально изучить свойства мест­ных газово-пылевых облаков: плотность, ио­низацию, молекулярный состав, интенсив­ность магнитных полей, динамические харак­теристики их взаимодействия с солнечным ветром. Если бы программа по запуску такого зонда получила финанси­рование, то результаты можно было бы ожидать уже в ближайшем буду­щем. Ведь использование современных двигателей и пертурбационных манев­ров в гравитационных по­лях планет Солнечной сис­темы позволяет разогнать космический аппарат до скоростей 4000 км/с. Гра­ниц Солнечной системы он достиг бы через 15 лет пос­ле запуска. Это событие станет началом новой эры окончательного выхода в межзвездное пространство!

Подождем еще немного.

Александр Пугач

« Предыдущая — След.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: