Лаборатория космических исследований

Ульяновская секция Поволжского отделения Российской Академии Космонавтики им. К. Э. Циолковского

Ульяновский Государственный Университет
Есть только миг

 

 

 

 

   Звезды, образующие планетарные туманности, проживают свою жизнь более, чем за 10 000 000 000 лет, а красивые планетарные туманности окружают их всего 10 000 - 20 000 лет, то есть – одну миллионную часть их жизни (рис. 1).

 

   До образования планетарной туманности звезда средней массы  (0.8 - 8 масс Солнца) прожила миллиарды лет, в ней выгорел почти весь водород, включились реакции с гелием, образовались углерод, кислород, азот и более тяжелые элементы. Наступил период нестабильности. Ядро звезды сжалось и разогрелось, а атмосфера расширилась и остыла.

       

 

 

                     Рис. 1

       У некоторых звезд сброс атмосферы и образование планетарной туманности произошел одним импульсом (рис. 2), у некоторых – каскадом (рис. 3). После рассеяния планетарной туманности звезда, вернее ее ядро, превратится в белый карлик, который просуществует еще миллиарды лет.

          

                                Рис. 2                                                                                   Рис. 3

   Планетарные туманности – красивые, разноцветные и разнообразные по форме (рис. 4 и рис. 5). От межзвездных они отличаются более высокой степенью ионизации (на фото цвета могут быть не только натуральные, но и условные).

             

                                  Рис. 4                                                                               Рис. 5

   Примерно 20 % планетарных туманностей - кольцеобразные, ограниченные более плотным слоем (рис. 2). Он образовался от двух разных звездных ветров исходной звезды (потоков частиц). Ветер с поверхности звезды – медленный, а догоняющий его ветер от ядра сгреб частицы медленного ветра и образовал более плотный фронт.  

   Кольцевую структуру нарушает взаимодействие плазмы туманности с магнитыми полями межзвездной среды и самой звезды (рис. 6). 

 

Рис. 6

             Если исходная звезда была двойной, возможен такой случай: более массивная сбросила атмоферу, а менее массивная часть ее на себя намотала, образовав аккреционный диск и джеты (рис. 7 и рис. 8).

  

                              Рис. 7                                                                    Рис. 8

   Информацию о планетарных туманностях дают их спектры со множеством линий излучения.

   Химический состав планетарных туманностей близок к совремнному солнечному. Водород в атмосфере звезды и поэтому в туманности  еще не успел выгореть. Его линии хорошо видны в видимой и инфракрасной областях спектра, в ультрафиолете есть линии ионизированного гелия, а более тяжелые эламенты могут быть ионизированы дважды и трижды.

   Температура определяется по степени ионизации атомов и по потенциалам возбуждения наблюдаемых линий. Горячее ядро излучает кванты Лаймоновского континуума, а атомы водорода  туманности, поглощая их, ионизируются. Затем происходит рекомбинация, дробление квантов и излучение линий разноцветной Бальмеровской серии. Температура падает к периферии туманностей. Во внешних слоях наблюдаются молекулы, вокруг планетарных туманностей образуется пыль. Она поглощает свет туманностей, переизлучает его и создает избытки инфракрасного излучения.

   Плотность, вернее, разреженность туманности определяется по запрещенным линиям. Вероятность образования таких линий очень мала, так как для ее излучения электрон должен пробыть на метастабильном уровне гораздо дольше, чем при образовании разрешенной линии. В обычных условиях его выводит из спокойствия соударение с другим ионом или поглощение кванта, и только при очень низкой плотности электрон может спокойно просидеть так долго, что перейдет на более низкий  уровень и создаст запрещенную линию. Самые яркие из них – две зеленые линии дважды ионизированного кислорода. Немного слабее – голубая, тоже кислородная. Запрещенные линии наблюдаются и у других ионов.

   Свозь некотоые ажурные туманности просвечивают далекие звезды.

   Многие планетарные туманности имеют такую низкую плотность, что можно наблюдать спектр не только той стороны,  которая обращена к наблюдателю, но и противоположной стороны. В таких спектрах линии раздвоены.

   Скорость расширения туманности удобно определять по спектрам с удвоенными линиями. По принципу Доплера более коротковолновая линия смещена от нормального положения за счет приближения к наблюдателю, а более длинноволновая принадлежит обратной, удаляющейся стороне туманности. Чем сильнее расходятся двойные линии, тем больше скорость расширения туманности.

   Расстояние до планетарной туманности можно определить из треугольника, если измерить ее угловой диаметр и  противолежащий углу линейный диаметр. Но в этом и трудность: угловой диаметр с земли измерить можно, а линейный как измерить? Недавно ученые из Гонконга нашли прекрасный способ.  Используя точные данные, полученные современными космическими аппаратами, они установили зависимость между линейным размером туманности и ее поверхностной яркостью в линии Нα Бальмеровской серии, а это наблюдение также доступно с земли (рис. 9). Используя полученную зависимость и угловые диаметры они создали каталог 1100 планетарных туманностей с указанием их расстояний.

Рис. 9

   Линейный диаметр и ранее оцененая плотность туманности дают  возможность определить ее массу.

   Время жизни планетарной туманности, или через какое время она расширится так, что ее плотность сравняется с плотностью межзвездной среды, определяется по известной массе и скорости ее расширения (рис. 10 и рис. 11).

       

                             Рис. 10                                                                        Рис. 11

   Так узнали, что планетарные туманности существуют всего 10 000 - 20 000 лет. За это короткое время они обогащают межзвездную среду тяжелыми элементами, молекулами и пылью. Все это необходимо для образования новых звезд и планет (но это не единственный источник). 

   А что произойдет с ядром туманности? Выше было сказано, что оно превратится в белый карлик. Оно сожмется так, что станет размером с планету, а плотность при этом возрастет до нескольких тонн в кубическом сантиметре. Пройдут миллиарды лет. Белый карлик остынет, станет желым, оранжевым, темнокрасным,… черным. Его температура сравняется с температурой окружающей среды, он станет незаметен.

   Таких остатков звезд очень много в нашей и других галактиках. Сила притяжения этих объектов имеет очень большой градиент,  остатки белых карликов могут притягивать к себе космические корабли, но можно надеяться, что будущие навигаторы научатся обходить эту опасность, ведь чтобы вырваться из такого плена, надо потратить огромную энергию.

На сайте опубликованы статьи под именем RMR_astra

Автор этих работ - Рахиль Менашевна Разник. Через всю жизнь Рахиль Менашевна пронесла интерес к астрофизике, астрономии и смогла передать своё увлечение многим студентам, школьникам.

Помним и благодарим.

Замечательная тема! Спасибо уважаемая RMR_astra!

        Сам хотел что-то написать о планетарных туманностях. Изображения планетарных туманностей можно ставить в ряд с самыми изысканными изображениями земных цветов. Только размеры этих космических цветов или сверкающих фейерверков намного больше  всей Солнечной системы. Как и земные цветы эти фейерверки, к сожалению, увядают и гаснут. Однако звезд, которые порождают в своем последнем всплеске энергии такие цветы, очень много. Гораздо больше, чем звезд, кторые заканчивают свой путь ужасной вспышкой сверхновой. Поэтому планетарные туманности появляются постоянно, но, к сожалению, живут не очень долго. Об этом рассказано в сообщении RMR_astra. Жаль, что в ближайшем окружении Солнечной системы сейчас нет такого космического цветка, который можно видеть на ночном небе.

       Однако, возможно, не так давно, может быть те же 10-20 тысяч лет назад наши предки могли наблюдать в ночном небе переливы разлетающихся остатков оболочек двух близких звезд.  Это Сириус и Процион. Сириус располагается от Земли на расстояния порядка 9 световых лет, а Процион - 11 световых лет. Я читал, что в записях Гиппарха и Птолемея встречается упоминание, что цвет Сириуса - самой яркой звезды нашего неба , ярко алый. Сейчас мы видим Сириус ярко белой звездой. Такое изменение цвета возможно, если во времена Гиппарха и Птолемея между нами и Сириусом было пылевое или газовое облако. Оно и могло быть остатком прекрасного фейерверка. 

      На сегодняшний день Сириус и Процион - двойные звезды, одна из компонентов которых - белый карлик. Это тот тип звезд, который появляется после того, как старая звезда сбрасывает оболочку и рождает великолепный космический цветок - планетарную туманность. На сегодняшний день мы уже не видим на ночном небе этой красоты, рожденной Сириусом и Проционом, но когда-то наши предки их видели. Возможно в мифах о сотворении мира есть что-то от этих событий и, возможно, не самых радостных для человечества.

      Рождение планетарной туманности неизбежно порождает потоки заряженных частиц, которые достигнув Земли, на некоторое время увеличивают уровень радиации. Возможно, именно такое увеличение радиации и привело когда-то к Всемирному потопу. Согласно Библии, потоп возник из-за того, что дождь лил сорок дней и ночей. Это вполне разумное время для сопоставления со временем прохождения волны радиации от рождения белого карлика в системах Сириуса или Проциона. Жители Земли в те времена не могли связать эту волну радиации с красивым небесным явлением. Для того, чтобы добраться до Земли от Сириуса этой волне потребовалось несколько сотен лет.

Уважаемый zhvictorm

Очень красивое и художественное описане планетарных туманностей и вполне вероятное объяснение древних событий. 

Спасибо за такое дополнение.

Уважаемая RMR_astra!

Как бы мне хотелось любить звезды, как Вы. У звезд такая яркая, полная нераскрытых тайн, жизнь. Но звезды выбирают избранных.

Напишу комментарий, казалось бы, не по теме данной статьи. Но Ваша статья предназначена как раз для таких, об одном из которых сегодня прочитала. Это реальная история:

Глеб был в гостях, высоко на антресолях увидел синий глобус и не сводил с него глаз. Хозяйка дома заметила это, достала глобус и спросила: "Что, нравится? Тогда дарю  тебе. Мои-то дети его даже ни разу не крутанули!"

С этого момента началось увлечение Глеба космосом. На конкурсе в детском саду (!) Глеб рассказал о Млечном пути, о Солнечной системе, о самом Солнце - желтом карлике. Напугал всех! Когда через миллиард лет Солнце превратится сначала в гиганта, а потом в туманность, и жизнь на Земле прекратится, высохнут даже океаны...

Зал замер от удивления. Ведущая, видимо, тоже испугалась (наговорит еще каких-нибудь страстей), спросила:

- Может, достаточно?

Маленькие и взрослые (в зале были и родители) наперебой закричали:

- Продолжай, продолжай!

Глеб всех успокоил и сказал, что к тому времени мы найдем другую планету, пригодную для жизни. Тогда зрители вздохнули с облегчением. Раздались громкие аплодисменты.

Глеб продолжал:

- Меркурий - самая маленькая планета, крутится очень быстро. Если бы мы там жили, мы бы встречали Новый год 4 раза в год.

Многие сразу захотели жить на Меркурии.

- Венера - утренняя звезда - самая яркая и вращается не как все, а в обратную сторону. Вот такая она - воображуля.

- Земля - голубая планета. Только на ней есть жизнь. У нас есть все - кислород, леса, звери, вода в жидком состоянии, и мы можем варить компот!

Своим рассказом Глеб произвел просто фурор. Видео его выступления показали по телевидению. Логопед детского садика на следующий день спросила Глеба:

- Сколько же просуществует наша Земля?

Глеб серьезно ответил:

- Не расстраивайтесь, ни меня, ни вас тогда уже не будет!

Этот непридуманный рассказ лишний раз убеждает, что увлечение космосом дано свыше. И Вы, уважаемая RMR_astra, публикуете свои материалы для таких, как этот малыш Глеб, который, надеюсь, не изменит своему увлечению, когда станет взрослым.

Уважаемая Полина

Мальчик Глеб, возможно, станет астрофизиком и, судя по Вашему рассказу, талантливым лектором.

Материалы нашего сайта адресованы любым школьникам и студентам, знакомым с физикой. Эти небольшие статьи в первом приближении показывают, что и как узнают астрофизики о недоступных космических объектах.

Пользователи нашего сайта за очень редким исключением, не станут астрофизиками, а выберут другие специальности но, возможно, космосом интересоваться не перестанут.