Из чего состоит космическая пыль. Что такое космическая пыль? Тайна юной Вселенной

Космическая пыль

частицы вещества в межзвёздном и межпланетном пространстве. Поглощающие свет сгущения К. п. видны как тёмные пятна на фотографиях Млечного Пути. Ослабление света вследствие влияния К. п. - т. н. межзвёздное поглощение, или экстинкция, - неодинаково для электромагнитных волн разной длины λ , вследствие чего наблюдается покраснение звёзд. В видимой области экстинкция приблизительно пропорциональна λ -1 , в близкой же ультрафиолетовой области почти не зависит от длины волны, но около 1400 Å имеется дополнительный максимум поглощения. Большая часть экстинкции объясняется рассеянием света, а не его поглощением. Это следует из наблюдений содержащих К. п. отражательных туманностей, видимых вокруг звёзд спектрального класса B и некоторых др. звёзд, достаточно ярких, чтобы осветить пыль. Сопоставление яркости туманностей и освещающих их звёзд показывает, что Альбедо пыли велико. Наблюдаемые экстинкция и альбедо приводят к заключению, что К. п. состоит из диэлектрических частиц с примесью металлов при размере немного меньше 1 мкм. Ультрафиолетовый максимум экстинкции может быть объяснён тем, что внутри пылинок имеются графитовые чешуйки размером около 0,05 × 0,05 × 0,01 мкм. Из-за дифракции света на частице, размеры которой сравнимы с длиной волны, свет рассеивается преимущественно вперёд. Межзвёздное поглощение часто приводит к поляризации света, которая объясняется анизотропией свойств пылинок (вытянутой формой у диэлектрических частиц или анизотропией проводимости графита) и их упорядоченной ориентацией в пространстве. Последняя объясняется действием слабого межзвёздного поля, которое ориентирует пылинки их длинной осью перпендикулярно силовой линии. Т. о., наблюдая поляризованный свет далёких небесных светил, можно судить об ориентации поля в межзвёздном пространстве.

Относительное количество пыли определяется из величины среднего поглощения света в плоскости Галактики - от 0,5 до нескольких звёздных величин на 1 килоПарсек в визуальной области спектра. Масса пыли составляет около 1% массы межзвёздного вещества. Пыль, как и газ, распределена неоднородно, образуя облака и более плотные образования - Глобулы . В глобулах пыль является охлаждающим фактором, экранируя свет звёзд и излучая в инфракрасном диапазоне энергию, получаемую пылинкой от неупругих столкновений с атомами газа. На поверхности пыли происходит соединение атомов в молекулы: пыль является катализатором.

С. Б. Пикельнер.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Космическая пыль" в других словарях:

Частицы конденсированного вещества в межзвездном и межпланетном пространстве. По современным представлениям, космическая пыль состоит из частиц размером ок. 1 мкм с сердцевиной из графита или силиката. В Галактике космическая пыль образует… … Большой Энциклопедический словарь

КОСМИЧЕСКАЯ ПЫЛЬ, очень мелкие частицы твердого вещества, находящиеся в любой части Вселенной, в том числе, метеоритная пыль и межзвездное вещество, способное поглощать звездный свет и образующее темные ТУМАННОСТИ в галактиках. Сферические… … Научно-технический энциклопедический словарь

КОСМИЧЕСКАЯ ПЫЛЬ - метеорная пыль, а также мельчайшие частицы вещества, образующие пылевые и др. туманности в межзвёздном пространстве … Большая политехническая энциклопедия

космическая пыль - Очень маленькие частицы твердого вещества, присутствующие в мировом пространстве и выпадающие на Землю … Словарь по географии

Частицы конденсированного вещества в межзвёздном и межпланетном пространстве. По современной представлениям, космическая пыль состоит из частиц размером около 1 мкм с сердцевиной из графита или силиката. В Галактике космическая пыль образует… … Энциклопедический словарь

Образуется в космосе частицами размером от нескольких молекул до 0,1 мм. 40 килотонн космической пыли каждый год оседает на планете Земля. Космическую пыль можно также различать по её астрономическому положению, например: межгалактическая пыль,… … Википедия

космическая пыль - kosminės dulkės statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. cosmic dust; interstellar dust; space dust vok. interstellarer Staub, m; kosmische Staubteilchen, m rus. космическая пыль, f; межзвёздная пыль, f pranc. poussière cosmique, f; poussière… … Fizikos terminų žodynas

космическая пыль - kosminės dulkės statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Atmosferoje susidarančios meteorinės dulkės. atitikmenys: angl. cosmic dust vok. kosmischer Staub, m rus. космическая пыль, f … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

Частицы конденсированного в ва в межзвёздном и межпланетном пространстве. По совр. представлениям, К. п. состоит из частиц размером ок. 1 мкм с сердцевиной из графита или силиката. В Галактике К. п. образует сгущения облака и глобулы. Вызывает… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Частицы конденсированного вещества в межзвёздном и межпланетном пространстве. Состоит из частиц размером около 1 мкм с сердцевиной из графита или силиката, в Галактике образует облака, которые вызывают ослабление света, испускаемого звёздами и… … Астрономический словарь

Книги

• Детям о космосе и космонавтах , Г. Н. Элькин. Эта книга знакомит с удивительным миром космоса. На ее страницах ребенок найдет ответы на многие вопросы: что такое звезды, черные дыры, откуда появляются кометы, астероиды, из чего состоит…

Космический рентгеновский фон

Колебания и волны: Характеристики различных колебательных систем (осцилляторов).

Разрыв Вселенной

Пылевые околопланетные комплексы: fig4

Свойства космической пыли

Введение

Многие люди с восторгом любуются прекрасным зрелищем звездного неба, одного из величайших творений природы. В ясном осеннем небе хорошо заметно, как через все небо пролегает слабо светящаяся полоса, называемая Млечным Путем, имеющая неправильные очертания с разной шириной и яркостью. Если рассматривать Млечный Путь, образующий нашу Галактику, в телескоп, то окажется, что эта яркая полоса распадается на множество слабо светящихся звезд, которые для невооруженного глаза сливаются в сплошное сияние. В настоящее время установлено, что Млечный Путь состоит не только из звезд и звездных скоплений, но также из газовых и пылевых облаков .

Огромные межзвездные облака из светящихся разреженных газов получили название газовых диффузных туманностей . Одна из самых известных - туманность в созвездии Ориона , которая видна даже невооруженным глазом около средней из трех звездочек, образующих "меч" Ориона. Газы, ее образующие, светятся холодным светом, переизлучая свет соседних горячих звезд. В состав газовых диффузных туманностей входят главным образом водород , кислород , гелий и азот . Такие газовые или диффузные туманности служат колыбелью для молодых звезд, которые рождаются так же, как некогда родилась наша Солнечная система . Процесс звездообразования непрерывен, и звезды продолжают возникать и сегодня.

В межзвездном пространстве наблюдаются также диффузные пылевые туманности. Эти облака состоят из мельчайших твердых пылинок. Если вблизи пылевой туманности окажется яркая звезда, то ее свет рассеивается этой туманностью и пылевая туманность становится непосредственно наблюдаемой (рис. 1). Газовые и пылевые туманности могут вообще поглощать свет звезд, лежащих за ними, поэтому на снимках неба они часто видны как черные зияющие провалы на фоне Млечного Пути . Такие туманности называют темными. На небе южного полушария есть одна очень большая темная туманность, которую мореплаватели прозвали Угольным мешком. Между газовыми и пылевыми туманностями нет четкой границы, поэтому часто они наблюдаются совместно как газопылевые туманности.

Диффузные туманности являются лишь уплотнениями в той крайне разреженной межзвездной материи , которая получила название межзвездного газа . Межзвездный газ обнаруживается лишь при наблюдениях спектров далеких звезд, вызывая в них дополнительные. Ведь на большом протяжении даже такой разреженный газ может поглощать излучение звезд. Возникновение и бурное развитие радиоастрономии позволили обнаружить этот невидимый газ по тем радиоволнам, которые он излучает. Огромные темные облака межзвездного газа состоят в основном из водорода, который даже при низких температурах излучает радиоволны на длине 21 см. Эти радиоволны беспрепятственно проходят сквозь газ и пыль. Именно радиоастрономия помогла нам в исследовании формы Млечного Пути. Сегодня мы знаем, что газ и пыль, перемешанная с большими скоплениями звезд, образуют спираль, ветви которой, выходя из центра Галактики , обвивают ее середину, создавая нечто похожее на каракатицу с длинными щупальцами, попавшую в водоворот.

В настоящее время огромное количество вещества в нашей Галактике находится в виде газопылевых туманностей. Межзвездная диффузная материя сконцентрирована сравнительно тонким слоем в экваториальной плоскости нашей звездной системы. Облака межзвездного газа и пыли загораживают от нас центр Галактики. Из-за облаков космической пыли десятки тысяч рассеянных звездных скоплений остаются для нас невидимыми. Мелкая космическая пыль не только ослабляет свет звезд, но и искажает их спектральный состав . Дело в том, что когда световое излучение проходит через космическую пыль, то оно не только ослабляется, но и меняет цвет. Поглощение света космической пылью зависит от длины волны, поэтому из всего оптического спектра звезды сильнее поглощаются синие лучи и слабее - фотоны, соответствующие красному цвету. Этот эффект приводит к явлению покраснения света звезд, прошедших через межзвездную среду.

Для астрофизиков огромное значение имеет изучение свойств космической пыли и выяснение того влияния, которое оказывает эта пыль при изучении физических характеристик астрофизических объектов . Межзвездное поглощение и межзвездная поляризация света , инфракрасное излучение областей нейтрального водорода, дефицит химических элементов в межзвездной среде, вопросы образования молекул и рождение звезд - во всех этих проблемах огромная роль принадлежит космической пыли, рассмотрению свойств которой и посвящена данная статья.

Происхождение космической пыли

Космические пылинки возникают в основном в медленно истекающих атмосферах звезд - красных карликов , а также при взрывных процессах на звездах и бурном выбросе газа из ядер галактик . Другими источниками образования космической пыли являются планетарные и протозвездные туманности , звездные атмосферы и межзвездные облака. Во всех процессах образования космических пылинок температура газа падает при движении газа наружу и в какой-то момент переходит через точку росы , при которой происходит конденсация паров веществ , образующих ядра пылинок. Центрами образования новой фазы обычно являются кластеры . Кластеры представляют собой небольшие группы атомов или молекул, образующие устойчивую квазимолекулу. При столкновениях с уже сформировавшимся зародышем пылинки к нему могут присоединяться атомы и молекулы, либо вступая в химические реакции с атомами пылинки (хемосорбция), либо достраивая формирующийся кластер. В наиболее плотных участках межзвездной среды, концентрация частиц в которых см -3 , рост пылинки может быть связан с процессами коагуляции , при которых пылинки могут слипаться друг с другом, не разрушаясь при этом. Процессы коагуляции, зависящие от свойств поверхности пылинок и их температур, идут только в том случае, когда столкновения между пылинками происходят при низких относительных скоростях соударений.

На рис. 2 показан процесс роста кластеров космической пылинки с помощью присоединения мономеров . Получающаяся при этом аморфная космическая пылинка может представлять собой кластер атомов, обладающий фрактальными свойствами . Фракталами называются геометрические объекты : линии, поверхности, пространственные тела, имеющие сильно изрезанную форму и обладающие свойством самоподобия . Самоподобие означает неизменность основных геометрических характеристик фрактального объекта при изменении масштаба. Например, изображения многих фрактальных объектов оказываются очень похожими при увеличении разрешения в микроскопе. Фрактальные кластеры представляют собой сильно разветвленные пористые структуры, образующиеся в сильно неравновесных условиях при объединении твердых частиц близких размеров в одно целое. В земных условиях фрактальные агрегаты получаются при релаксации паров металлов в неравновесных условиях , при образовании гелей в растворах, при коагуляции частиц в дымах. Модель фрактальной космической пылинки показана на рис. 3. Отметим, что процессы коагуляции пылинок, происходящие в протозвездных облаках и газопылевых дисках , значительно усиливаются при турбулентном движении межзвездного вещества.

Ядра космических пылинок, состоящие из тугоплавких элементов , размером в сотые доли микрона образуются в оболочках холодных звезд при плавном истечении газа или во время взрывных процессов. Такие ядра пылинок устойчивы ко многим внешним воздействиям.

В межзвездном и межпланетном пространстве встречаются мелкие частицы твердых тел — то, что в повседневной жизни мы называем пылью. Скопление этих частиц мы именуем космической пылью, чтобы отличить ее от пыли в земном значении, хотя их физическое строение сходно. Это частицы размером от 0,000001 сантиметра до 0,001 сантиметра, химический состав которых, в общем, до сих пор неизвестен.

Частицы эти, нередко образуют облака, которые обнаруживаются разными путями. Так, например, в нашей планетной системе присутствие космической пыли было обнаружено благодаря тому, что солнечный свет, рассеиваясь на ней, вызывает явление, издавна известное как «зодиакальный свет». Зодиакальный свет мы наблюдаем в исключительно ясные ночи в виде слабо светящейся полосы, тянущейся на небе вдоль Зодиака, он постепенно слабеет, по мере того как мы отдаляемся от Солнца (находящегося в это время за горизонтом). Измерения интенсивности зодиакального света и изучение его спектра показывают, что он происходит от рассеивания солнечного света на частицах, образующих облако космической пыли, окружающих Солнце и достигающих орбиты Марса (Земля, таким образом, находится внутри облака космической пыли).
Присутствие облаков космической пыли в межзвездных пространствах обнаруживается таким же путем.
Если какое-нибудь облако пыли очутится вблизи относительно светлой звезды, то свет от этой звезды будет рассеиваться на облаке. Мы обнаруживаем тогда это облако пыли в виде светлого пятнышка, именуемого «нерегулярной туманностью» (рассеянной туманностью).
Иногда облако космической пыли становится видимым потому, что оно загораживает собой расположенные за ним звезды. Тогда мы его различаем в виде относительно темного пятна на фоне усеянного звездами небесного пространства.
Третий путь обнаружения космической пыли — изменение цвета звезд. Звезды, которые находятся за облаком космической пыли, в общем, более интенсивно красные. Космическая пыль, так же, впрочем, как и земная, вызывает «покраснение» света, который через нее проходит. Это явление мы часто можем наблюдать на Земле. В туманные ночи мы видим, что фонари, расположенные от нас вдалеке, сильнее окрашены в красный цвет, чем ближние фонари, свет которых практически остается неизменным. Мы должны однако сделать оговорку: изменение окраски вызывает только пыль, состоящая из малых частиц. И именно такая пыль чаще всего встречается в межзвездных и межпланетных пространствах. А из факта, что пыль эта вызывает «покраснение» света звезд, лежащих за ней, мы делаем вывод, что размеры ее частиц малы, около 0.00001 см.
Нам точно неизвестно, откуда берется космическая пыль. Вернее всего, она возникает из тех газов, которые постоянно выбрасывают звезды, особенно молодые. Газ при низких температурах замерзает и превращается в твердое тело — в частицы космической пыли. И, наоборот, часть этой пыли, очутившись в относительно высокой температуре, например поблизости от какой-нибудь горячей звезды, либо во время столкновения двух облаков космической пыли, что, в общем говоря, в нашей области Вселенной явление нередкое, снова превращается в газ.

Откуда же берется космическая пыль? Наша планета окружена плотной воздушной оболочкой – атмосферой. В состав атмосферы, кроме известных всем газов, входят ещё и твёрдые частички – пыль.

В основном она состоит из частиц почвы, поднимающихся вверх под действием ветра. При извержении вулканов часто наблюдаются мощные пылевые облака. Над большими городами висят целые «пылевые шапки», достигающие высоты в 2-3 км. Число пылинок в одном куб. см воздуха в городах достигает 100 тысяч штук, в то время как в чистом горном воздухе их содержится всего несколько сотен. Однако пыль земного происхождения поднимается на сравнительно небольшие высоты – до 10 км. Вулканическая пыль может достигать высоты 40-50 км.

Происхождение космической пыли

Установлено присутствие пылевых облаков на высоте, значительно превышающей 100 км. Это так называемые «серебристые облака», состоящие из космической пыли.

Происхождение космической пыли чрезвычайно разнообразно: в неё входят и остатки распавшихся комет, и частицы вещества, выброшенного Солнцем и принесённого к нам силой светового давления.

Естественно, что под действием земного притяжения значительная часть этих космических пылинок медленно оседает на землю. Присутствие такой космической пыли было обнаружено на высоких снеговых вершинах.

Метеориты

Кроме такой, медленно оседающей космической пыли, в пределы нашей атмосферы ежедневно врываются сотни миллионов метеоров – то, что мы называем «падающими звёздами». Летя с космической скоростью в сотни километров в секунду, они сгорают от трения о частицы воздуха, не успев долететь до поверхности земли. Продукты их сгорания тоже оседают на землю.

Впрочем, среди метеоров есть и исключительно большие экземпляры, долетающие до поверхности земли. Так, известно падение большого Тунгусского метеорита в 5 часов утра 30 июня 1908 года, сопровождавшееся рядом сейсмических явлений, отмеченных даже в Вашингтоне (в 9 тысячах км от места падения) и свидетельствующих о мощности взрыва при падении метеорита. Профессор Кулик, с исключительной смелостью обследовавший место падения метеорита, нашёл чащу бурелома, окружающую место падения в радиусе сотен километров. Метеорита к сожалению, ему найти не удалось. Сотрудник Британского музея Кирпатрик в 1932 году совершил специальную поездку в СССР, но к месту падения метеорита даже не добрался. Впрочем, он подтвердил предположение профессора Кулика, оценившего массу упавшего метеорита в 100-120 тонн.

Облако космической пыли

Интересна гипотеза академика В. И. Вернадского, считавшего возможным падение не метеорита, а огромного облака космической пыли, шедшего с колоссальной скоростью.

Свою гипотезу академик Вернадский подтверждал появлением в эти дни большого количества светящихся облаков, двигавшихся на большой высоте со скоростью 300-350 км в час. Этой гипотезой можно было бы объяснить и то, что деревья, окружающие метеоритный кратер, остались стоять, в то время как расположенные далее были повалены взрывной волной.

Помимо Тунгусского метеорита известен ещё целый ряд кратеров метеоритного происхождения. Первым из таких обследованных кратеров можно назвать Аризонский кратер в «Каньоне Дьявола». Интересно, что близ него были найдены не только осколки железного метеорита, но и маленькие алмазы, образовавшиеся из углерода от большой температуры и давления при падении и взрыве метеорита.
Кроме указанных кратеров, свидетельствующих о падении огромных метеоритов весом в десятки тонн, существуют ещё и более мелкие кратеры: в Австралии, на острове Эзель и ряд других.

Помимо больших метеоритов, ежегодно выпадает довольно много более мелких – весом от 10-12 грамм до 2-3 килограмм.

Если бы Земля не была защищена плотной атмосферой, мы ежесекундно подвергались бы бомбардировке мельчайших космических частиц, несущихся со скоростью, превосходящей скорость пули.

Во вселенной существуют миллиарды звезд и планет. И если звезда представляет собой пылающую сферу газа, то планеты, такие как Земля, составлены из твердых элементов. Планеты формируются в облаках пыли, которые циркулируют вокруг недавно сформировавшейся звезды. В свою очередь, зерна этой пыли составлены из таких элементов, как углерод, кремний, кислород, железо и магний. Но откуда же частицы космической пыли берутся? В новом исследовании, проведенном в Институте Нильса Бора в Копенгагене, показано, что зерна пыли могут не только сформироваться в гигантских взрывах сверхновых, они могут так же пережить последующие ударные волны различных взрывов, которые воздействуют на пыль.

Компьютерное изображение того, как формируется космическая пыль при взрывах сверхновых звезд. Источник: ESO/M. Kornmesser

То, как космическая пыль была сформирована, долго было тайной для астрономов. Сами по себе элементы пыли образуются в пылающем водородном газе в звездах. Атомы водорода соединяются друг с другом во все боле и более тяжелые элементы. В результате этого звезда начинает испускать излучение в виде света. Когда весь водород будет исчерпан и не получится больше извлекать энергию, звезда умирает, а ее оболочка улетает в космическое пространство, которая формирует различные туманности, в которых опять могут рождаться молодые звезды. Тяжелые элементы формируются, прежде всего, в сверхновых, прародителями которых являются массивные звезды, погибающие в гигантском взрыве. Но как одиночные элементы слипаются вместе чтобы сформировать космическую пыль – оставалось загадкой.

“Проблема состояла в том, что даже если бы пыль формировалась вместе с элементами при взрывах сверхновых звезд, само по себе это событие такое сильное, что эти мелкие зерна просто не должны были выжить. Но космическая пыль существует, причем ее частички могут быть совершенно разных размеров. Наше исследование проливает свет на эту проблему”, – профессор Йенс Хйорт, глава центра Темной космологии в Институте Нильса Бора.

Снимок телескопа Хаббл необычной карликовой галактики, в которой возникла яркая сверхновая SN 2010jl. Снимок был получен до ее появления, поэтому стрелкой показана ее звезда-прародитель. Взорвавшаяся звезда была очень массивной, приблизительно 40 солнечных масс. Источник: ESO

В исследованиях космической пыли ученые наблюдают за сверхновыми с помощью астрономического инструмента X-shooter, установленного на комплексе Очень большой телескоп (VLT) в Чили. Он обладает удивительной чувствительностью, а три спектрографа, входящие в его состав. могут наблюдать весь световой диапазон сразу, от ультрафиолетового и видимого до инфракрасного. Хйорт объясняет, что сначала они ожидали появления “правильного” взрыва сверхновой звезды. И вот, когда это произошло, началась кампания по ее наблюдению. Наблюдаемая звезда была необычайно яркой, в 10 раз ярче обычно средней сверхновой, а ее масса была в 40 раз больше солнечной. Всего наблюдение за звездой заняло у исследователей два с половиной года.

“Пыль поглощает свет, а пользуясь нашими данными мы смогли вычислить функцию, которая могла бы нам рассказать о количестве пыли, ее составе и размере зерен. В результаты мы обнаружили действительно нечто захватывающее”, – Криста Гол.

Первый шаг на пути формирования космической пыли – мини взрыв, в котором звезда выбрасывает в космос материал, содержащий водород, гелий и углерод. Это газовое облако становится своеобразной раковиной вокруг звезды. Еще немного подобных вспышек и раковина становится плотнее. Наконец, звезда взрывается, и плотное газовое облако полностью окутывает ее ядро.

“Когда звезда взрывается, ударная взрывная волна сталкивается с плотным газовым облаком как кирпич, налетевший на бетонную стену. Все это происходит в газовой фазе при невероятных температурах. Но то место, куда ударил взрыв, становится плотным и остывает до 2000 градусов Цельсия. При такой температуре и плотности элементы могут образовать ядро и сформировать твердые частицы. Мы обнаружили зерна пыли размерами в один микрон, что является очень большим значением для этих элементов. С такими размерами они вполне смогут пережить свое будущее путешествие сквозь галактику”.

Таким образом, ученые полагают, что нашли ответ на вопрос о том, как формируется и живет космическая пыль.