От чёрных облаков к чёрным дырам - Нарликар Джаиант - Страница 12

Мы уже отмечали, что в силу закона обратных квадратов для освещённости, чем больше удалён источник света от нас, тем он кажется слабее. Когда мы удаляемся от уличного фонаря, мы видим, как он становится все тусклее и тусклее. Но есть и другая причина, по которой даже совсем близкий свет фонаря может казаться тусклым. Если в воздухе густой туман, то свет будет ослабевать, даже если источник не очень далеко, так как будет поглощаться и рассеиваться частичками тумана.

Точно так же рассеяние и поглощение в Галактике приводит к ослаблению света звёзд, доходящего до нас. По этой причине звезда кажется нам более тусклой, чем она была бы в случае, когда по дороге не встречалось бы никакого ослабляющего свет вещества. В результате видимая величина такой звезды будет больше, чем она была бы без межзвёздного поглощения. Если пользоваться нашей формулой в том виде, как она приведена, мы будем все время переоценивать расстояние до звезды.

В начале нашего века явление межзвёздного поглощения не было известно. Если вернуться назад и взглянуть на фотографию Млечного Пути на рис. 17, то мы заметим тёмные области, перемежающиеся со светлыми. Если светлые пятна связаны со светом звёзд, то чему отвечают тёмные пятна? Раньше считали, что наличие этих пятен означает отсутствие звёзд. Сейчас же мы понимаем, что звёзды имеются и в этих тёмных областях, но их свет не может достичь нас из-за мешающей ему пыли. Подобное межзвёздное поглощение света может проявляться в самой разной степени, от лёгкого ослабления света звезды до полного его гашения. Туманность Конская голова, показанная на рис. 25, является классическим примером облака межзвёздной пыли.

Рис. 25. Туманность Конская голова

Таким образом, многие из более ранних оценок звёздных расстояний в нашей Галактике должны быть пересмотрены сторону уменьшения с учётом эффекта межзвёздного поглощения! Это было, также причиной того, почему прежние исследователи, вроде Гершелей, считали, что Галактика в целом имеет своим центром Солнце. Дело в том, что при более ограниченных наблюдательных возможностях эти учёные не могли видеть звёзды, находящиеся дальше некоторого расстояния, примерно одинакового во всех направлениях. Они не могли, например, видеть истинный центр Галактики, так как свет от столь далёких областей почти полностью гасился на пути к Земле.

Конечно, поглощение не так сильно для длин волн, больших, чем у видимого света, и именно поэтому мы имеем возможность воспроизвести общую картину Галактики. В частности, очень важными в понимании структуры Галактики были исследования с использованием волн длиной 21 см (рис. 26).

Рис. 26. Карта Галактики, которая построена с помощью изображений, полученных регистрацией излучения на длине волны 21 см. Сквозь более плотные области просвечивают спиральные рукава

Следует заметить, что газ в Галактике не играет главной роли в процессе поглощения света. Считается, что основные виновники — твёрдые частички вещества, которые значительно более эффективно, чем атомы или молекулы газа, ослабляют свет звёзд либо за счёт поглощения его, либо за счёт рассеяния по разным направлениям. Теоретики могут рассчитать, какое ослабление света вызовет твёрдое зёрнышко определённого размера и состава, и подобные расчёты позволяют построить модели того, из чего состоит межзвёздная пыль. Наиболее приемлемыми кандидатами являются твёрдый водород, графит, силикаты, а типичный размер зёрен — порядка микронов (1 микрон = 1/1000 мм). Проверка модели заключается в её способности правильно воспроизвести наблюдаемое ослабление света для различных длин волн.

Если нам известна степень поглощения, мы можем исправить ранее преувеличенные расстояния до удалённых звёзд. Именно это и было сделано в 1920-е годы, когда астрономы установили правильные размеры Галактики.

Имеются и некоторые другие методы определения расстояний до звёзд, использующих специальные свойства отдельных типов звёзд или звёздных скоплений. Мы не будем входить во все детали, так как нашей главной целью было описать общие методы, используемые для измерения расстояний до звёзд в Галактике. С помощью этих методов получены достаточно точные значения расстояний до ближайших звёзд, вплоть до 20 пк, и приближённые значения расстояний до более далёких звёзд. Точность любого метода неизбежно падает, когда мы наблюдаем все более далёкие звёзды.

Теперь, когда нам известно, как далеки звёзды и как они ярки, можно полностью перейти к решению главной задачи книги — изучению того, как меняется с возрастом структура звезды и как эти изменения фиксируются астрономическими наблюдениями.

Глава 5 РОЖДЕНИЕ ЗВЕЗДЫ

Приступим к рассказу об истории жизни звезды, начиная с её рождения. Согласно современным теориям образования звёзд, эта история начинается внутри тёмного межзвёздного облака газа и пыли.

Рис. 27. Туманность Ориона. Наличие молекул оксида углерода отмечено буквами СО. Образование звёзд происходит в области инфракрасных источников: 1 - молекулярное облако, 2 — инфракрасные источники

На рис. 27 показана туманность Ориона. Это облако газа, внутри которого рождаются звёзды. Яркая часть Облака освещена вновь народившимися звёздами. Но в этом облаке содержится значительно больше того, что может увидеть глаз. Если мы ограничимся светом от этого облака, приходящим к нам в видимой области, то потеряем существенную информацию. С развитием в 60—70-е годы техники микроволновой инфракрасной астрономии межзвёздные облака начали раскрывать многие до той поры скрытые тайны своего устройства531 .

531. Ряд этих результатов предвосхитил Хойл в своём замечательном научно-фантастическом романе «Чёрное облако», опубликованном в 1950 г. ГИГАНТСКИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОБЛАКА

Туманность Ориона и тёмное окружение, показанные на рис. 27, образуют так называемое Гигантское молекулярное облако (ГМО). Гигантское — потому что оно имеет очень большие размеры, молекулярное — потому что, как выяснилось, оно содержит молекулы, т.е. комбинации атомов в форме химических соединений. Каждая молекула, как и атом (см. гл. 2), имеет свои энергетические уровни. Интересующие астрономов энергетические уровни возникают в результате внутренних вращений молекулы. И так же, как в случае атомов, молекула изменяет состояние вращения, либо поглощая излучение и переходя в состояние с большей энергией, либо испуская излучение и опускаясь в состояние с меньшей энергией.

Характерные частоты излучения молекул существенно меньше, чем у атомов, и имеют величины порядка 1011 Гц. Как видно из табл. 2; эти частоты лежат в микроволновой области. Настроив антенну на характерную частоту данной молекулы, астроном может детектировать наличие и плотность молекул данного сорта в облаке. На рис. 28 показан микроволновый приёмник диаметром 11 м, используемый для подобных наблюдений. Он работает с волнами длиной больше 1 мм.

Рис. 28. Работающий на миллиметровых волнах телескоп в обсерватории Китт Пик. (штат Аризона), предназначенный для детектирования молекулярных линий в межзвёздных облаках

Приводимая ниже табл. 5 даёт некоторое представление о богатстве полученных таким путём данных. Межзвёздное пространство было бы само по себе совершенно неинтересным, если бы не возможность узнать состав ГМО. Заметим, что там присутствуют не только неорганические, но и органические молекулы. Тот факт, что многие из последних являются частями основной биологической молекулы ДНК, позволяет поставить интригующий вопрос, не могут ли существовать в пространстве жизнеспособные системы, раз уж там имеются их основные строительные блоки. Таблица 5. Молекулы в пространстве541 Число атомов