Космическая пыль: характеристики, виды и теория - наука

Из чего состоит межзвездная пыль?

Строение межзвездной пыли

Эти микроскопические частицы имеют ядро, которое формируется в газовой оболочке звезд и полностью зависит от ее состава. Например, из крупиц углеродных светил образуется графитовая пыль, а из кислородных – силикатная. Это интересный процесс, длящийся целыми десятилетиями: при остывании звезды теряют свои молекулы, которые улетая в пространство, соединяются в группы и становятся основой ядра пылинки. Далее формируется оболочка из атомов водорода и более сложных молекул. В условиях низких температур межзвездная пыль находится в виде кристалликов льда. Странствуя по Галактике, маленькие путешественники теряют часть газа при нагревании, но место улетевших молекул занимают новые.

История открытия

Природа межзвёздной среды столетиями привлекала внимание астрономов и учёных. Термин «межзвёздная среда» впервые был использован Ф

Бэконом в 1626 году. «О, Небеса между звёздами, они имеют так много общего со звёздами, вращаясь (вокруг Земли) также как любая другая звезда». Позднее натурфилософ Роберт Бойль в 1674 году возражал: «Межзвёздная область небес, как полагают некоторые современные эпикурейцы, должна быть пустой».

После создания современной электромагнитной теории некоторые физики постулировали, что невидимый светоносный эфир является средой для передачи световых волн. Они также полагали, что эфир заполняет межзвёздное пространство. Р. Паттерсон в 1862 году писал: «Это истечение является основой вибраций или колебательных движений в эфире, который заполняет межзвёздное пространство».

Применение глубоких фотографических обзоров ночного неба позволило Э. Барнарду получить первое изображение тёмной туманности, которое силуэтом выделялось на фоне звёзд галактики. Однако, первое открытие холодной диффузной материи было сделано Д. Гартманом в 1904 году после обнаружения неподвижного спектра поглощения в спектре излучения , наблюдавшихся с целью проверки эффекта Доплера.

В своём историческом исследовании спектра Дельты Ориона Гартман изучал движение по орбите компаньонов системы Дельты Ориона и свет, приходящий от звезды и понял, что некоторая часть света поглощается на пути к Земле. Гартман писал, что «линия поглощения кальция очень слаба», а также, что «некоторым сюрпризом оказалось то, что линии кальция на длине волны 393,4 нанометров не движутся в периодическом расхождении линий спектра, которое присутствует в ». Стационарная природа этих линий позволила Гартману предположить, что газ, ответственный за поглощение не присутствует в атмосфере Дельты Ориона, но, напротив, находится вне звезды и расположен между звездой и наблюдателем. Это исследование и стало началом изучения межзвездной среды.

После исследований Гартмана, в 1919 году, Эгер во время изучения линий поглощения на волнах 589,0 и 589,6 нанометров в системах Дельты Ориона и Беты Скорпиона обнаружил в межзвёздной среде натрий.

Дальнейшие исследования линий «H» и «K» кальция Билзом (1936) позволили обнаружить двойные и несимметричные профили спектра Эпсилон и Дзета Ориона. Это были первые комплексные исследования межзвёздной среды в созвездии Ориона. Асимметричность профилей линий поглощения была результатом наложения многочисленных линий поглощения, каждая из которых соответствовала атомным переходам (например, линия «K» кальция) и происходила в межзвёздных облаках, каждое из которых имело свою собственную лучевую скорость. Так как каждое облако движется с разной скоростью в межзвёздном пространстве, как по направлению к Земле, так и удаляясь от неё, то в результате эффекта Доплера, линии поглощения сдвигались, либо в фиолетовую, либо в красную сторону соответственно. Это исследование подтвердило, что материя не распределена равномерно по межзвёздному пространству.

Интенсивные исследования межзвёздной материи позволили У. Пикерингу в 1912 году заявить, что «межзвёздная поглощающая среда, которая как показал Каптейн, поглощает только на некоторых волнах, может свидетельствовать о наличии газа и газообразных молекул, которые исторгаются Солнцем и звёздами».

В том же 1912-м году Виктор Гесс открыл космические лучи, энергичные заряженные частицы, которые бомбардируют Землю из космоса. Это позволило заявить некоторым исследователям, что они также наполняют собой межзвёздную среду. Норвежский физик Кристиан Биркеланд в 1913 году писал: «Последовательное развитие нашей точки зрения заставляет предполагать, что всё пространство заполнено электронами и свободными ионами всякого рода. Мы также склонны полагать, что все звёздные системы произошли от заряженных частиц в космосе. И совершенно не кажется невероятным думать, что большая часть массы Вселенной, может быть найдена не в звёздных системах или туманностях, но в „пустом“ пространстве»

Торндайк в 1930 году писал: «Было бы ужасно осознавать, что существует непреодолимая пропасть между звёздами и полной пустотой. Полярные сияния возбуждаются заряженными частицами, которые эмитирует наше Солнце. Но если миллионы других звёзд также испускают заряженные частицы, а это непреложный факт, то абсолютный вакуум вообще не может существовать в галактике».

Космическая пыль

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.

Пыль земного происхождения

Вулканическая 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.

Серебристые облака

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

Тунгусский метеорит

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.

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.

Владимир Иванович Вернадский

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».

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.

by HyperComments

Кольца

На нескольких планетах нашей Солнечной системы есть кольца из космической пыли, образовавшиеся в результате столкновений астероидов.

Остатки столкновений проходят через солнечную систему и часто ударяются о поверхность лун, распадаясь на крошечные частицы. Поверхность нашей Луны покрыта мелкой пылью от этих ударов.

Часть пыли остается вокруг спутника, образуя слабый ореол, как у больших спутников Юпитера Ганимеда и Каллисто. А также распространяется по орбитам спутников, образуя кольца, поэтому его еще называют круговая пыль.

Это источник слабых колец Юпитера, впервые обнаруженных зондом «Вояджер». Столкновения с астероидами происходят из-за малых спутников Юпитера Метис, Адрастея, Амальтея и Фива (рис. 3).

Система Юпитера также выбрасывает в космос большое количество пыли из-за извержений вулканов на луне Ио. Но газовый гигант — не единственный, у кого есть кольца космической пыли, поскольку они есть у Урана и Нептуна.

Что касается знаменитых колец Сатурна, то их происхождение несколько иное: считается, что это остатки ледяной луны, столкнувшейся с новообразованной планетой-гигантом.

Зодиакальный свет

Наблюдать свидетельства существования космической пыли просто. Полоса рассеянного света в форме конуса или треугольника называется зодиакальный свет которая появляется в небе там, где выходит эклиптика. Иногда его называют «ложным рассветом», и его изучал Доменико Кассини в 17 веке.

В северном полушарии он в основном виден в сумерках весной (с конца января до начала апреля) или на рассвете осенью. Со своей стороны, наблюдатели в южном полушарии должны искать его в сумерках в конце лета и в начале осени или перед восходом солнца весной.

Наконец, для тех, кто находится в экваториальных широтах, зодиакальный свет виден круглый год.

Название связано с тем, что светимость находится над созвездиями Зодиака, и лучшее время для ее наблюдения — ясные безлунные ночи, вдали от светового загрязнения, предпочтительно в течение двух недель после полнолуния.

Зодиакальный свет возникает из-за скопившейся в экваториальной плоскости Солнца космической пыли, рассеивающей свет звезды.

Состав и характеристика компонентов космической пыли

Состав космической пыли можно рассмотреть на примере основных моделей данного вещества. К ним относятся такие подвиды:

Ледяные частицы, в структуру которых входит ядро с тугоплавкой характеристикой. Оболочка подобной модели состоит из легких элементов. В частицах крупного размера находятся атомы с элементами магнитного свойства.
Модель MRN, состав которой определяется наличием силикатных и графитовых вкраплений.
Оксидная космическая пыль, в основу которой входят двухатомные окислы магния, железа, кальция и кремния.

Общая классификация по химическому составу космической пыли:

Шарики с металлической природой образования. В состав таких микрочастиц входит такой элемент, как никель.
Металлические шарики с наличием железа и отсутствием никеля.
Окружности на силиконовой основе.
Железо-никелевые шарики неправильной формы.

Трудности в определении состава изучаемого объекта и дифференцирование его от примесей земного происхождения оставляют этот вопрос открытым для дальнейших исследований.

Источник

Красный гигант Мира .

Межзвездная пыль в основном образована звездами, вступившими в фазу эволюции красных гигантов . Подавляющее большинство межзвездных частиц происходит из звездных остатков, выброшенных ими в конце своей жизни .

Состав пыли в основном определяется температурой материнских звезд. Некоторые молекулы образуются только при очень высоких температурах, в то время как другие образуются при более низких температурах .

Согласно современным знаниям, пыль образуется в оболочках звезд, которые подверглись поздней эволюции и которые имеют определенные наблюдаемые признаки .
Например, в инфракрасном диапазоне вокруг «холодных» звезд (гигантских звезд, богатых кислородом ) наблюдаются характерные для силикатов излучения с длиной волны около 9,7 мкм . Мы также можем наблюдать эмиссию около 11,5 мкм из-за карбида кремния вокруг других типов холодных ( ).

Кроме того, зерна образуются в непосредственной близости от ближайших звезд в реальном времени; Например:

а) выброс, исходящий от новых и сверхновых звезд .
б) звезда R Coronae Borealis, которая, кажется, выбрасывает дискретные облака, содержащие газ и пыль.

Солнечная система

Большая часть пыли, обнаруженной в Солнечной системе, была преобразована и переработана из объектов и тел в межзвездных средах. Пыль часто сталкивается со звездами, такими как астероиды и кометы . Каждый раз он трансформируется новыми компонентами, из которых состоят эти тела.

Теории происхождения космической пыли

Распад небесных тел. Некоторые ученые считают, что космическая пыль — не что иное, как результат разрушения астероидов, комет и метеоритов.
Остатки облака протопланетного типа. Есть версия, по которой космическую пыль относят к микрочастицам протопланетного облака. Впрочем, такое предположение вызывает некоторые сомнения по причине недолговечности мелкодисперсного вещества.
Результат взрыва на звездах. Вследствие этого процесса, по мнению некоторых специалистов, происходит мощный выброс энергии и газа, что приводит к образованию космической пыли.
Остаточные явления после формирования новых планет. Так называемый строительный «мусор» стал основой для возникновения пыли.

Примечания и ссылки

(фр + еп) запись , на TERMIUM Plus, по терминологии и лингвистической базе данных в правительстве Канады (доступ к 13 ноября 2014 года)
↑ и (in) Фрэнк Джингард, Манави Джадхав, Ларри Р. Ниттлер, Ронда Страуд и г-н Эрнст Зиннер, « Бонанза: чрезвычайно широкая зернистая пыль от сверхновой », Geochimica and Cosmochimica Acta, vol. 221,15 января 2018 г., стр. 60-86 ( DOI ).
↑ и , стр. 262–263
(in) Э. Грюн Х. Зук, г-н Багул, А. Балог, Баме С. и др. , « Открытие космическим кораблем Улисс потоков юпитерианской пыли и межзвездных зерен », Nature, vol. 362, г.1 — го апреля 1993, стр. 428-430 ( DOI ).
.
(in) Роберта М. Хамфрис, Дональд У. Стрекер и Е.П. Ней, » Спектроскопические и фотометрические наблюдения M-сверхгигантов в Карине «, Astrophysical Journal, vol. 172, г.1972 г., стр. 75- .
, стр. 164–167.
, стр. 147-148.
Boulanger, F .; Кокс, П. и Джонс, А. П. (2000). «Курс 7: Пыль в межзвездной среде» Инфракрасная космическая астрономия, сегодня и завтра : 251, в каком томе представлена страница? p., F. Casoli, J. Lequeux и F. David.
(in)
(в) Шарлине Лефевр Laurent Pagani, Билал Ladjelate Михеля Мин Хироюки Hirashita Роберт Zylka, « Dust Evolution в дозвездных сердечниках », ПОЯВЛЯЕТСЯ в работе Международной конференции под названием мм Вселенной, п о 1911.03257,14 ноября 2019 г.,, стр. 2
↑ и (ru) Отделение астрономии ОГУ, (доступ 30 ноября 2010 г. )
(in) LB D’Hendecourt, LJ Allamandola и JM Greenberg, » Обогащение летучими элементами хондритовых частиц межпланетной пыли «, Astronomy and Astrophysics, vol. 152,1985 г., стр. 130–150
(ru) Дж. М. Гринберг, » Радикальное образование, химическая обработка и взрыв межзвездных зерен «, Астрофизика и космическая наука (Симпозиум по астрофизике твердого тела, Университетский колледж, Кардифф, Уэльс, 9-12 июля 1974 г.), т. 139,1976 г., стр. 9–18
Джеймс Лекё, Межзвездная среда: межзвездная пыль, Les Ulis / Paris, EDP Sciences ,2002 г., 467 с. , стр. 168
(in) Эберхард Грюн, Межпланетная пыль, Берлин, Спрингер,2001 г., 804 с.
Хьюберт Ривз, « Происхождение Вселенной », Philosophical Horizons, т. 2,1992 г., стр. 21 год
(in) К. Лейнерт и Э. Груен (1990) «Межпланетная пыль», Физика и химия в космосе (Р. Швенн и Э. Марш, ред.) . Стр. 204-275, Springer-Verlag.
(in) Калифорнийский технологический институт, (по состоянию на 24 ноября 2010 г. )
(in) (по состоянию на 13 ноября 2014 г. )
(ru) Эндрю Дж. Вестфаль и др. , (последний просмотр 13 ноября 2014 г. )
(in) Дэвид К. Эгл, Дуэйн С. Браун и Уильям П. Джеффс, на jpl.nasa.gov
(ru) Эндрю Дж. Вестфаль и др. , « Доказательства межзвездного происхождения семи пылевых частиц, собранных космическим кораблем Stardust », Science, vol. 345, п о 6198,15 августа 2014 г., стр. 786-791 Соавторами статьи, помимо Эндрю Дж. Вестфала, являются: Ронда М. Страуд, Ханс А. Бехтель, Фрэнк Э. Бренкер, Анна Л. Баттерворт, Джордж Дж. Флинн, Дэвид Р. Франк, Зак Гейнсфорт, Джон К. Хиллер, Фрэнк Постберг, Александр С. Симионович, Верле Дж. Стеркен, Ларри Р. Ниттлер, Карлтон Аллен, Дэвид Андерсон, Асна Ансари, Саша Байт, Рон К. Бастьен, Набиль Бассим, Джон Бриджес, Дональд Э. Браунли, Марк Берчелл, Манфред Бургхаммер, Хитеш Чангела, Питер Клоутенс, Эндрю М. Дэвис, Райан Долл, Кристин Флосс, Эберхард Грюн, Филипп Р. Хек, Питер Хопп, Брюс Хадсон, Иоахим Хут, Антон Кирсли, Эшли Дж. Кинг, Барри Лай, Ян Лейтнер, Лоуренс Лемель, Ариэль Леонард, Хьюг Леру, Роберт Леттьери, Уильям Марчант, Райан Оглиоре, Вей Цзя Онг, Марк К. Прайс, Скотт А. Сэндфорд, Хуан-Анхель Санс Трессерас, Сильвия Шмитц, Том Шунджанс, Кейт Шрайбер, Герт Сильверсмит, Висенте А. Соле, Ральф Срама, Франк Стадерманн, Томас Стефан, Жюльен Стодольна, Стивен Саттон, Марио Триелофф, Питер Цоу, Толек Тилищак, Барт Векеманс, Ласло Винче, Джошуа фон Корфф, Наоми Вордсворт, Даниэль Зевин и Майкл Э. Золенский, а также 30 714 интернет-пользователей из проекта Stardust @ home .

Что такое межзвездная пыль

Это крошечные твердые частицы из соединений углерода и кремния, похожие на мельчайший песок. Каждая такая пылинка состоит из тугоплавкого ядра и покрывающей его ледяной мантии, в которой при взаимодействии с излучением могут образоваться органические вещества. Размер космических пылинок варьируется от долей микрометра до нескольких сантиметров. Такая пыль связана с формированием звезд нового поколения, планетными системами и образованием в космосе сложных химических соединений. Всего пыли в межзвездном пространстве примерно 1% от общего количества вещества, находящегося между звездами.

Сама пыль образовалась в результате эволюции звезд. Это происходит на поздней стадии эволюции красных гигантов и при взрыве некоторых сверхновых. Большое количество пыли обнаруживается в межзвездных газопылевых облаках, где формируются новые звезды. Это могут быть холодные молекулярные облака или протозвездные.

В космосе есть еще более мелкие пылинки, которые называются «полициклические ароматические углеводороды» (ПАУ), их размер составляет около миллионной доли сантиметра. В их состав входит молекулярная структура, которую называют бензольным кольцом. Обычно молекулы, у которых есть такие кольца, имеют сильные характерные запахи (бензол, нафталин), отсюда и название «ароматические». Таких колец внутри одной ПАУ может быть очень много, и точная структура этих частиц пока остается неизвестной.