Kakšno svetlobo absorbirajo delci vesoljskega prahu? Zbirka dokumentov KSE o študiju Tunguškega meteorita

Supernova SN2010jl Fotografija: NASA/STScI

Astronomi so prvič v realnem času opazili nastajanje kozmičnega prahu v neposredni bližini supernove, kar jim je omogočilo, da ga pojasnijo skrivnostni pojav, ki poteka v dveh fazah. Proces se začne kmalu po eksploziji, a traja več let, pišejo raziskovalci v reviji Nature.

Vsi smo sestavljeni iz zvezdni prah, iz elementov, ki so gradbeni material za nove nebesna telesa. Astronomi že dolgo domnevajo, da ta prah nastane, ko zvezde eksplodirajo. Toda kako točno se to zgodi in kako se prašni delci ne uničijo v bližini galaksij, kjer poteka aktivna aktivnost, je do zdaj ostala skrivnost.

To vprašanje je bilo najprej pojasnjeno z opazovanji z zelo velikim teleskopom na observatoriju Paranal v severnem Čilu. Mednarodna raziskovalna skupina pod vodstvom Christe Gall z danske univerze v Aarhusu je preučila supernovo, ki se je zgodila leta 2010 v galaksiji, oddaljeni 160 milijonov svetlobnih let. Raziskovalci so mesece in zgodnja leta opazovali kataloško številko SN2010jl v vidni in infrardeči svetlobi s spektrografom X-Shooter.

"Ko smo združili opazovalne podatke, smo lahko opravili prvo meritev absorpcije različnih valovnih dolžin v prahu okoli supernove," pojasnjuje Gall. "To nam je omogočilo, da smo izvedeli več o tem prahu, kot je bilo znano prej." To je omogočilo podrobnejše preučevanje različnih velikosti prašnih zrn in njihovega nastanka.

Prah noter neposredna bližina iz supernove nastane v dveh stopnjah Foto: © ESO/M. Kornmesser

Izkazalo se je, da prašni delci, večji od tisočinke milimetra, relativno hitro nastanejo v gostem materialu okoli zvezde. Velikosti teh delcev so presenetljivo velike za zrna vesoljskega prahu, zaradi česar so odporni na uničenje z galaktičnimi procesi. »Naši dokazi o nastanku velikih prašnih delcev kmalu po eksploziji supernove pomenijo, da mora priti do hitrega in učinkovit način njihov nastanek," dodaja soavtor Jens Hjorth z Univerze v Kopenhagnu. "Vendar še ne razumemo natančno, kako se to zgodi."

Vendar pa astronomi že imajo teorijo, ki temelji na njihovih opazovanjih. Na podlagi tega nastajanje prahu poteka v dveh stopnjah:

1. Zvezda tik pred eksplozijo potisne material v svojo okolico. Nato pride in se razširi udarni val supernove, za katerim se ustvari hladna in gosta lupina plina - okolju, v kateri se lahko kondenzirajo in rastejo prašni delci iz predhodno izvrženega materiala.
2. V drugi fazi, nekaj sto dni po eksploziji supernove, se doda material, ki je bil izvržen ob sami eksploziji in pospešen proces nastajanje prahu.

"V v zadnjem času Astronomi so odkrili veliko prahu v ostankih supernov, ki so nastale po eksploziji. Vendar pa so našli tudi dokaze o majhni količini prahu, ki dejansko izvira iz same supernove. Nova opažanja pojasnjujejo, kako je mogoče razrešiti to navidezno protislovje,« na koncu piše Christa Gall.

KOZMIČNI PRAH, trdni delci z značilnimi velikostmi od okoli 0,001 μm do okoli 1 μm (in morda do 100 μm ali več v medplanetarnem mediju in protoplanetarnih diskih), ki jih najdemo v skoraj vseh astronomskih objektih: od sončni sistem do zelo oddaljene galaksije in kvazarji. Lastnosti prahu (koncentracija delcev, kemična sestava, velikost delcev itd.) se močno razlikujejo od enega predmeta do drugega, tudi pri predmetih iste vrste. Kozmični prah razprši in absorbira vpadno sevanje. Razpršeno sevanje z enako valovno dolžino kot vpadno sevanje se širi v vse smeri. Sevanje, ki ga absorbira drobec prahu, se spremeni v toplotna energija, in delec običajno oddaja v daljšem območju spektra valovne dolžine v primerjavi z vpadnim sevanjem. Oba procesa prispevata k izumrtju - oslabitvi sevanja nebesnih teles s prahom, ki se nahaja na liniji vida med predmetom in opazovalcem.

Prašni predmeti se proučujejo v skoraj celotnem območju elektromagnetni valovi- od rentgena do milimetra. Zdi se, da električno dipolno sevanje iz hitro vrtečih se ultrafinih delcev nekaj prispeva k mikrovalovno sevanje na frekvencah 10-60 GHz. Pomembna vloga igrati laboratorijski poskusi, v katerem merijo lomne količnike ter absorpcijske spektre in sipalne matrike delcev – analogov kozmičnih prašnih zrn, simulirajo procese nastajanja in rasti ognjevzdržnih prašnih zrn v atmosferah zvezd in protoplanetarnih diskov, proučujejo nastanek molekul in razvoj hlapnih komponent prahu v pogojih, podobnih tistim, ki obstajajo v temnih medzvezdnih oblakih.

Kozmični prah, ki se nahaja v različnih fizične razmere, se neposredno proučujejo v sestavi meteoritov, ki so padli na zemeljsko površje, v zgornje plasti zemeljsko ozračje(medplanetarni prah in ostanki majhnih kometov), ​​med poleti vesoljskih plovil do planetov, asteroidov in kometov (cirkumplanetarni in kometni prah) ter izven heliosfere (medzvezdni prah). Zemeljska in vesoljska opazovanja kozmičnega prahu na daljavo pokrivajo Osončje (medplanetarni, cirkumplanetarni in kometni prah, prah v bližini Sonca), medzvezdni medij naše Galaksije (medzvezdni, obzvezdni in meglični prah) in druge galaksije (zunajgalaktični prah ), kot tudi zelo oddaljene objekte (kozmološki prah).

Delci kozmičnega prahu so večinoma sestavljeni iz ogljikovih snovi (amorfni ogljik, grafit) in magnezijevo-železovih silikatov (olivini, pirokseni). Kondenzirajo se in rastejo v atmosferi zvezd poznih spektralnih tipov in v protoplanetarnih meglicah, nato pa jih zaradi sevalnega tlaka izvrže v medzvezdni medij. V medzvezdnih oblakih, zlasti v gostih, ognjevzdržni delci še naprej rastejo zaradi akrecije plinskih atomov, pa tudi pri trku in lepljenju delcev (koagulacija). To vodi do pojava lupin hlapnih snovi (predvsem ledu) in do nastanka poroznih delcev agregata. Uničenje prašnih zrn nastane kot posledica razprševanja v udarnih valovih, ki nastanejo po izbruhih supernove, ali izhlapevanje med procesom nastajanja zvezd, ki se je začel v oblaku. Preostali prah se še naprej razvija v bližini nastale zvezde in se kasneje manifestira v obliki medplanetarnega oblaka prahu ali kometnih jeder. Paradoksalno je, da je okoli razvitih (starih) zvezd prah "svež" (nedavno nastal v njihovi atmosferi), okoli mladih zvezd pa je prah star (razvit kot del medzvezdnega medija). Domneva se, da je bil kozmološki prah, ki morda obstaja v oddaljenih galaksijah, zgoščen v izbruhih materiala iz eksplozij ogromnih supernov.

Lit. poglej Art. Medzvezdni prah.

Od kod prihaja kozmični prah? Naš planet je obdan z gostim zračni ovoj– vzdušje. Sestava ozračja poleg vsem poznanih plinov vključuje tudi trdne delce – prah.

Sestoji predvsem iz delcev zemlje, ki se pod vplivom vetra dvigajo navzgor. Med vulkanskimi izbruhi pogosto opazimo močne oblake prahu. konec velika mesta Visijo celi "prašni pokrovi", ki dosežejo višino 2-3 km. Število prašnih delcev v enem kubičnem metru. cm zraka v mestih doseže 100 tisoč kosov, v čistem gorskem zraku pa jih je le nekaj sto. Vendar se prah zemeljskega izvora dvigne na relativno nizke višine - do 10 km. Vulkanski prah lahko doseže višino 40-50 km.

Izvor kozmičnega prahu

Prisotnost oblakov prahu je bila ugotovljena na nadmorskih višinah, ki znatno presegajo 100 km. To so tako imenovani "noctilucentni oblaki", sestavljeni iz kozmičnega prahu.

Izvor kozmičnega prahu je izjemno raznolik: vključuje ostanke razpadlih kometov in delce snovi, ki jih je izstrelilo Sonce in jih k nam prinesla sila svetlobnega pritiska.

Seveda se pod vplivom gravitacije pomemben del teh kozmičnih prašnih delcev počasi usede na tla. Prisotnost takšnega kozmičnega prahu so odkrili na visokih zasneženih vrhovih.

Meteoriti

Poleg tega kozmičnega prahu, ki se počasi useda, vsak dan v našo atmosfero vdre na stotine milijonov meteorjev - kar imenujemo "padajoče zvezde". Letenje z ubežna hitrost pri stotinah kilometrov na sekundo izgorijo zaradi trenja z delci zraka, preden dosežejo površje zemlje. Produkti njihovega zgorevanja se usedajo tudi na tla.

Vendar pa so med meteorji tudi izjemno veliki primerki, ki dosežejo površje zemlje. Tako padec velikega Tunguski meteorit ob 5. uri zjutraj 30. junija 1908, ki so ga spremljali številni seizmični pojavi, opaženi celo v Washingtonu (9 tisoč km od mesta padca) in kažejo na moč eksplozije, ko je padel meteorit. Profesor Kulik, ki je z izjemnim pogumom pregledal kraj padca meteorita, je našel grmovje vetrov, ki je obkrožalo kraj padca v polmeru več sto kilometrov. Na žalost meteorita ni mogel najti. Uslužbenec Britanskega muzeja Kirkpatrick je leta 1932 opravil posebno potovanje v ZSSR, vendar sploh ni prišel do mesta padca meteorita. Je pa potrdil domnevo profesorja Kulika, ki je maso padlega meteorita ocenil na 100-120 ton.

Oblak kozmičnega prahu

Zanimiva je hipoteza akademika V.I. Vernadskega, ki je menil, da ni padel meteorit, ampak ogromen oblak kozmičnega prahu, ki se premika z ogromno hitrostjo.

Akademik Vernadski je svojo hipotezo potrdil s tem, da se te dni pojavlja veliko število svetlečih oblakov, ki se premikajo proti visoka nadmorska višina s hitrostjo 300-350 km na uro. Ta hipoteza bi lahko pojasnila tudi dejstvo, da so drevesa, ki obdajajo meteoritski krater, ostala stati, tista dlje pa je udarni val podrl.

Poleg Tunguškega meteorita je znan tudi cela serija kraterji meteoritskega izvora. Prvi od teh kraterjev, ki so bili pregledani, se lahko imenuje krater Arizona v Hudičevem kanjonu. Zanimivo je, da v njegovi bližini niso našli le fragmentov železov meteorit, ampak tudi majhni diamanti, ki nastanejo iz ogljika zaradi visoke temperature in tlaka med padcem in eksplozijo meteorita.
Poleg navedenih kraterjev, ki kažejo na padec ogromnih meteoritov, težkih več deset ton, obstajajo tudi manjši kraterji: v Avstraliji, na otoku Ezel in številni drugi.

Poleg velikih meteoritov vsako leto izpade precej manjših - težkih od 10-12 gramov do 2-3 kilogramov.

Če Zemlja ne bi bila zaščitena gosto atmosfero, bi nas vsako sekundo zasuli najmanjši kozmični delci, hitenje s hitrostjo, ki presega hitrost krogle.

zdravo V tem predavanju vam bomo govorili o prahu. A ne o tistem, ki se nabira v vaših prostorih, ampak o vesoljskem prahu. kaj je to

Kozmični prah je Zelo drobni delci trdna, ki se nahaja v katerem koli delu vesolja, vključno z meteoritnim prahom in medzvezdno snovjo, ki lahko absorbira svetlobo zvezd in tvori temne meglice v galaksijah. V nekaterih morskih usedlinah najdemo sferične prašne delce s premerom približno 0,05 mm; domneva se, da so to ostanki 5000 ton kozmičnega prahu, ki vsako leto pade na zemeljsko oblo.

Znanstveniki verjamejo, da kozmični prah nastane ne samo zaradi trkov, uničenja majhnih trdne snovi, temveč tudi zaradi kondenzacije medzvezdnega plina. Kozmični prah se razlikuje po izvoru: prah je lahko medgalaktičen, medzvezdni, medplanetarni in okoliplanetarni (običajno v sistemu obročev).

Zrnca kozmičnega prahu nastajajo predvsem v počasi izginjajoči atmosferi zvezd - rdečih pritlikavk, pa tudi med eksplozivnimi procesi na zvezdah in silovitimi izpusti plina iz jeder galaksij. Drugi viri kozmičnega prahu vključujejo planetarne in protozvezdne meglice, zvezdne atmosfere in medzvezdne oblake.

Celi oblaki kozmičnega prahu, ki se nahajajo v plasti zvezd, ki nastanejo Rimska cesta, preprečujejo opazovanje oddaljenih zvezdnih kopic. Zvezdna kopica, kot je Plejade, je popolnoma potopljena v oblak prahu. Najbolj svetle zvezde, ki so v tej gruči, osvetljujejo prah, kakor svetilka ponoči osvetljuje meglo. Vesoljski prah lahko sveti le z odbito svetlobo.

Modri ​​žarki svetlobe, ki gredo skozi kozmični prah, so oslabljeni bolj kot rdeči žarki, zato je svetloba zvezd, ki nas doseže, videti rumenkasta ali celo rdečkasta. Celotne regije svetovnega prostora ostajajo zaprte za opazovanje prav zaradi kozmičnega prahu.

Medplanetarni prah je, vsaj v primerjalni bližini Zemlje, precej raziskana snov. Zapolnjuje ves prostor Osončja in je koncentriran v ravnini njegovega ekvatorja, večinoma se je rodil kot posledica naključnih trkov asteroidov in uničenja kometov, ki se približujejo Soncu. Sestava prahu se pravzaprav ne razlikuje od sestave meteoritov, ki padajo na Zemljo: zelo zanimivo jo je preučevati in na tem področju je še veliko odkritij, vendar se zdi, da ni posebnih intriga tukaj. Toda zahvaljujoč temu posebnemu prahu lahko ob lepem vremenu na zahodu takoj po sončnem zahodu ali na vzhodu pred sončnim vzhodom občudujete bled stožec svetlobe nad obzorjem. To je tako imenovani zodiak - sončna svetloba, ki ga razpršijo majhni delci vesoljskega prahu.

kje prah je bolj zanimiv medzvezdni. Njegova posebnost je prisotnost trdnega jedra in lupine. Zdi se, da je jedro sestavljeno predvsem iz ogljika, silicija in kovin. In lupina je pretežno sestavljena iz plinastih elementov, zamrznjenih na površini jedra, kristaliziranih pod pogoji " globoko zamrznjen» medzvezdni prostor, ki je približno 10 kelvinov, vodik in kisik. Vendar pa obstajajo nečistoče molekul, ki so bolj zapletene. To so amoniak, metan in celo poliatomski organske molekule, ki se med potepanjem prilepijo na drobec prahu ali nastanejo na njegovi površini. Nekatere od teh snovi seveda odletijo s površine, na primer pod vplivom ultravijoličnega sevanja, vendar je ta proces reverzibilen - nekatere odletijo, druge zamrznejo ali se sintetizirajo.

Če je nastala galaksija, potem je znanstvenikom načeloma jasno, od kod prihaja prah v njej. Njeni najpomembnejši viri so nove in supernove, ki izgubijo del svoje mase in "spustijo" lupino v okoliški prostor. Poleg tega se prah rodi tudi v razširjajoči se atmosferi rdečih velikank, od koder ga radiacijski pritisk dobesedno odnese. V njihovi hladni, po standardih zvezd, atmosferi (približno 2,5 - 3 tisoč kelvinov) je precej relativno kompleksnih molekul.
Toda tukaj je skrivnost, ki še ni razrešena. Vedno je veljalo, da je prah produkt evolucije zvezd. Z drugimi besedami, zvezde se morajo roditi, obstajati nekaj časa, se postarati in, recimo, proizvesti prah v zadnji eksploziji supernove. Toda kaj je bilo prej - jajce ali kokoš? Prvi prah, potreben za rojstvo zvezde, ali prva zvezda, ki se je iz nekega razloga rodila brez pomoči prahu, se je postarala, eksplodirala in oblikovala prvi prah.
Kaj se je zgodilo na začetku? Konec koncev, ko se je zgodil veliki pok pred 14 milijardami let, sta bila v vesolju samo vodik in helij, nobenih drugih elementov! Takrat so iz njih začele nastajati prve galaksije, ogromni oblaki, v njih pa prve zvezde, ki so morale prehoditi dolgo življenjsko pot. Termonuklearne reakcije v jedrih zvezd bi morale biti "kuhane" bolj zapletene kemični elementi, pretvori vodik in helij v ogljik, dušik, kisik in tako naprej, nato pa je morala zvezda vse skupaj vrči v vesolje, pri čemer je eksplodirala ali postopoma odvrgla svojo lupino. Ta masa se je nato morala ohlajati, ohlajati in nazadnje spremeniti v prah. Toda že 2 milijardi let kasneje veliki pok , v najzgodnejših galaksijah je bil prah! S pomočjo teleskopov so jo odkrili v galaksijah, ki so od naše oddaljene 12 milijard svetlobnih let. Hkrati je 2 milijardi let prekratko obdobje za popolnoživljenjski cikel

zvezde: v tem času se večina zvezd nima časa postarati. Od kod prah v mladi galaksiji, če tam ne bi smelo biti ničesar razen vodika in helija, je skrivnost.

Ob pogledu na čas se je profesor rahlo nasmehnil.

Toda to skrivnost boste poskušali razrešiti doma. Zapišimo nalogo.

domača naloga.

1. Poskusite uganiti, kaj je bilo prej, prva zvezda ali prah?

1. Poročilo o kakršni koli vrsti prahu (medzvezdni, medplanetarni, okoliplanetarni, medgalaktični)

2. Esej. Predstavljajte si sebe kot znanstvenika, zadolženega za preučevanje kozmičnega prahu.

3. Slike.

Domače naloga za študente:

1. Zakaj je prah potreben v vesolju?

1. Poskusite uganiti, kaj je bilo prej, prva zvezda ali prah?

1. Poročilo o kateri koli vrsti prahu. Nekdanji dijakišole si zapomnijo pravila.

2. Esej. Izginotje kozmičnega prahu.

3. Slike.

Mnogi ljudje z navdušenjem občudujejo čudovito predstavo zvezdnega neba, eno največjih stvaritev narave. Na jasnem jesenskem nebu se dobro vidi, kako se čez celotno nebo vleče rahlo svetleč trak, t.i. Rimska cesta, ki imajo nepravilne obrise z različnimi širinami in svetlostjo. Če Mlečno cesto, ki tvori našo Galaksijo, pregledamo skozi teleskop, se izkaže, da ta svetel trak razpade na številne šibke žareče zvezde, ki se s prostim očesom zlijejo v neprekinjen sij. Zdaj je ugotovljeno, da Mlečna cesta ni sestavljena le iz zvezd in zvezdnih kopic, temveč tudi iz oblakov plina in prahu.

Kozmični prah se pojavlja v številnih vesoljskih objektov, kjer pride do hitrega odtekanja snovi, ki ga spremlja ohlajanje. Manifestira se tako, da infrardeče sevanje vroče Wolf-Rayetove zvezde z zelo močnim zvezdnim vetrom, planetarne meglice, lupine supernov in novih. Velika količina prah obstaja v jedrih številnih galaksij (na primer M82, NGC253), iz katerih prihaja do intenzivnega odtekanja plina. Vpliv kozmičnega prahu je najbolj izrazit pri sevanju nova. Nekaj ​​tednov po največji svetlosti nove se v njenem spektru pojavi močan presežek infrardečega sevanja, ki ga povzroči pojav prahu s temperaturo okoli K. Nadalje