Туманность как астрономический объект¶

Туманность — участок межзвёздной среды, выделяющийся на общем фоне свечением, поглощением света либо отражением излучения близких звёзд. В широком смысле к туманностям относят облака межзвёздного газа и пыли, наблюдаемые в оптическом, инфракрасном и радиодиапазонах. Термин исторически закрепился за протяжёнными диффузными объектами, которые до XX века не удавалось разрешить на отдельные звёзды; после развития спектроскопии и внеатмосферной астрономии часть таких объектов отнесли к галактикам, а собственно туманностями стали называть структуры внутри Млечного Пути и других галактик.

¶История изучения

Первые упоминания туманных пятен встречаются у античных и средневековых наблюдателей, однако систематическое изучение началось после изобретения телескопа. В 1610 году Галилео Галилей обнаружил, что Млечный Путь состоит из множества слабых звёзд, а не является сплошной светящейся полосой. В 1781 году Шарль Мессье опубликовал каталог, где под номерами объединил туманности, звёздные скопления и галактики, чтобы облегчить поиск комет.

В XIX веке Уильям Гершель и его сын Джон составили обширные списки туманных объектов, а Уильям Хаггинс применил спектроскоп и показал, что часть туманностей имеет линейчатый спектр, то есть является светящимся газом, а не скоплением звёзд. В 1920-х годах Эдвин Хаббл доказал, что многие «туманности» находятся за пределами Галактики и представляют собой самостоятельные звёздные системы. В России значительный вклад в изучение межзвёздной среды внесли работы астрономов Пулковской обсерватории и последующие исследования с помощью космических телескопов.

¶Классификация

Туманности делят по происхождению, составу и характеру излучения.

¶Газопылевые (диффузные)

• Эмиссионные — светятся сами за счёт ионизации газа ультрафиолетовым излучением горячих молодых звёзд. Пример — Большая туманность Ориона.
• Отражательные — не излучают, а рассеивают свет близких звёзд; имеют голубоватый оттенок из-за рэлеевского рассеяния. Пример — туманность вокруг звезды Меропа в Плеядах.
• Тёмные — плотные холодные облака, поглощающие свет фоновых звёзд. Пример — Конская Голова в созвездии Ориона.

¶Туманности вокруг звёзд поздних стадий

• Планетарные — сброшенные оболочки звёзд средней массы на стадии красного гиганта; название исторически связано с внешним сходством с диском планеты. Пример — Кольцо (M57) в Лире.
• Остатки сверхновых — расширяющиеся оболочки, образовавшиеся при взрыве массивной звезды. Пример — Крабовидная туманность в Тельце.

¶Области звездообразования

Крупные комплексы, где происходит рождение звёзд: гигантские молекулярные облака, области H II, глобулы. Они содержат молекулярный водород, гелий, пыль и сложные органические соединения.

¶Состав и физические свойства

Основу газовых туманностей составляет водород (около 70–90 % по массе) и гелий, доля более тяжёлых элементов невелика. Плотность вещества крайне низка — от нескольких атомов до тысяч частиц на кубический сантиметр, что на много порядков меньше плотности лучшего лабораторного вакуума. Тем не менее размеры туманностей достигают десятков и сотен световых лет, поэтому их масса может составлять от долей до миллионов масс Солнца.

Пыль в туманностях состоит из силикатов, графита и льдов; она ослабляет и краснит проходящий свет. Наблюдаемые цвета эмиссионных туманностей определяются линиями водорода (красный), кислорода (зелёный) и других элементов.

¶Наблюдения

Туманности наблюдаются как в оптическом, так и в инфракрасном, радио- и рентгеновском диапазонах. Оптически доступны яркие эмиссионные объекты, тогда как холодные тёмные облака лучше видны в инфракрасном и радиодиапазонах (по излучению молекул CO и других соединений). Для любительских наблюдений применяют телескопы с апертурой от 100 мм и узкополосные фильтры, повышающие контраст.

¶Значение

Туманности играют ключевую роль в круговороте вещества в галактиках. В молекулярных облаках рождаются звёзды и планетные системы, а планетарные туманности и остатки сверхновых возвращают в межзвёздную среду тяжёлые элементы, синтезированные в недрах звёзд. Изучение туманностей позволяет оценивать химическую эволюцию галактик и темпы звездообразования.

¶Примеры

¶Интересные факты

• Крабовидная туманность расширяется со скоростью около 1500 км/с и наблюдается в радиодиапазоне как мощный источник.
• В туманности Ориона обнаружены сложные органические молекулы, включая аминокислотные предшественники.
• Планетарные туманности живут относительно недолго по астрономическим меркам — десятки тысяч лет.

Источники: астрономические каталоги Мессье и NGC, данные Пулковской обсерватории, учебные курсы общей астрофизики, материалы космических миссий по изучению межзвёздной среды.