Эти загадочные объекты, смотрящие на людей из глубин космоса, давным-давно привлекали внимание тех, для кого наблюдения за небом стало частью жизни. Еще в каталоге древнегреческого ученого Гиппарха отмечено несколько туманных объектов на звездном небе. А его коллега, Птолемей, добавил в свой каталог еще пять туманностей к уже известным. До изобретения Галилея телескопа не так уж много объектов этого типа можно было увидеть невооруженным глазом. Но уже в 1610 году направленный на небо примитивный телескоп конструкции Галилея обнаружил там туманность Ориона. Еще через два года была открыта туманность Андромеды. И с тех пор по мере совершенствования телескопов начались все новые и новые открытия, приведшие со временем к выделению особого класса звездных объектов – туманностей.
Через некоторое время известных туманностей стало достаточно много для того, что бы они начали мешать поиску новых объектов, таких, как например кометы. И вот, в 1784 году французский астроном Шарль Мессье, занимавшийся как раз поиском комет, составляет первый в мире каталог космических туманностей, который был издан несколькими частями. Всего их туда вошло 110 на тот момент известных объекта этого класса.
При составлении каталога, Мессье давал им номера М1, М2 и так далее, до М110. Многие объекты этого каталога до сих пор имеют такое обозначение.
Однако, в те времена не было известно, что природа различных туманностей совершенно отличается друг от друга. Для астрономов это были просто туманные пятна, отличающиеся от обычных звезд.
Теперь же, благодаря достижениям астрономии, мы знаем о туманностях несравнимо больше. Что же представляют из себя эти загадочные объекты, и чем они отличаются друг от друга?
Прежде всего, многие наверное удивятся, когда узнают, что существуют не только светлые туманности. Сегодня известно множество объектов, называющихся темные туманности. Они представляют из себя плотные облака межзвездной пыли и газа, которые являются непрозрачными для света из-за его поглощения содержащейся в туманности пылью. Такие туманности отчетливо выделяются на фоне звездного неба или на фоне светлых туманностей. Классическим примером такой туманности является туманность Угольный Мешок в созвездии Южного Креста. Нередко бывает, что такая туманность служит материалом для образования в ее области новых звезд из-за большого количества межзвездного вещества.
Что касается светлых туманностей, то они тоже содержат и газ и пыль. Однако, причиной свечения такой туманности могут являться несколько факторов. Во-первых, это наличие внутри такой туманности или же рядом с ней звезды. В этом случае, если звезда не слишком горячая, то туманность светится за счет света, отражаемого и рассеиваемого входящей в ее состав космической пылью. Такая туманность называется отражательной туманностью. Классический пример подобного объекта – известное, пожалуй, всем, скопление Плеяды.
Другим видом светлой туманности являются ионизированные туманности. Такие туманности образуются в результате сильной ионизации входящего в их состав межзвездного газа. Причиной этому является излучение близкой горячей звезды или же другого объекта, являющегося источником мощного излучения, в том числе ультрафиолетового и рентгеновского. Так, яркие ионизированные туманности имеются в ядрах активных галактик и квазаров. Ряд таких туманностей, известных так же под названием Область H II, являются местами активного звездообразования. Образующиеся внутри нее горячие молодые звезды ионизируют туманность мощным ультрафиолетовым излучением.
Еще одним видом космических туманностей являются планетарные туманности. Эти объекты возникают в результате сброса внешней оболочки звездой-гигантом, массой от 2.5 до 8 солнечных. Такой процесс происходит при вспышке Новой звезды (не путать со взрывом сверхновой, это разные вещи!), когда часть звездного вещества выбрасывается в космическое пространство. Такие туманности имеют форму кольца или диска, а так же сферы (для Новых звезд).
Взрыв Сверхновой так же оставляет после себя светящуюся туманность, разогретую в процессе взрыва до нескольких миллионов градусов. Это гораздо более яркие светлые туманности, чем обычные планетарные туманности. Срок их жизни по космическим меркам совсем небольшой – не более 10 тысяч лет, после чего они сливаются с окружающим межзвездным пространством.
Более редким и экзотическим видом туманностей являются туманности вокруг звезд Вольфа-Райе. Это звезды с очень высокой температурой и светимостью, обладающие мощным излучением и скоростью истечения звездного вещества со своей поверхности (свыше 1000 километров в секунду). Такие звезды ионизируют межзвездный газ в радиусе нескольких парсек. Однако, звезд такого типа известно очень немного (в нашей Галактике – чуть более 230), поэтому и туманностей такого типа соответственно мало.
Как видите, наши знания о космических туманностях сегодня достаточно обширны, хотя, конечно же, есть еще очень много неясного в процессах их образования и жизни. Однако, это совсем не мешает нам так же любоваться их красотой, как это делали наши менее осведомленные предки.
Одни из самых любимых объектов)). И тем более немного удивительно, что в альбоме не приведены такие красоты. Поэтому – восполняю (тем более, что обещала продолжать про туманности).
Что такое планетарная туманность? Это звезда, называемой ядром туманности, и окружающая ее светящаяся газовая оболочка. Планетарные туманности были открыты В. Гершелем около 1783 г. Название отражает их некоторое сходство с дисками внешних планет - Урана, Нептуна. Известно примерно 1500 планетарных туманностей. С развитием техники наблюдений стало возможным видеть аналогичные объекты в Магеллановых Облаках, в Туманности Андромеды и в ряде др. галактик.
В течение своей жизни звезды непрерывно теряют вещество в виде т.н. звездного ветра. В зависимости от массы звезды и эволюционной стадии, на которой она находится, темп потери массы может быть больше или меньше. Наше Солнце, например, сейчас теряет вещество очень медленно, это типично для не очень массивных звезд главной последовательности. Однако даже слабый солнечный ветер приводит к некоторым последствиям, например, он оказывается причиной такого красивейшего явления как полярное сияние. В будущем Солнце будет терять вещество гораздо активнее. Сброс оболочки красного гиганта соответствует потере достаточно большой массы в виде медленного звездного ветра. Именно это вещество составит будущую туманность, и от его структуры зависит облик туманности. Однако сама по себе сброшенная оболочка не будет ярко сиять: для рождения планетарной туманности необходимо столкновение двух ветров.
Сценарий образования планетарной туманности таков. В начале звезда должна потерять существенную массу в виде медленного звездного ветра. Это может быть, например, сброшенная оболочка красного гиганта (другой вариант связан с эволюцией в двойной системе). После сброса оболочки от звезды остается горячее ядро. Оно становится источником очень быстрого звездного ветра скорость потока составляет около 1000 км в секунду. Быстрый ветер нагоняет мощный медленный поток, и их столкновение заставляет вещество светиться, как бы проявляя уже "вытканную" причудливую вязь.
Неужели наше Солнце когда-нибудь будет представлять такую картину? Туманность Улитка
- очень близкий пример планетарной туманности, возникающей в конце жизненного пути звезды, подобной нашему Солнцу. Газ, выброшенный в окружающее пространство звездой, создает впечатление того, что мы смотрим на завиток спирали. Оставшееся в центре звездное ядро должно, в конце концов, превратиться в белый карлик. Центральная звезда испускает интенсивное излучение, которое заставляет светиться выброшенный газ. Туманность Улитка находится в созвездии Водолей и обозначается в каталоге как NGC 7293. Эта туманность удалена от нас на расстояние 650 световых лет, ее размеры составляют 2,5 световых года. Фотомонтаж, который вы видите, получен на основе последних снимков камеры ACS (Advanced Camera for Surveys) на борту космического телескопа им.Хаббла и широкоугольных изображений мозаичной камеры (Mosaic Camera), установленной на 0.9-м телескопе в обсерватории Кит Пик. Изображение внутреннего края туманности Улитка, полученное крупным планом, выявляет сложную структуру образований из газа непонятного происхождения.
Планетарная туманность "Песочные часы"
Это изображение молодой планетарной туманности MyCn18, расположенной приблизительно на расстоянии 8 тыс. св. лет было получено Широкоугольной планетарной Камерой 2 на борту космического телескопа. Снимок был синтезирован из трех различных изображений, сделанных в красной линии ионизованного азота, зеленой водородной линии, и синей линии дважды ионизованного кислорода.
В предыдущих изображениях, полученных с Земли, видны два пересеченных кольца, но не видны детали. Согласно одной из теорий, образование такой формы связано с быстрым звездным ветром внутри медленно расширяющегося облака, которое имеет плотность, большую у полюсов, чем у экватора. Космический телескоп обнаружил также другие новые неожиданные свойства в структуре данной туманности. Например, есть пара пересеченных колец в центральной области и многочисленные дуги. Эти особенности могут быть удовлетворительно объяснены наличием невидимой звезды-компаньона.
Изображенная на снимке планетарная туманность, названная Shapley 1
в честь известного астронома Харлоу Шэпли, имеет ярко выраженную кольцевую структуру.
Сам факт существования одной из самых больших сфер в нашей Галактике является источником ценной информации о химическом составе звезд. Планетарная туманность Эйбелл 39
, поперечник которой сейчас составляет шесть световых лет, представляет собой внешние слои атмосферы звезды солнечного типа, сброшенные ею несколько тысяч лет назад. Почти идеальная сферическая форма Эйбелл 39 позволила астрономам с высокой точностью оценить соотношение в ней поглощающего и излучающего вещества. Согласно данным наблюдений, содержание кислорода в Эйбелл 39 примерно в два раза меньше солнечного - весьма интересный, хотя и не удивительный результат, подтверждающий различия химического состава двух звезд. Причина нецентрального положения центральной звезды туманности (она смещена на 0.1 световых года), еще не установлена. Расстояние до Эйбелл 39 составляет около 7000 световых лет, а видимые вблизи и сквозь туманность галактики, удалены от нас на миллионы световых лет.
Эта планетарная туманность с двумя пузырями, изображенная космическим телескопом им. Хаббла, красиво "кипит". Обозначаемая Хаббл-5
эта биполярная планетарная туманность была образована горячим ветром частиц, вылетающим из центральной звездной системы. Горячий газ расширяется в окружающую межзвездную среду в виде надувающихся горячих газовых шариков. На границе образуется сверхзвуковая ударная волна, которая возбуждает газ. Газ светится, когда электроны рекомбинируют с атомами. На картинке цвета соответствуют энергии рекомбинационного излучения. Эта туманность находится на расстоянии 2200 световых лет от Земли. В центре туманности скорее всего находится звезда типа Солнца, которая медленно превращается в белый карлик.
Почему этот "муравей" так не похож на шар? Ведь планетарная туманность Mz3
-- это оболочка, сбрасываемая звездой вроде нашего Солнце, то есть объектом, вне всякого сомнения, шарообразным. Почему же тогда истекающий со звезды газ порождает муравьеобразную туманность, форма которой не имеет ничего общего с шаром? Причинами этого могут быть чрезвычайно высокая - до 1000 километров в секунду - скорость выбрасываемого газа; гигантские размеры структуры, достигающие одного светового года; или же наличие у расположенной над центром туманности звезды сильного магнитного поля. В недрах Mz3 может также скрываться еще одна звезда меньшей светимости, которая обращается вокруг яркой звезды на очень малом расстоянии от последней. Согласно другой гипотезе своим направлением потоки газа обязаны вращению центральной звезды и ее магнитному полю. Астрономы надеются, что благодаря сходству центральной звезды с Солнцем исследование истории этого гигантского космического муравья позволит заглянуть в будущее Солнца и нашей Земли.
Эта планетарная туманность образована умирающей звездой, которая сбрасывает с себя оболочки светящегося газа. Туманность находится на расстоянии трех тысяч световых лет. На сегодняшней картинке, сделанной космическим телескопом им. Хаббла, показано, насколько сложную структуру имеет туманность Кошачий глаз
. Из-за сложной структуры, которая видна на этой картинке, астрономы предполагают, что яркий центральный объект является двойной звездой.
Туманность "Эскимос"
Эта планетарная туманность, впервые обнаруженная Гершелем в 1787 г., была прозвана "Эскимос", поскольку c наземных телескопов напоминала лицо, окруженное меховым капюшоном. На снимке Хаббла "меховой капюшон" предстает диском газа, украшенным кометоподобными объектами (cм. также туманность "Улитка") - вытянутыми хвостами от звезды.
"Лицо" тоже содержит интересные детали. Яркий центральный район не что иное, как пузырь, выдуваемый в пространство интенсивным ветром быстрых частиц от звезды.
Туманность "Эскимос" начала формироваться около 10 000 лет назад. Она состоит из двух вытянутых пузырей материала, истекающего в противоположных направлениях. На снимке один из пузырей лежит над другим, накладываясь на него. Происхождение кометоподобных деталей остается загадочным.
Туманность "Эскимос" находится в 5000 световых годах от Земли в созвездии Geminga. Цвета соответствуют светящимся газам: азот (красный), водород (зеленый), кислород (голубой) и гелий (фиолетовый).
Эта красивая планетарная туманность, занесенная в каталог под номером NGC 6369
, была открыта жившим в 18-м веке астрономом Уильямом Гершелем, когда он исследовал созвездие Змееносца с помощью телескопа. Круглая и похожая на планету, эта относительно слабая туманность получила популярное название туманность Маленькое Привидение
. Удивительно сложные детали структуры NGC 6369 видны на этом замечательном цветном изображении, построенном на основании данных, полученных Космическим телескопом Хаббла. Основное кольцо туманности имеет диаметр около светового года. Излучение ионизованных атомов кислорода, водорода и азота показано соответственно синим, зеленым и красным цветами. Туманность Маленькое Привидение, находящаяся на расстоянии более 2000 световых лет, показывает будущую судьбу нашего Солнца, которое тоже должно образовать свою красивую планетарную туманность, однако не раньше? чем примерно через пять миллиардов лет.
Планетарная туманность IC 418, прозванная Туманностью Спирографа
за свое сходство с одноименным чертежным инструментом, отличается весьма необычной структурой, происхождение которой до сих пор в значительной степени остается неразгаданным. Своей причудливой формой туманность, возможно, обязана хаотическому ветру, исходящему от центральной переменной звезды, блеск которой меняется непредсказуемым образом на интервалах времени всего в несколько часов. При этом согласно имеющимся данным всего несколько миллионов лет назад IC 418 была, по-видимому, простой звездой подобной нашему Солнцу. Каких-нибудь несколько тысяч лет назад IC 418 была обычным красным гигантом. Однако, после исчерпания запасов ядерного горючего, внешняя оболочка звезды начала расширяться, оставляя после себя горячее ядро, которому судьба уготовила превратиться в звезду белый карлик, расположенную в центре снимка. Излучение центрального ядра возбуждает атомы в туманности, заставляя их светиться. IC 418 находится от нас на расстоянии около 2000 световых лет, а ее диаметр составляет 0.3 световых года. На этом изображении в условных цветах, полученном недавно на Космическом телескопе имени Хаббла хорошо видны необычные детали структуры туманности.
В центре NGC 3132
, необычной и красивой планетарной туманности, находится двойная звезда. Своим происхождением эта туманность, называемая также Туманностью восьми вспышек
или Южной кольцевой туманностью
, обязана вовсе не яркой, а слабой звезде. Источником светящегося газа являются внешние слои звезды, похожей на наше Солнце. Энергию для горячего голубого свечения вокруг двойной системы, которое вы видите на рисунке, дает высокая температура на поверхности слабой звезды. Первоначально планетарная туманность стала объектом исследований благодаря своей необычной симметричной форме. Впоследствии она привлекла к себе внимание, когда у нее обнаружились асимметричные детали. До сих пор не нашли себе объяснения ни странная форма более холодной оболочки, ни структура и происхождение холодных пылевых полос, пересекающих туманность NGC 3132
Правда, что звезды выглядят красивее, когда умирают? Планетарная туманность M2-9
, туманность Бабочка
, находится на расстоянии 2100 световых лет от Земли. Крылья туманности могут поведать нам необычную незаконченную историю. В центре туманности находится двойная звездная система. Звезды этой системы движутся внутри газового диска размером 10 диаметров орбиты Плутона. Выброшенная оболочка умирающей звезды вырывается из диска, образуя биполярные структуры. Многое еще остается неясным в физических процессах, в результате которых формируется планетарная туманность.
Как вокруг круглой звезды могла образоваться квадратная туманность? На эту головоломку может пролить свет исследование планетарной туманности типа IC 4406
. Есть основания считать, что туманность IC 4406 имеет форму полого цилиндра, а квадратная форма объясняется тем, что мы смотрим на этот цилиндр со стороны. Если бы мы смотрели на IC 4406 с торца, она вполне могла бы выглядеть как Туманность Кольцо. Это цветное изображение представляет собой комбинацию снимков, полученных Космическим Телескопом Хаббла. Горячий газ вытекает из концов цилиндра, волокна темной пыли и молекулярного газа окаймляют его стенки. Звезда, которая ответственна за это произведение межзвездной скульптуры, находится в центре планетарной туманности. Через несколько миллионов лет от туманности IC 4406 останется только затухающий белый карлик
Быстро расширяющиеся облака газа означают конец существования центральной звезды в туманности Тухлое Яйцо
. Когда-то там была нормальная звезда, она израсходовала запасы ядерного топлива, в результате ее центральная часть сжалась, образовав белый карлик. Часть освободившейся энергии вызывает расширение внешней оболочки звезды. В данном случае результат - фотогеничная протопланетарная туманность. Когда движущийся со скоростью миллион километров в час газ налетает на окружающий межзвездный газ, возникает сверхзвуковая ударная волна, в которой ионизованные водород и азот светят синим цветом. Ранее существовали гипотезы о сложной структуре ударного фронта, но до сих пор не было получено таких четких изображений. Толстые слои газа и пыли скрывают умирающую центральную звезду. Туманность Тухлое Яйцо, также известная как туманность Тыква и OH231.8+4.2, в течение 1000 лет, скорее всего, превратится в биполярную планетарную туманность. Показанная выше туманность имеет размер около 1.4 световых года и расположена на расстоянии 5000 световых лет в созвездии Корма
Показывать картинки можно бесконечно, тем более, что они восхитительно красивы.
Наблюдая небо в телескоп, иногда можно наткнуться на любопытные туманности с округлыми очертаниями. Это планетарные туманности - объекты, соответствующие заключительной фазе существования звезд, подобных Солнцу. По сути дела, каждая из них представляет собой шарообразную оболочку из газа, внешний слой звезды, выброшенный ею после утраты собственной стабильности. Эти оболочки затем увеличиваются, расширяются и постепенно становятся все более слабыми. Наблюдать такие туманности непросто: большинство из них обладает низкой поверхностной яркостью и малым угловым размером. Как и в случаях с другими туманностями, для наблюдения необходимы темные безлунные ночи. Очень редко идентификации планетарной туманности может помочь маленькая звездочка, расположенная в ее центре и давшая ей начало.
Туманность Кольцо
Из всех планетарных туманностей, видимых на небосводе, самая известная среди любителей астрономии - безусловно, туманность М57, которая также имеет название Кольцо. Она расположена в летнем созвездии Лира на расстоянии около 2300 световых лет от Земли.
Открыл эту туманность в 1779 году французский астроном Антуан Даркье де Пельпуа. Он описал ее как идеальный диск размером приблизительно равный Юпитеру, но имеющий блеклое свечение и похожий на исчезающую планету. Впоследствии, в 1785 году, английский астроном Вильям Гершель определил ее как«небесную достопримечательность». Он думал, что эта туманность представляет собой звездное кольцо.
С дырой
В вашем телескопе М57 будет выглядеть маленьким туманным пятнышком округлой формы. Имеет смысл рассматривать ее при среднем увеличении, например, через 12,5-мм окуляр Плёссля, обеспечивающий 80-кратное увеличение. При первом взгляде вы обнаружите округлые очертания. После нескольких минут адаптации, если воздух будет прозрачным и неподвижным и со стороны Луны будут отсутствовать помехи, вы сможете разглядеть некоторые детали. Повышая увеличение, вы даже различите центральное «отверстие», особенно если будете смотреть «рассеянным зрением», то есть, концентрируя взгляд не на самом «отверстии», а на его периферии.
Центральная звезда
Эта туманность родилась от звезды, находящейся в ее центре и сегодня превратившейся в белый карлик. Температура поверхности этой звезды превышает 100000 градусов. Ее звездная величина составляет 14,7 - таким образом, она недоступна вашему телескопу. В 1800 году ее открыл немецкий философ и астроном Фридрих фон Хан.
Туманность расширяется со скоростью приблизительно 20-30 км/с, и поэтому ее видимые размеры увеличиваются примерно на 1 секунду дуги в столетие.
Формирование туманностей
После того как были открыты первые планетарные туманности, их округлые очертания навели астрономов на мысль о том, что эти небесные объекты связаны с чем-то похожим на планеты, скорее всего - на газовые гиганты или же на формирующуюся планетную систему. По этой причине английский астроном Вильям Гершель (незадолго до этого открывший планету Уран) предложил для таких объектов термин «планетарная туманность». Их истинная природа была установлена лишь в середине XIX века благодаря спектроскопии (технике, позволяющей «расщепить» свет, поступающий от небесного тела, на его основные цвета). Тогда стало ясно, что перед нами - особый тип туманности.
Умирающая звезда
Все планетарные туманности происходят от звезд, находящихся на завершающей стадии своего существования. Как мы уже отмечали, звезда с массой, сравнимой с массой Солнца, после своего рождения проживает длительную стадию стабильности, в ходе которой растапливает водородные ядра, давая начало ядрам гелия. Когда содержащийся в центральной части звезды водород заканчивается, эта часть нагревается и достигает температуры в 100 млн градусов. Вследствие этого наружные слои расширяются, после чего охлаждаются: звезда превращается в красный гигант. В этот момент она утрачивает стабильность, и ее внешние слои могут-быть выброшены наружу. Именно они и образуют оболочку шарообразной формы вокруг того, что остается от звезды - вокруг белого карлика.
Расширение
Оболочка, окружающая звезду, расширяется со скоростью в несколько десятков километров в секунду и образует планетарную туманность с характерной шарообразной формой. Планетарные туманности, однако, ожидает довольно быстрый конец: по мере расширения в космосе они разреживаются и в результате становятся неразличимы на небесном своде. На это уходит около 25000 лет - совсем небольшой период в жизни любой звезды.
Планетарные туманности через телескоп
При наблюдении планетарных туманностей возникают несколько иные сложности, чем при наблюдении диффузных туманностей например, туманности Ориона. Планетарные туманности не отличаются большими угловыми размерами. За исключением туманности Улитка (по-английски Helix), они выглядят на небосклоне небольшими и сконцентрированными. Поэтому их бывает непросто отличить от звезд.
Туманность Улитка
Помимо М57, вы можете наблюдать в ваш телескоп еще примерно дюжину планетарных туманностей. Первой среди них будет именно туманность Улитка из созвездия Водолей.Она достигает внушительного размера - приблизительно 13 минут дуги (что соответствует реальному размеру примерно в 3 световых года).
Неслучайно эта туманность является также одной из самых близких к Солнечной системе. Несмотря на звездную величину 7,6, из-за своих размеров она распространяет свечение на весьма обширную зону ночного неба. В телескоп эта туманность кажется зеленоватой. Видна она довольно слабо. Внутри нее космический телескоп «Хаббл» разглядел тысячи газовых шариков, образовавшихся, видимо, в тот момент, когда умирающая звезда выбросила в космос свою внешнюю оболочку.
Туманность Сатурн
В том же зодиакальном созвездии Водолей интерес для наблюдения вызывает туманность NCG 7009, известная под именем «туманность Сатурн». Вильям Гершель открыл ее в 1782 году. Основная сложность при наблюдении этой туманности - ее размер, составляющий менее 2 минут дуги.
Тем не менее при 50-кратном увеличении можно понять, что это не звезда, а при 100-150-кратном - различить характерную вытянутую форму. Именно за эту форму туманность и получила свое название, совпадающее с названием планеты с кольцами.
Еще одной легко доступной для наблюдения туманностью является М27 из созвездия Лисичка. Ее называют также «туманностью Гантель». Ее видимый диаметр составляет примерно 8 минут дуги, а совокупная звездная величина равна 7,4. По оценкам астрономов, эта туманность образовалась 3000-4000 лет тому назад. При большом увеличении вы можете разглядеть ее вытянутую
форму, за которую она и получила свое имя.
Есть еще уменьшенная версия М27, по крайней мере, по мнению англосаксонских астрономов, которые называют Маленькой Гантелью планетарную туманность М76. Она была открыта Мешеном в 1780 году, однако ее принадлежность к планетарным туманностям была признана только в 1918-м. Звездочка в центре М76 величиной 16,6 является слишком слабой для вашего телескопа.
Призрак и Сова
Гораздо более сложной для наблюдения является туманность NGC3242, имеющая также любопытное название Призрак Юпитера. Оно объясняется тем, что в телескопе ее диаметр сопоставим с диаметром Юпитера. С помощью 25-мм окуляра Плёссля при 40-кратном увеличении можно разглядеть ее без особых трудностей, а при увеличении свыше 100 - даже различить ее округлую форму.
Забавное название носит и туманность М97, четвертая туманность, помещенная в каталог Мессье. Она расположена в созвездии Большая Медведица. Ирландский астроном Уильям варсонс в 1848 году назвал ее Совой, поскольку два темных пятна внутри нее напоминают совиные глаза.
При увеличении чуть больше 100 вы сможете различить не только округлую форму туманности, но и две темные области внутри нее. Считается, что возраст М97 примерно 8000 лет.
Снежок
Довольно сложно различить на небе туманность NGl 7662, или Голубой Снежок, в созвездии Андромеда. На самом деле, несмотря на название, в телескопе она имеет красноватый оттенок.
При увеличении свыше 100 тоже можно рассмотреть «отверстие» в ее центре. Преимущество наблюдения этой туманности в том, что она находится в созвездии, которое очень высоко поднимается на нашем небе в конце осени.
Белые карлики
Планетарная туманность NGC 1514, открытая Вильямом Гершелем в 1790 году в созвездии Телец, очень сложна для наблюдения, поскольку она слабо светится и едва заметна на небесном фоне. Гораздо проще различить белый карлик в ее центре, имеющий звездную величину 9,4 NGC 1514 можно найти примерно в 8 градусах на северо-восток от Плеяд. Другой планетарной туманностью с белым карликом, доступным вашему телескопу, является NGC6826, расположенная в созвездии Лебедь. Это небольшая и слабая туманность: в телескоп она будет казаться размытой звездой, и, только доведя увеличение до максимального, вы сможете рассмотреть ее круговую оболочку. Впрочем, если небо очень темное, то, возможно, вы заметите в ее центре звездочку величиной 10,4.
То же самое можно сказать о планетарной туманности NGC2392, известной также под названием Эскимос, в созвездии Близнецы. Внутри маленькой, слабой голубоватой туманности будет виден белый карлик величиной 10,5.
Планетарные туманности в объективе «Хаббла»
Многие планетарные туманности, к сожалению, остаются недоступными для наблюдений в любительский телескоп. Хотя часто речь идет о великолепных, очень зрелищных объектах, одних из самых красивых на небе. Космический телескоп «Хаббл» сфотографировал некоторые из этих туманностей, и теперь мы можем оценить их сверкающие цвета и любопытные формы.
Несмотря на то, что вы не сможете наблюдать их в ваш телескоп, стоит рассказать о наиболее эффектных и интересных планетарных туманностях.
Кошачий Глаз
Можно начатьстуманности Кошачий Глаз (NGC 6543) в созвездии Дракон. В 1864 году Уильям Хёггинс исследовал спектроскопом ее свет (такому анализу планетарная туманность тогда подверглась впервые). Хотя она была открыта еще в 1786-м, лишь недавно телескоп «Хаббл» раскрыл ее сложную и тонкую структуру, состоящую из концентрических газовых оболочек, струек и узелков. Астрономы пришли к выводу, что примерно каждые 1500 лет центральная звезда испускает новую оболочку. Изображения, снятые с промежутком приблизительно в 10 лет, показали, что эта туманность расширяется.
Туманность NGC 6369 находится в созвездии Змееносец на расстоянии от 2000 до 5000 световых лет. Ее сине-зеленое кольцо, достигающее реального диаметра примерно в 1 световой год, обозначает границу района, в котором ультрафиолетовый свет звезды ионизировал газ, то есть вырвал электроны из их атомов. Внешняя часть туманности имеет более выраженный красный оттенок, поскольку на большем расстоянии от звезды процесс ионизации менее интенсивен. Облако расширяется со скоростью примерно 20 км/с. За счет этого оно рассеется в межзвездном пространстве и затем примерно через 10000 лет исчезнет.
Такие как углерод , азот , кислород и кальций).
В последние годы при помощи снимков, полученных космическим телескопом «Хаббл », удалось выяснить, что многие планетарные туманности имеют очень сложную и своеобразную структуру. Несмотря на то, что приблизительно пятая часть из них имеет околосферическую форму, большинство не обладает какой бы то ни было сферической симметрией. Механизмы, благодаря которым возможно образование такого многообразия форм, остаются на сегодняшний день до конца не выясненными. Считается, что большую роль в этом могут играть взаимодействие звёздного ветра и двойных звёзд , магнитного поля и межзвёздной среды .
История исследований
Планетарные туманности в большинстве своём представляют собой тусклые объекты и, как правило, не видны невооружённым глазом. Первой открытой планетарной туманностью была туманность Гантель в созвездии Лисички : Шарль Мессье , занимавшийся поиском комет , при составлении своего каталога туманностей (неподвижных объектов, похожих при наблюдении неба на кометы) в 1764 году занёс её в каталог под номером M27. В 1784 году Уильям Гершель , первооткрыватель Урана , при составлении своего каталога выделил их в отдельный класс туманностей (class IV nebulae ) и предложил для них термин «планетарная туманность» из-за их видимого сходства с диском Урана .
Необычность природы планетарных туманностей обнаружилась в середине XIX века , с началом использования в наблюдениях метода спектроскопии . Уильям Хаггинс стал первым астрономом, получившим спектры планетарных туманностей - объектов, выделявшихся своей необычностью:
Одними из самых загадочных из этих замечательных объектов являются те, которые при телескопическом наблюдении имеют вид круглых или слегка овальных дисков. …Замечателен и их зеленовато-голубой цвет, чрезвычайно редкий для одиночных звёзд. Кроме того, в этих туманностях нет признаков центрального сгущения. По этим признакам планетарные туманности резко выделяются как объекты, которым присущи свойства, совершенно отличающиеся от свойств Солнца и неподвижных звёзд . Из этих соображений, а также благодаря их яркости, я избрал эти туманности как наиболее подходящие для спектроскопического исследования .
Другой проблемой был химический состав планетарных туманностей: Хаггинс сравнением с эталонными спектрами сумел идентифицировать линии азота и водорода , однако самая яркая из линий с длиной волны 500,7 нм не наблюдалась в спектрах известных тогда химических элементов. Было выдвинуто предположение, что эта линия соответствует неизвестному элементу. Ему заранее дали название небулий - по аналогии с идеей, приведшей к открытию гелия при спектральном анализе Солнца в 1868 году .
Предположения об открытии нового элемента небулия не подтвердились. В начале XX века Генри Расселл выдвинул гипотезу о том, что линия на 500,7 нм соответствует не новому элементу, а старому элементу в неизвестных условиях.
Возобновление термоядерных реакций препятствует дальнейшему сжатию ядра. Выгорающий гелий вскоре создаёт инертное ядро, состоящее из углерода и кислорода , окружённое оболочкой из горящего гелия. Термоядерные реакции с участием гелия очень чувствительны к температуре. Скорость протекания реакции пропорциональна T 40 , то есть увеличение температуры всего на 2 % приведёт к удвоению скорости протекания реакции. Это делает звезду очень нестабильной: малый прирост температуры вызывает быстрое увеличение скорости хода реакций, повышая выделение энергии, что, в свою очередь, заставляет увеличиваться температуру. Верхние слои горящего гелия начинают быстро расширяться, температура понижается, реакция замедляется. Всё это может быть причиной мощных пульсаций, иногда достаточно сильных, чтобы выбросить значительную часть атмосферы звезды в космическое пространство.
Выброшенный газ формирует расширяющуюся оболочку вокруг обнажившегося ядра звезды. По мере того, как всё большая часть атмосферы отделяется от звезды, проявляются всё более и более глубокие слои с более высокими температурами. При достижении обнажённой поверхностью (фотосферой звезды) температуры в 30 000 К энергия испускаемых ультрафиолетовых фотонов становится достаточной для ионизации атомов в выброшенном веществе, что заставляет его светиться. Таким образом, облако становится планетарной туманностью.
Продолжительность жизни
Вещество планетарной туманности разлетается от центральной звезды со скоростью в несколько десятков километров в секунду. В то же время, по мере истечения вещества центральная звезда остывает, излучая остатки энергии; термоядерные реакции прекращаются, так как звезда теперь не обладает достаточной массой для поддержания температуры, требуемой для синтеза углерода и кислорода. В конце концов, звезда остынет настолько, что перестанет излучать достаточно ультрафиолета для ионизации отдалившейся газовой оболочки. Звезда становится белым карликом , а газовое облако рекомбинирует , становясь невидимым. Для типичной планетарной туманности время от образования до рекомбинации составляет 10 000 лет.
Галактические переработчики
Планетарные туманности играют значительную роль в эволюции галактик. Ранняя Вселенная состояла в основном из водорода и гелия , из которых формировались звёзды II типа . Но со временем в результате термоядерного синтеза в звёздах образовались более тяжёлые элементы. Таким образом, вещество планетарных туманностей имеет высокое содержание углерода , азота и кислорода , а по мере расширения и проникновения в межзвёздное пространство оно обогащает его этими тяжёлыми элементами, в общем называемыми астрономами металлами .
Последующие поколения звёзд, формирующиеся из межзвёздного вещества, будут содержать большее начальное количество тяжёлых элементов. Хотя их доля в составе звёзд остаётся незначительной, но от их наличия ощутимо меняется жизненный цикл звёзд I типа (см. Звёздное население).
Характеристики
Физические характеристики
Типичная планетарная туманность имеет среднюю протяжённость в один световой год и состоит из сильно разреженного газа плотностью около 1000 частиц на см³, что пренебрежимо мало в сравнении, например, с плотностью атмосферы Земли, но примерно в 10-100 раз больше, чем плотность межпланетного пространства на расстоянии орбиты Земли от Солнца. Молодые планетарные туманности имеют наибольшую плотность, иногда достигающую 10 6 частиц на см³. По мере старения туманностей их расширение приводит к уменьшению плотности.
Излучение центральной звезды нагревает газы до температур порядка 10 000 . Парадоксально, что температура газа нередко повышается с увеличением расстояния от центральной звезды. Это происходит по той причине, что чем большей энергией обладает фотон , тем менее вероятно, что он будет поглощён. Поэтому во внутренних областях туманности поглощаются малоэнергетические фотоны, а оставшиеся, обладающие высокой энергией, поглощаются во внешних областях, вызывая рост их температуры.
Туманности можно разделить на бедные материей и бедные излучением . Согласно этой терминологии, в первом случае туманность не обладает достаточным количеством материи для поглощения всех ультрафиолетовых фотонов, излучаемых звездой. Поэтому видимая туманность полностью ионизирована. Во втором же случае центральная звезда испускает недостаточно ультрафиолетовых фотонов, чтобы ионизировать весь окружающий газ, и ионизационный фронт переходит в нейтральное межзвёздное пространство.
Так как бо́льшая часть газа планетарной туманности ионизирована (то есть является плазмой), значительный эффект на её структуру оказывает действие магнитных полей , вызывая такие феномены, как волокнистость и нестабильность плазмы.
Количество и распределение
На сегодняшний день в нашей галактике , состоящей из 200 миллиардов звёзд, известно 1500 планетарных туманностей. Их краткая по сравнению со звёздной продолжительность жизни является причиной их малого числа. В основном, все они лежат в плоскости Млечного Пути , причём большей частью сосредоточившись вблизи центра галактики, и практически не наблюдаются в звёздных скоплениях.
Использование ПЗС-матриц вместо фотоплёнки в астрономических исследованиях позволило значительно расширить список известных планетарных туманностей.
Структура
Большинство планетарных туманностей симметричны и имеют почти сферический вид, что не мешает им иметь множество очень сложных форм. Приблизительно 10 % планетарных туманностей практически биполярны, и лишь малое их число асимметричны. Известна даже прямоугольная планетарная туманность . Причины такого разнообразия форм до конца не выяснены, но считается, что большую роль могут играть гравитационные взаимодействия звёзд в двойных системах. По другой версии, имеющиеся планеты нарушают равномерное растекание материи при образовании туманности. В январе 2005 года американские астрономы объявили о первом обнаружении магнитных полей вокруг центральных звёзд двух планетарных туманностей, а затем выдвинули предположение, что именно они частично или полностью ответственны за создание формы этих туманностей. Существенная роль магнитных полей в планетарных туманностях была предсказана Григором Гурзадяном ещё в 1960-е годы . Есть также предположение, что биполярная форма может быть обусловлена взаимодействием ударных волн от распространения фронта детонации в слое гелия на поверхности формирующегося белого карлика (например, в туманностях Кошачий Глаз , Песочные Часы , даст возможность вычислить скорость расширения вдоль луча зрения. Сравнение углового расширения с полученной скоростью расширения сделает возможным вычисление расстояния до туманности.
Существование такого разнообразия форм туманностей является темой жарких дискуссий. Широко распространено мнение, что причиной этому может быть взаимодействие между веществом, удаляющимся от звезды с различными скоростями. Некоторые астрономы считают, что двойные звёздные системы ответственны, по крайней мере, за наиболее сложные очертания планетарных туманностей. Недавние исследования подтвердили наличие у нескольких планетарных туманностей мощных магнитных полей, предположения о чём уже неоднократно выдвигались. Магнитные взаимодействия с ионизированным газом также могут играть некоторую роль в становлении формы некоторых из них.
На данный момент существуют две различных методики обнаружения металлов в туманности, основывающиеся на различных типах спектральных линий. Иногда эти два метода дают совершенно непохожие результаты. Некоторые астрономы склонны объяснять это наличием слабых флуктуаций температуры в пределах планетарной туманности. Другие полагают, что различия в наблюдениях слишком разительны, чтобы объяснить их при помощи температурных эффектов. Они выдвигают предположения о существовании холодных сгустков, содержащих очень малое количество водорода. Однако сгустки, наличие которых, по их мнению, способно объяснить разницу в оценке количества металлов, ни разу не наблюдались.
Физика планетарных туманностей. - М. : Наука, 1982.
В пятой статье серии «Наблюдения за объектами дальнего космоса» я познакомлю вас с некоторыми рекомендациями по наблюдению планетарных туманностей. В предыдущих четырёх статьях вы узнали как наблюдать за шаровыми, рассеянными звёздными скоплениями, галактиками и диффузными туманностями. Все рекомендации предпочтительны для телескопов с апертурой от 110 мм. Для «планетарок» лучше диаметр объектива от 150 мм.
Практически все планетарные туманности имеют очень небольшой угловой размер, который сравним с размерами Юпитера (40″). Поверхностная яркость этих туманностей достаточно велика. Рекомендуется использовать увеличение телескопа: 80х - 200х.
Но есть планетарные туманности с низкой яркостью, для них нет смысла использовать окуляр с больши́м увеличением или рассеивающую линзу Барлоу, которая даёт бо́льшее увеличение. Для таких туманностей сложно подобрать рекомендации и дать советы по использованию увеличения, всё очень субъективно и читатель сможет выбрать (подобрать) сам. К неярким «планетаркам» можно отнести: M 27, M 76, M 97, NGC 4361).
Планетарная туманность со слабой поверхностной яркостью
Напоминаю, когда нашли искомый объект для наблюдения (в нашем случае планетарную туманность) руководствуйтесь следующей инструкцией. Она поможет вам узнать и получить как можно больше информации на практике. Не забывайте вести записи, это ускорит ваш процесс запоминания и в дальнейшем пригодится для сравнения объектов с другими этого же типа, а также научит вас различать и замечать тонкости каждого из объектов.
Наблюдение планетарной туманности
- Как всегда начинаем с оценки углового размера искомого объекта. Для лучшей и более точной оценки сравните её с планетой Юпитер, которую можно увидеть на таком же увеличении.
- Какую форму имеет туманность? Полая внутри, круглая, овальная, непонятная? Можно ли увидеть и дать хоть сколько информации о краях туманности? Какие они?
- Равномерно ли от центра к краям распределена яркость? Может отдельный участок насыщенный, другой менее или просматривается некоторая цветность?
- Какой общий цвет виден в телескоп? Туманность полностью серая? Или может голубовато-серая? Виднеется красноватый оттенок?
- Оглянитесь вокруг. Что можете сказать о звёздах за «планетаркой», вокруг неё? Есть ли очень яркие, ?
- Какой примерно блеск имеет исследуемый объект?
- В последнюю очередь, когда глаз и мозг усвоил достаточно информации - определите, на что похожа туманность? Есть ли сходство с каким-то предметом?
И всё… Оторвитесь на несколько секунд от телескопа, дайте отдохнуть глазам. Представьте перед собой то, что только что наблюдали. Взгляните ещё раз в окуляр, зафиксируйте. Сверьтесь со своими записями. Если всё хорошо, то наблюдения за этой планетарной туманностью можно заканчивать и после короткой паузы переключаться на новый объект.
Вот таких несколько простых, но на мой взгляд очень полезных и нужных рекомендаций стоит придерживаться при наблюдении планетарных туманностей . До новых статей, берегите свои глаза и не упускайте ни одной безоблачной звёздной ночи.