На космічних знімках ми часто бачимо зображення різноманітних, дуже красивих туманностей, які нагадують нам то кінську голову, то метелика. При цьому зрозуміти, чим вони насправді є, дуже складно, адже найчастіше, поглянувши на небо, ми нічого подібного не побачимо.
Туманності на зоряному небі
Коли люди уявляють собі Чумацький Шлях, вони насамперед згадують про сотні мільйонів зір, що його складають. Адже на небі ми бачимо практично тільки їх, якщо не рахувати тих тіл, що складають Сонячну систему. Проте, напевно, усі бачили в науково-популярних та інших виданнях зображення красивих туманностей, які часто нагадують фантазії художників.
То де ж ці об’єкти розташовані, що собою являють та чому ми їх не бачимо? Відповідати на ці запитання можна по-різному, але ми спробуємо почати з останнього. Абсолютна більшість усього, що можна назвати туманностями, неозброєним оком не побачиш. Для цього вони занадто слабкі.
Мабуть, саме тому протягом перших тисячоліть спостережень люди нічого про них не знали. Точніше, невідомі вони були європейським астрономам. Бо, наприклад, народи, що живуть у південній півкулі із давніх-давен могли спостерігати на нічному небі дві хмаринки, які ніби відокремилися від Чумацького Шляху і завжди висять на одному і тому самому місці.
Серед європейців їх першими побачили учасники кругосвітнього плавання під командуванням Фернана Магеллана у 1520 році. І їхня розповідь про ці нерухомі хмари, розміром у 20 та 10 разів більше за Місяць, настільки вразила астрономів, що вони назвали їх на честь великого мореплавця.
Туманність Андромеди
Інший об’єкт, який видно неозброєним оком і який був відкритий арабськими астрономами значно раніше, ніж європейськими — Туманність Андромеди. Вона має кутовий розмір 3,2° × 1°, тобто в шість разів більша за повний Місяць. Проте більша її частина дуже тьмяна, і лише центральні області достатньо яскраві, щоб їх можна було побачити як невелику світлу пляму.
Вперше її описав у 946 році перський астроном аль-Суфі, а європейці почали докладно вивчати у XVII столітті після винайдення телескопа. Ви й самі можете побачити її, хоча для цього краще обрати ясну ніч без Місяця і вибратися кудись, де немає яскравих вогнів, притаманних великому місту.
Якщо ви маєте вдале місце та час, треба знайти три яскраві зорі сузір’я Андромеди. Як це зробити, можна прочитати у цій статті. Далі треба подумки з’єднати середню із цих зір (вона має назву Мірах) із дуже помітним сузір’ям Кассіопеї (воно нагадує літеру М) і рухатися вздовж цієї лінії. Достатньо швидко ви знайдете невелику світлу плямку. Це і є центральна частина Туманності Андромеди.
Справжні туманності
Однак об’єкт в Андромеді, Магелланові Хмари, а також крихітна світла плямка, яку можна розгледіти дуже темної ночі в сузір’ї Трикутника, не є туманностями в сучасному значенні цього слова. Це галактики, схожі на Чумацький Шлях. Ми бачимо їх як плями з нечіткими краями — світло мільйонів зір, з яких вони складаються.
Однак неозброєним оком на небі можна знайти й справжні туманності. Найпомітніша з них — Туманність Оріона. Аби нею помилуватися, треба спочатку знайти саме сузір’я Оріона. Потім — три зорі, що складають його пояс. Знизу під ними розташоване видовжене скупчення зір, яке називають Мечем Оріона. Насправді ці об’єкти гравітаційно не пов’язані, однак серед них можна побачити й туманну пляму з невиразними краями. Це і є те, що ми шукаємо.
Ще один подібний об’єкт можна знайти у сузір’ї Стрільця. Його найпомітнішою частиною є астеризм із промовистою назвою Чайник. І саме трохи вище за «носик» цього самого Чайника можна за умови достатньо темного неба побачити слабку туманну цятку. Це — туманність Лагуна, або ж М8.
Тобто насправді туманності занадто слабкі для того, аби повною мірою милуватися ними неозброєним оком. Але якщо взяти бінокль чи невеликий аматорський телескоп, то кількість таких об’єктів, доступних для спостереження, зростає до десятків.
Один із найкращих способів ознайомитися з туманностями — каталог, який почав складати Шарль Мессьє ще 1771 року. Зараз він налічує 110 об’єктів, більшість з яких є справжніми туманностями чи галактиками, але є серед них і скупчення зір. Цього буде достатньо для того, аби осягнути, наскільки різноманітним є світ туманностей.
Що таке туманності
Але все ж, що таке ті самі «справжні туманності»? Якщо це не далекі галактики, в яких можна виділити окремі зорі, й не зоряні скупчення, що містяться всередині Чумацького Шляху, то що це таке? Вони нагадують хмари в земному небі — й насправді є хмарами газу та пилу, які займають певний об’єм простору всередині Чумацького Шляху.
Наскільки вони великі? Наприклад, уже згадана Туманність Оріона простягнулася у просторі на 24–33 світлових років, а один світловий рік — це 63 241 відстані від Землі до Сонця. Туманність Лагуна ще більша — 110–140 св. років.
Те, що перша здається більшою, пояснюється тим, що вона розташована ближче — приблизно у 1344 св. роках від нас у порівнянні з 5200 св. роками для Туманності Лагуна. Проте в Чумацькому Шляху є і більші хмари, але вони перебувають значно далі від нас.
При цьому туманності є досить розрідженим середовищем. Більшість із них мають концентрацію частинок від 100 до 10 тис. на см3 і тільки в найщільніших місцях вона може сягати мільйона частинок на см3. Для порівняння, атмосфера Землі біля поверхні містить близько 1019 молекул на см3.
Туманності майже повністю складаються з водню та гелію і в цьому плані надзвичайно схожі на зорі. Однак вони також містять важчі елементи, воду, силікати й органічні молекули, зокрема амінокислоти. Частина цих речовин перебуває в туманностях у вигляді невеликих твердих зерен.
Зазвичай туманності не випромінюють власного світла, а лише поглинають або розсіюють світло, що проходить крізь них. Це можливо тому, що, попри невелику щільність, вони простягаються на гігантські відстані. Тому світло, проходячи крізь них, частково поглинається й розсіюється, через що вони можуть нагадувати темні хмари.
Однак досить часто поруч із краєм або навіть усередині туманності можуть міститися одна чи кілька яскравих зір. Їхнє світло відбивається від зовнішніх шарів туманності, і тоді вона стає видимою. Саме завдяки цьому ми бачимо її фантастичні форми.
Усе це стосується тих туманностей, молекули в яких перебувають у неактивному стані. Однак достатньо часто через близьке джерело випромінювання вони іонізуються, стають «гарячими» й можуть самі випромінювати енергію. Астрономи називають їх емісійними.
При цьому емісійна туманність не обов’язково має випромінювати у видимому спектрі чи взагалі у якомусь широкому діапазоні частот. Чимало з них видимі тільки на певній довжині хвиль. У такому випадку їх називають радіотуманностями.
Екстремальний випадок — бульбашки Фермі, гігантські кулі газу, що підіймаються по обидва боки від площини Чумацького Шляху над його центром. Про їхнє існування ніхто не знав до початку XXI століття, адже вони складаються з дуже розрідженої речовини, яка випромінює в рентгенівському діапазоні, а це випромінювання поглинає земна атмосфера. Побачити бульбашки змогли лише після появи космічних телескопів, що працюють у відповідному діапазоні.
Туманності й еволюція зір
Усе вищенаведене стосується великих туманностей, що простягнулися в космосі на десятки світлових років. Однак вони є лише певним етапом колообігу речовини в Чумацькому Шляху, пов’язаного із зоряною еволюцією.
Коли холодні міжзоряні хмари починають ущільнюватися, процес відбувається нерівномірно. Усередині них з’являються ділянки підвищеної щільності, до яких перетікає навколишня речовина. Поступово вони перетворюються на глобули, всередині яких формуються протозорі. Потім ці світила спалахують, і тиск їхнього випромінювання розганяє частину газу та пилу, а частина речовини залишається у вигляді протопланетних дисків.
Протопланетні диски теж є різновидом туманностей. Тільки вони настільки малі, що аматорські телескопи вже не здатні їх побачити. Потім утворюються планети, й зоря починає жити своїм звичайним життям. А далі все залежить від її маси.
Достатньо легкі та холодні світила, подібні до нашого Сонця, не мають нічого спільного з туманностями аж до фінальної стадії червоного гіганта. Після неї вони скидають оболонку, яка розширюється у космосі та перетворюється на туманність.
Такі оболонки, які називаються планетарними туманностями, існують за космічними мірками дуже недовго. Однак вони можуть набувати найрізноманітніших, часто майже симетричних форм: від кілець і біполярних структур до складних асиметричних оболонок. Саме така схожість із диском планети свого часу й дала їм назву.
Ці цікаві форми доступні для спостереження навіть аматорам із невеликими телескопами. Видима зоряна величина таких планетарних туманностей, як Гантель, Равлик і Привид Юпітера, становить від 7 до 8, тож вони є доступними об’єктами для аматорських спостережень.
Значно складніші відносини з туманностями у великих і гарячих зір. Переважна їх частина вже на фінальних стадіях свого існування оточена газопиловими оболонками різного походження. Їх також можна вважати туманностями, хоча побачити такі структури вдається лише за допомогою найбільших телескопів, що працюють у різних діапазонах.
А далі відбувається вибух наднової, в результаті якого дуже значні маси газу та плазми виявляються розпорошеними в космічному просторі. Так утворюються залишки наднових, які по суті теж є туманностями.
Однак і у них, і у планетарних туманностей фінал один. За кілька десятків чи сотень тисяч років вони повністю розсіються, а матеріал з них стане новими гігантськими хмарами, що розтягнулися на десятки світлових років.
Світ туманностей дивовижний і різноманітний. А ще він відображає один конкретний момент в історії Всесвіту, який за достатньо короткий термін часу, усього кілька тисяч років, вже зникне. Тож насолоджуйтеся цим моментом!
