Астрономический словарик: планетарная туманность, полярное сияние

Планетарная туманность

Планетарная туманность NGC 6326

Планетарная туманность – это один из тех астрономических терминов, которые совершенно не соответствуют реальному явлению, однако прижились по историческим причинам, и используются по сей день, не переставая запутывать всё новые поколения астрономов и любителей.

Уильям Гершель, английский астроном, оптик и композитор немецкого происхождения, впервые разглядел один из таких объектов в 1780-х годах, и описал его как «туманность, напоминающую планету». Возможно, на него повлияло открытие французского астронома Антуана Даркье де Пелепуа, который в 1779 году независимо от Шарля Мессье открыл планетарную туманность M 57, также известную как Туманность Кольцо. Он описал её как «очень тусклую туманность с чёткими границами, размером с Юпитер, выглядящую, как тусклая планета».

Первый объект такого типа нашёл Шарль Мессье, французский астроном, составивший объёмный каталог небесных объектов – хотя он ещё не знал, что это за объект. 12 июля 1764 года он разглядел туманность Гантель, находящуюся в созвездии Лисички, и внёс в свой каталог под номером М27. Для всех ранних наблюдателей, пользовавшихся маломощными телескопами, планетарные туманности были похожи на гигантские планеты типа Урана. Гершель перечислил в своём каталоге 78 объектов класса «туманность», среди которых, как выяснилось позже, были как планетарные туманности, так и другие галактики.

Первым в природу планетарных туманностей в середине XIX века начал проникать Уильям Хаггинс, при помощи призмы разлагавший свет небесных объектов на составляющие, и анализировавший таким способом спектр их света. На примере туманности Кошачий Глаз он увидел, что спектр планетарных туманностей разительно отличается от спектра звёзд и галактик.

В результате дальнейших исследований было установлено, что планетарные туманности состоят из очень разреженного газа. По сути, это облака ионизированного газа, внешние оболочки красных гигантов, сброшенные ими в конце их жизненного цикла. Планетарная туманность светится благодаря ультрафиолетовому излучению, испускаемому останками звезды. Типичная планетарная туманность имеет размер порядка светового года и содержит от 100 до 10 000 частиц газа на кубический сантиметр.

Считается, что все звёзды средней массы, от 1 до 8 солнечных (и Солнце в том числе), в конце жизни превратятся в красных гигантов, а затем сбросят свою внешнюю оболочку, которая будет постепенно расширяться (более тяжёлые звёзды превращаются в сверхновые).

Планетарные туманности существуют обычно очень недолго, всего несколько десятков тысяч лет. При этом они, судя по всему, играют важнейшую роль в химической эволюции галактик, в т.ч. и Млечного Пути – именно из этих туманностей созданные путём синтеза внутри звёзд элементы попадают в межзвёздное пространство.

Когда за изучение планетарных туманностей плотную взялся космический телескоп Хаббл, выяснилось, что морфология их чрезвычайно многообразна, и сферическую симметрию имеет лишь пятая их часть. Пока непонятно, почему сброшенная оболочка звезды не остаётся красивой сферой – возможно, свою роль играют двойные системы звёзд, звёздные ветра и сильные магнитные поля.

Полярное сияние

Как полярное сияние видно с МКС

Такое яркое и загадочное на вид явление, как полярное сияние, или аврора, не могло пройти мимо даже таких людей, которые не интересовался звёздами. Возможно, что это явление пытались изобразить в виде наскального рисунка кроманьонцы около 30 000 лет назад.

Самое старое из письменных свидетельств, относящееся к авроре, датируется 2600 годом до н.э. и относится к древнему Китаю: «Фу-Пао, мать Жёлтого Императора Хуан-ди, увидела яркую молнию, движущуюся вокруг звезды Сю из созвездия Бай-Ду, и свет её озарил все окрестности». В древней китайской книге «Шань хай цзин» [«Каталог гор и морей»], описывающей реальную и мифическую географию Китая и соседних земель и обитающих там созданий, упоминается красный дракон Шилонг, с телом длиной в тысячу километров, сияющем на небосводе.

В японском фольклоре фазаны считаются вестниками небес, и в 620 году н.э. сияние в небе было описано, как красные фазаньи хвосты. Австралийские аборигены считали аврору кострами духов, а американские индейцы – танцующими душами предков.

В северном полушарии аврору чаще называют северным сиянием или aurora borealis. Последний термин придумал в 1619 году Галилео Галилей, составив имя римской богини рассвета и греческого названия для северного ветра. В южном полушарии явление называют aurora australis или южным сиянием.

Что до природы этого явления, то с течением времени выдвигались разные гипотезы происхождения авроры. Бенджамин Франклин, неутомимый учёный и инженер, в 1778 году предположил, что аврору вызывает концентрация электрического заряда полярных шапок, усиленная снегом и влажным воздухом. В 1747 году Михаил Ломоносов написал об авроре целую оду, озаглавленную «Вечернее размышление о Божием величестве при случае великого северного сияния»:

Лице своё скрывает день,
Поля покрыла мрачна ночь,
Взошла на горы чорна тень,
Лучи от нас склонились прочь.
Открылась бездна звёзд полна;
Звездам числа нет, бездне дна.

В произведении Ломоносов описал свои размышления на тему авроры, а также походя совершил прорыв в стихосложении, создав классический русский четырёхстопный ямб.

В 1859 году случился мощнейший за всю известную историю корональный выброс массы на Солнце. Это породило геомагнитную бурю, которую иногда называют «Событием Кэррингтона» или, следуя англоязычной литературе, «Солнечным суперштормом». Буря, начавшаяся 1-2 сентября, вызвала отказ телеграфных систем по всей Европе и Северной Америке. Северные сияния наблюдались по всему миру, даже над Карибами; над Скалистыми горами они были настолько яркими, что свечение разбудило золотоискателей, которые начали готовить завтрак, думая, что наступило утро. В Бостоне в час ночи было так светло, что можно было читать газету.

Именно после этого события учёные впервые связали аврору с электричеством – не только благодаря поведению магнитометров, но и из-за нарушения работы телеграфных линий протяжённостью в 200 000 км. Некоторые телеграфные линии, наоборот, оказались нужной длины и были ориентированы нужным образом для того, чтобы в них появился наведённый ток. В результате телеграфисты могли использовать эти линии, отключив аппараты от источников питания.

Как ни странно, всеобъемлющего понимания природы северного сияния не существует до сих пор. Однако ясно, что авроры возникают из-за взаимодействия солнечного ветра (потока ионизированных частиц, истекающего из солнечной короны в окружающее космическое пространство) с магнитосферой Земли. Возмущения магнитосферы происходят в результате увеличения скорости солнечного ветра из-за корональных дыр и выбросов корональной массы. Эти возмущения изменяют траектории заряженных частиц в магнитосферной плазме. Частицы осаждаются в верхних слоях атмосферы. Возникающая в результате ионизация и возбуждение компонентов атмосферы излучают свет разного цвета. Форма полярного сияния, возникающего в полосах вокруг обеих полярных областей, также зависит от величины ускорения солнечного ветра.

На большинстве планет Солнечной системы, некоторых естественных спутниках, коричневых карликах и даже кометах также происходят полярные сияния. Магнитные поля Юпитера и Сатурна сильнее земных, и при помощи космического телескопа Хаббла, а также аппаратов Кассини и Галилео мы видели полярные сияния на обеих планетах. При этом аврора Юпитера имеет более сложную природу, чем простое взаимодействие солнечного ветра и магнитного поля планеты — там свой вклад вносит его вулканический спутник Ио.

У Венеры нет магнитного поля, но полярные сияния наблюдались и там – они происходили в результате столкновения частиц солнечного ветра с частицами атмосферы планеты. А автоматическая межпланетная станция Европейского космического агентства «Марс-экспресс» при помощи инструмента SPICAM в 2004 году зафиксировала аврору на Марсе.