Откуда берется космическая пыль. Космическая пыль – источник жизни во Вселенной Какой цвет поглощает частицы космической пыли

Сверхновая SN2010jl Фото: NASA/STScI

Астрономы впервые наблюдали в реальном времени образование космической пыли в ближайших окрестностях сверхновой, что позволило им объяснить это загадочное явление, происходящее в два этапа. Процесс начинается вскоре после взрыва, но продолжается ещё много лет, пишут исследователи в журнале "Nature".

Мы все состоим из звездной пыли, из элементов, которые и являются строительным материалом для новых небесных тел. Астрономы давно предполагали, что эта пыль образуется при взрыве звезд. Но как именно это происходит и как пылевые частицы не разрушаются в окрестностях галактик, где идёт активное оставалось до сих пор загадкой.

Этот вопрос впервые прояснили наблюдения, сделанные с помощью Very Large Telescope в обсерватории Паранал на севере Чили. Международная исследовательская группа под руководством Кристы Галл (Christa Gall) из датского университета Орхуса исследовали сверхновую, возникшую в 2010 году в галактике, удаленной от нас на 160 млн. световых лет. Исследователи в течение месяцев и первых лет наблюдали с каталожным номером SN2010jl в видимом и инфракрасном световом диапазоне с помощью спектрографа X-Shooter.

„Когда мы комбинировали данные наблюдений, мы смогли сделать первое измерение поглощения различных длин волн в пыли вокруг сверхновой, - объясняет Галл. - Это позволило нам узнать об этой пыли больше, чем известно было раньше". Таким образом стало возможным более подробно изучить различные размеры пылинок и их образование.

Пыль в непосредственной близости от сверхновой возникает в два этапа Фото: © ESO/M. Kornmesser

Как оказалось, пылевые частицы величиной более тысячной доли миллиметра образуются в плотном материале вокруг звезды относительно быстро. Размеры этих частиц удивительно велики для космических пылинок, что делает их устойчивыми к разрушению галактическими процессами. „Наше доказательство возникновения больших частиц пыли вскоре после взрыва сверхновой означает, что должен быть быстрый и эффективный способ их образования", - добавляет соавтор Йенс Хйорт (Jens Hjorth) из Университета Копенгагена. "Но мы пока не понимаем, как именно это происходит."

Тем не менее, у астрономов уже есть теория, базирующаяся на их наблюдениях. Исходя из неё, образование пыли протекает в 2 этапа:

1. Звезда выталкивает материал в своё окружающее пространство незадолго до взрыва. Затем идет и распространяется ударная волна сверхновой, за которой создается прохладная и плотная оболочка газа - окружающая среда, в которые могут конденсироваться и расти пылевые частицы из ранее вытолкнутого материала.
2. На второй стадии, через несколько сотен дней после взрыва сверхновой, добавляется материал, который был выброшен в самим взрывом и происходит ускоренный процесс образования пыли.

«В последнее время астрономы обнаружили много пыли в остатках сверхновых, которые возникли после взрыва. Тем не менее, они также нашли доказательства небольшого количества пыли, которая фактически возникла в самой сверхновой. Новые наблюдения объясняют, как может разрешаться это кажущееся противоречие", - пишет в заключение Криста Галл.

В межзвездном и межпланетном пространстве встречаются мелкие частицы твердых тел — то, что в повседневной жизни мы называем пылью. Скопление этих частиц мы именуем космической пылью, чтобы отличить ее от пыли в земном значении, хотя их физическое строение сходно. Это частицы размером от 0,000001 сантиметра до 0,001 сантиметра, химический состав которых, в общем, до сих пор неизвестен.

Частицы эти, нередко образуют облака, которые обнаруживаются разными путями. Так, например, в нашей планетной системе присутствие космической пыли было обнаружено благодаря тому, что солнечный свет, рассеиваясь на ней, вызывает явление, издавна известное как «зодиакальный свет». Зодиакальный свет мы наблюдаем в исключительно ясные ночи в виде слабо светящейся полосы, тянущейся на небе вдоль Зодиака, он постепенно слабеет, по мере того как мы отдаляемся от Солнца (находящегося в это время за горизонтом). Измерения интенсивности зодиакального света и изучение его спектра показывают, что он происходит от рассеивания солнечного света на частицах, образующих облако космической пыли, окружающих Солнце и достигающих орбиты Марса (Земля, таким образом, находится внутри облака космической пыли).
Присутствие облаков космической пыли в межзвездных пространствах обнаруживается таким же путем.
Если какое-нибудь облако пыли очутится вблизи относительно светлой звезды, то свет от этой звезды будет рассеиваться на облаке. Мы обнаруживаем тогда это облако пыли в виде светлого пятнышка, именуемого «нерегулярной туманностью» (рассеянной туманностью).
Иногда облако космической пыли становится видимым потому, что оно загораживает собой расположенные за ним звезды. Тогда мы его различаем в виде относительно темного пятна на фоне усеянного звездами небесного пространства.
Третий путь обнаружения космической пыли — изменение цвета звезд. Звезды, которые находятся за облаком космической пыли, в общем, более интенсивно красные. Космическая пыль, так же, впрочем, как и земная, вызывает «покраснение» света, который через нее проходит. Это явление мы часто можем наблюдать на Земле. В туманные ночи мы видим, что фонари, расположенные от нас вдалеке, сильнее окрашены в красный цвет, чем ближние фонари, свет которых практически остается неизменным. Мы должны однако сделать оговорку: изменение окраски вызывает только пыль, состоящая из малых частиц. И именно такая пыль чаще всего встречается в межзвездных и межпланетных пространствах. А из факта, что пыль эта вызывает «покраснение» света звезд, лежащих за ней, мы делаем вывод, что размеры ее частиц малы, около 0.00001 см.
Нам точно неизвестно, откуда берется космическая пыль. Вернее всего, она возникает из тех газов, которые постоянно выбрасывают звезды, особенно молодые. Газ при низких температурах замерзает и превращается в твердое тело — в частицы космической пыли. И, наоборот, часть этой пыли, очутившись в относительно высокой температуре, например поблизости от какой-нибудь горячей звезды, либо во время столкновения двух облаков космической пыли, что, в общем говоря, в нашей области Вселенной явление нередкое, снова превращается в газ.

КОСМИЧЕСКАЯ ПЫЛЬ, твёрдые частицы с характерными размерами от около 0,001 мкм до около 1 мкм (и, возможно, до 100 мкм и более в межпланетной среде и протопланетных дисках), обнаруженные почти во всех астрономических объектах: от Солнечной системы до очень далёких галактик и квазаров. Характеристики пыли (концентрация частиц, химический состав, размер частиц и т. д.) значительно меняются от одного объекта к другому, даже для объектов одного типа. Космическая пыль рассеивает и поглощает падающее излучение. Рассеянное излучение с той же длиной волны, что и падающее, распространяется во все стороны. Излучение, поглощённое пылинкой, трансформируется в тепловую энергию, и частица излучает обычно в более длинноволновой области спектра по сравнению с падающим излучением. Оба процесса дают вклад в экстинкцию - ослабление излучения небесных тел пылью, находящейся на луче зрения между объектом и наблюдателем.

Пылевые объекты исследуют почти во всём диапазоне электромагнитных волн - от рентгеновского до миллиметрового. Электрическое дипольное излучение быстро вращающихся ультрамелких частиц, по-видимому, даёт некоторый вклад в микроволновое излучение на частотах 10-60 ГГц. Важную роль играют лабораторные эксперименты, в которых измеряют показатели преломления, а также спектры поглощения и матрицы рассеяния частиц - аналогов космических пылинок, моделируют процессы образования и роста тугоплавких пылинок в атмосферах звёзд и протопланетных дисках, изучают образование молекул и эволюцию летучих пылевых компонентов в условиях, похожих на существующие в тёмных межзвёздных облаках.

Космическую пыль, находящуюся в различных физических условиях, непосредственно изучают в составе упавших на поверхность Земли метеоритов, в верхних слоях земной атмосферы (межпланетная пыль и остатки небольших комет), при полётах КА к планетам, астероидам и кометам (околопланетная и кометная пыль) и за пределы гелиосферы (межзвёздная пыль). Наземные и космические дистанционные наблюдения космической пыли охватывают Солнечную систему (межпланетная, околопланетная и кометная пыль, пыль около Солнца), межзвёздную среду нашей Галактики (межзвёздная, околозвёздная и небулярная пыль) и других галактик (внегалактическая пыль), а также очень удалённые объекты (космологическая пыль).

Частицы космической пыли в основном состоят из углеродистых веществ (аморфный углерод, графит) и магниево-железистых силикатов (оливины, пироксены). Они конденсируются и растут в атмосферах звёзд поздних спектральных классов и в протопланетарных туманностях, а затем выбрасываются в межзвёздную среду давлением излучения. В межзвёздных облаках, особенно плотных, тугоплавкие частицы продолжают расти в результате аккреции атомов газа, а также при столкновении и слипании частиц друг с другом (коагуляции). Это ведёт к появлению оболочек из летучих веществ (в основном льдов) и к образованию пористых агрегатных частиц. Разрушение пылинок происходит в результате распыления в ударных волнах, возникающих после вспышек сверхновых звёзд, или испарения в процессе звездообразования, начавшемся в облаке. Оставшаяся пыль продолжает эволюционировать вблизи сформировавшейся звезды и позднее проявляется в форме межпланетного пылевого облака или кометных ядер. Парадоксально, но вокруг проэволюционировавших (старых) звёзд пыль является «свежей» (недавно образовавшейся в их атмосфере), а вокруг молодых звёзд - старой (проэволюционировавшей в составе межзвёздной среды). Предполагается, что космологическая пыль, возможно существующая в удалённых галактиках, сконденсировалась в выбросах вещества после взрывов массивных сверхновых звёзд.

Лит. смотри при ст. Межзвёздная пыль.

Космическая пыль, ее состав и свойства мало известны человеку, не связанному с изучением внеземного пространства. Однако подобное явление оставляет свои следы на нашей планете! Рассмотрим подробнее, откуда она берется и каким образом влияет на жизнедеятельность на Земле.

Понятие космической пыли

Космическая пыль на Земле чаще всего находится в определенных слоях океанического дна, ледяных щитах полярных областей планеты, отложениях торфа, труднодоступных местах пустыни и метеоритных кратерах. Размер данного вещества - менее 200 нм, что делает его изучение проблематичным.

Обычно понятие космической пыли включает в себя размежевание на межзвездную и межпланетную разновидность. Впрочем, все это является очень условным. Наиболее удобным вариантом для изучения подобного явления считают исследование пыли из космоса на границах Солнечной системы или за ее пределами.

Причина такого проблематичного подхода к исследованию объекта заключается в том, что свойства внеземной пыли кардинально меняются при нахождении рядом с такой звездой, как Солнце.

Теории происхождения космической пыли

Потоки космической пыли постоянно атакуют поверхность Земли. Возникает вопрос, откуда берется это вещество. Его происхождение дает почву для множества дискуссий среди специалистов в этой области.

Выделяют такие теории образования космической пыли:

• Распад небесных тел . Некоторые ученые считают, что космическая пыль - не что иное, как результат разрушения астероидов, комет и метеоритов.
• Остатки облака протопланетного типа . Есть версия, по которой космическую пыль относят к микрочастицам протопланетного облака. Впрочем, такое предположение вызывает некоторые сомнения по причине недолговечности мелкодисперсного вещества.
• Результат взрыва на звездах . Вследствие этого процесса, по мнению некоторых специалистов, происходит мощный выброс энергии и газа, что приводит к образованию космической пыли.
• Остаточные явления после формирования новых планет . Так называемый строительный «мусор» стал основой для возникновения пыли.

По некоторым исследованиям, определенная часть составляющей космической пыли возникла раньше формирования Солнечной системы, что делает это вещество еще более интересным для дальнейшего изучения. На это стоит обратить внимание при оценке и анализе подобного внеземного явления.

Основные разновидности космической пыли

Конкретной классификации видов космической пыли на данный момент не существует. Можно разграничить подвиды по визуальным характеристикам и местообразованию этих микрочастиц.

Рассмотрим семь групп космической пыли в атмосфере, различных по внешним показателям:

1. Серые обломки неправильной формы. Это остаточные явления после столкновения метеоритов, комет и астероидов размером не более 100-200 нм.
2. Частицы шлакообразного и пепловидного образования. Такие объекты сложны в опознании исключительно по внешним признакам, потому что претерпели изменения, пройдя через атмосферу Земли.
3. Зерна округлой формы, что по параметрам схожи с песком черного цвета. Внешне они напоминают порошок магнетита (магнитного железняка).
4. Черные окружности небольшого размера, обладающие характерным блеском. Их диаметр не превышает отметки 20 нм, что делает их изучение кропотливым занятием.
5. Более крупные шарики того же цвета с шероховатой поверхностью. Их размер достигает 100 нм и позволяет детально изучить их состав.
6. Шарики определенной окраски с преобладанием черных и белых тонов с включениями газа. Эти микрочастицы космического происхождения состоят из силикатной основы.
7. Шары разнородной структуры из стекла и металла. Такие элементы характеризуются микроскопическими размерами в пределах 20 нм.

По астрономическому расположению выделяют 5 групп космической пыли:

• Пыль, находящаяся в межгалактическом пространстве. Данный вид может искажать размеры расстояний при определенных расчетах и способен изменять цвет космических объектов.
• Образования в пределах Галактики. Пространство в этих пределах всегда заполнено пылью от разрушения космических тел.
• Вещество, сконцентрированное между звездами. Оно наиболее интересно благодаря наличию оболочки и ядра твердой консистенции.
• Пыль, расположившаяся рядом с определенной планетой. Находится она обычно в кольцевой системе небесного тела.
• Облака из пыли вокруг звезд. Они кружатся по орбитальной траектории самой звезды, отражая ее свет и создавая туманность.

Три группы по общему удельному весу микрочастиц выглядят так:

1. Металлическая группа. Представители этого подвида имеют удельный вес более пяти граммов на кубический сантиметр, и основа их состоит преимущественно из железа.
2. Группа на силикатной основе. Основа - прозрачное стекло с удельным весом приблизительно три грамма на кубический сантиметр.
3. Смешанная группа. Само название этого объединения свидетельствует о наличии в структуре микрочастиц как стекла, так и железа. Основа также включает в себя магнетические элементы.

Четыре группы по сходству внутреннего строения микрочастиц космической пыли:

• Сферулы с полым наполнением. Эта разновидность часто встречается в местах падения метеоритов.
• Сферулы металлического образования. Такой подвид имеет ядро из кобальта и никеля, а также оболочку, которая окислилась.
• Шары однородного сложения. Такие крупинки имеют окисленную оболочку.
• Шарики с силикатной основой. Наличие газовых вкраплений придает им вид обычных шлаков, а иногда и пены.

Следует помнить, что эти классификации весьма условны, но служат определенным ориентиром для обозначения видов пыли из космоса.

Состав и характеристика компонентов космической пыли

Рассмотрим подробнее, из чего состоит космическая пыль. Существует некая проблема при определении состава данных микрочастиц. В отличие от газообразных веществ, твердые тела имеют непрерывающийся спектр с относительно небольшим наличием полос, что размыты. Вследствие этого затрудняется идентификация космических пылинок.

Состав космической пыли можно рассмотреть на примере основных моделей данного вещества. К ним относятся такие подвиды:

1. Ледяные частицы, в структуру которых входит ядро с тугоплавкой характеристикой. Оболочка подобной модели состоит из легких элементов. В частицах крупного размера находятся атомы с элементами магнитного свойства.
2. Модель MRN, состав которой определяется наличием силикатных и графитовых вкраплений.
3. Оксидная космическая пыль, в основу которой входят двухатомные окислы магния, железа, кальция и кремния.

Общая классификация по химическому составу космической пыли:

• Шарики с металлической природой образования. В состав таких микрочастиц входит такой элемент, как никель.
• Металлические шарики с наличием железа и отсутствием никеля.
• Окружности на силиконовой основе.
• Железо-никелевые шарики неправильной формы.

Более конкретно можно рассмотреть состав космической пыли на примере обнаруженной в океаническом иле, осадочных породах и ледниках. Их формула будет мало отличаться одна от другой. Находки при изучении морского дна представляют из себя шарики с силикатной и металлической основой с присутствием таких химических элементов, как никель и кобальт. Также в недрах водной стихии были обнаружены микрочастицы с наличием алюминия, кремния и магния.

Почвы благодатны на присутствие космического материала. Особенно большое количество сферул обнаружено в местах падения метеоритов. Основой для них послужили никель и железо, а также всевозможные минералы типа троилита, кохенита, стеатита и других составляющих.

Ледники также таят в своих глыбах пришельцев из космоса в виде пыли. Силикат, железо и никель служат основой найденных сферул. Все добытые частицы были классифицированы в 10 четко разграниченных групп.

Трудности в определении состава изучаемого объекта и дифференцирование его от примесей земного происхождения оставляют этот вопрос открытым для дальнейших исследований.

Влияние космической пыли на процессы жизнедеятельности

Влияние данной субстанции до конца не изучено специалистами, что дает большие возможности в плане дальнейшей деятельности в этом направлении. На определенной высоте при помощи ракет обнаружили специфический пояс, состоящий из космической пыли. Это дает основание утверждать, что подобное внеземное вещество воздействует на некоторые процессы, происходящие на планете Земля.

Влияние космической пыли на верхние слои атмосферы

Последние исследования свидетельствуют о том, что количество космической пыли способно влиять на изменение верхних слоев атмосферы. Данный процесс очень значим, потому что ведет к определенным колебаниям в климатической характеристике планеты Земля.

Огромное количество пыли, возникшей от столкновения астероидов, заполняет пространство вокруг нашей планеты. Ее количество достигает почти 200 тонн в сутки, что, по мнению ученых, не может не оставить своих последствий.

Наиболее подвержено этой атаке, по мнению тех же специалистов, северное полушарие, климат которого предрасположен к холодным температурам и сырости.

Вопрос воздействия космической пыли на образование облаков и изменение климата еще не изучен в достаточной степени. Новые исследования в этой области порождают все больше вопросов, ответы на которые пока не получены.

Влияние пыли из космоса на преобразование океанического ила

Облучение космической пыли солнечным ветром приводит к тому, что эти частицы попадают на Землю. Статистика свидетельствует о том, что наиболее легкий из трех изотопов гелия в огромном количестве попадает через пылинки из космоса в океанический ил.

Поглощение минералами железомарганцевого происхождения элементов из космоса послужило основой в формировании уникальных рудных образований на океанском дне.

На данный момент количество марганца в областях, которые близки к полярному кругу, ограничено. Все это связано с тем, что космическая пыль не поступает в Мировой океан в тех районах из-за ледяных щитов.

Влияние космической пыли на состав воды Мирового океана

Если рассматривать ледники Антарктиды, то они поражают количеством найденных в них остатков метеоритов и наличием космической пыли, которая в сотню раз превышает обычный фон.

Чрезмерно повышенная концентрация того же гелия-3, ценных металлов в виде кобальта, платины и никеля позволяет с уверенностью утверждать факт вмешательства космической пыли в состав ледникового щита. При этом вещество внеземного происхождения остается в первозданном и не разбавленном водами океана виде, что само по себе является уникальным явлением.

По мнению некоторых ученых, количество космической пыли в таких своеобразных ледяных щитах за последний миллион лет насчитывает порядка нескольких сотен триллионов образований метеоритного происхождения. В период потепления эти покровы тают и несут в Мировой океан элементы космической пыли.

Смотрите видео о космической пыли:

Данное космическое новообразование и его влияние на некоторые факторы жизнедеятельности нашей планеты еще мало изучено. Важно помнить, что вещество способно влиять на изменения климата, структуру океанического дна и концентрацию определенных веществ в водах Мирового океана. Фото космической пыли свидетельствуют о том, как много еще загадок таят в себе эти микрочастицы. Все это делает изучение подобного интересным и актуальным!

Наука

Ученые заметили большое облако космической пыли, созданное вспышкой сверхновой.

Космическая пыль может дать ответы на вопросы о том, как на Земле появилась жизнь - зародилась ли она здесь или была занесена с кометами, упавшими на Землю, была ли здесь вода с самого ее начала или она была также занесена из космоса.

Недавний снимок облака космической пыли, которая произошла после вспышки сверхновой доказывает, что сверхновые звезды способны производить достаточно космической пыли для создания таких планет, как наша Земля.

Более того, ученые считают, что этой пыли хватит, чтобы создать тысячи таких планет как Земля .

Данные телескопа показывают теплую пыль (белый цвет), которая выжила внутри остатка сверхновой. Облако остатка сверхновой Стрелец А Восток показано синим цветом. Радиоизлучение (красный цвет) указывает на столкновение расширяющейся ударной волны с окружающими межзвездными облаками (зеленый цвет).

Стоит отметить, что космическая пыль участвовала в создании как нашей планеты, так и многих других космических тел. Она состоит из маленьких частиц размером до 1 микрометра.

Сегодня уже известно, что кометы содержат первичную пыль, которой миллиарды лет, и которая играла главную роль в образовании Солнечной системы. Исследовав эту пыль можно многое узнать о том, как начинала создаваться Вселенная и наша Солнечная система в частности, а также узнать больше о составе первой органической материи и воды.

По словам Райана Лау (Ryan Lau) из Корнелльского университета в Итаке, Нью-Йорк, вспышка, недавно заснятая телескопом, произошла 10 000 лет назад , и в результате образовалось облако пыли достаточного размера, чтобы из него получилось 7 000 планет, похожих на Землю .

Наблюдения сверхновой звезды (Supernova)

С помощью Стратосферной обсерватории ИК-астрономии (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA) , ученые изучили интенсивность излучений, и смогли посчитать общую массу космической пыли в облаке.

Стоит отметить, что SOFIA является совместным проектом НАСА и Германского центра авиации и космонавтики . Целью проекта является создание и использование телескопа системы Кассегрена на борту самолета Боинг-474 .

Во время полета на высоте 12-14 километров , телескоп с диаметром окружности 2,5 метра способен создавать фотографии космоса, приближенные по качеству к фотографиям, которые делают космические обсерватории.

Под руководством Лау, команда использовала телескоп SOFIA со специальной камерой FORCASTна борту, чтобы сделать инфракрасные снимки облака из космической пыли, также известной, как остаток сверхновой Стрелец А Восток. FORCAST является инфракрасной камерой обнаружения слабоконтрастных объектов.