Страница:
Слой этот обновляется очень быстро, за время порядка суток. Верхние его частицы отрываются и уносятся газом, а внизу прилипают новые.
Важные данные о составе ядра получены при помощи прямых измерений химического состава пыли, газа и плазмы в коме вдоль траектории полета.
Химический состав и концентрация ионов плазмы измерялись спектрометром кометной плазмы ПЛАЗМАГ. Эти измерения показали, что по относительному содержанию в потоке газа, уходящего от кометы, больше всего водяного пара, но есть также много других компонентов - атомных (водород, кислород, углерод) и молекулярных (моноокись и двуокись углерода, гидроксил, циан и др.). Полосы излучения примерно десятка молекулярных компонентов - этих же и других - зарегистрированы во внутренней коме при помощи инфракрасного и трехканального спектрометров. Особый интерес представляет вопрос о том, какие молекулы принадлежат к числу "родительских", то есть входящих непосредственно в состав ядра.
По-видимому, среди них главные - вода и углекислота, но многое указывает и на присутствие в ядре других молекул, в том числе и органических.
Вещество ядра скорее всего представляет собой так называемый "клатрат", то есть обычный водный лед, в кристаллическую решетку которого, как уже говорилось, "вкраплены" другие молекулы. С клатратом перемешаны частицы метеоритного состава, каменистые и металлические. Химический состав таких твердых частиц, которые входили в состав ядра, но покинули его под давлением газовых потоков, измерялся на траектории полета "Веги-1 " и "Веги-2" при помощи пылеударного масс-спектрометра ПУМА. В этом хитроумном устройстве химическому анализу подвергается облачко плазмы, возникающее при ударе пылинок со скоростью около 80 километров в секунду. Всего был измерен химический состав около 2000 индивидуальных частиц. Он оказался очень сложным и неоднородным. Есть частицы с преобладанием металлов, таких, как натрий, магний, кальций, железо и других, с примесью силикатов. На спектрах масс чисто видны пики кислорода и водорода, указывающие на присутствие молекул воды. Наконец, есть пылинки, в которых наряду с металлами присутствует значительное количество углерода.
Наличие разнородных пылинок указывает на сложную тепловую историю первичного материала Солнечной системы.
В результате экспедиции "Вега" ученые впервые увидели кометное ядро, получили большой объем данных о его составе и физических характеристиках, сделали выбор в пользу одной из теоретических моделей и существенно уточнили ее. Грубая схема заменена картиной реального природного объекта, ранее никогда не наблюдавшегося. Внешне он несколько напоминает спутники Марса - Фобос и Деймос, но еще более близким аналогом могут оказаться некоторые малые спутники Сатурна и Урана. Это укладывается в рамки гипотезы, предполагающей, что кометные ядра образовались сравнительно недалеко от Солнца, примерно там, где находятся планеты-гиганты от Юпитера до Нептуна, и были отброшены на большие расстояния при формировании этих планет.
Помимо исследований химического состава пылинок, измерялись количественные характеристики пылевого потока - специальные счетчики определяли количество ударов частиц разной массы (один из счетчиков был создан совместно с учеными из Чикагского университета). Эксперименты с пылевыми счетчиками показали, что около миллиона тонн космической пыли покидает кометное ядро ежесуточно. Поток ее неоднороден - он больше над активными областями ядра, кроме того, имеются эффекты, связанные с различным влиянием светового давления на движение частиц разных масс и размеров. Весьма неожиданным оказался характер распределения частиц по размерам: было обнаружено аномально большое количество малых частиц размером порядка сотой доли микрометра.
Газ, испаряющийся с ядра кометы и распространяющийся в межпланетную среду со скоростью около одного километра в секунду, в конечном счете полностью ионизируется солнечным излучением. В результате возникает гигантское плазменное образование размером около одного миллиона километров, создающее препятствие на пути сверхзвукового потока солнечного ветра - плазмы из нагретой солнечной короны. Даже магнитосфера Земли, взаимодействие которой с солнечным ветром изучается уже более четверти века с начала космической эры, имеет в 10-15 раз меньшие размеры.
Перед кометой в сверхзвуковом потоке солнечной плазмы образуется своеобразная ударная волна, не похожая по своей структуре на хорошо изученные ударные волны перед Землей и другими планетами. Она была обнаружена
и изучена приборами плазменного комплекса аппаратов "Вега", в состав которого входят энергоспектрометр плазмы, магнитометр, анализаторы низкочастотных заряженных частиц.
Прямые измерения плазмы и плазменных волн во внутренней части комы с аппаратов "Вега" могут понять особенности образования плазмы и излучения газа не только в кометах, но и в ряде других астрофизических объектов, в которых взаимодействие плазм играет большую роль.
Смерть звезды порождает... звезды!
((Сверхновые" или "сверхстарые")
Заметить какие-либо изменения в мире звезд удается крайне редко.
"Звездой-гостьей" назвали китайские летописцы яркое светило, появившееся на небосводе в 1054 году и вновь погасшее через несколько месяцев: в наше время за такими событиями утвердилось довольно нелепое название "сверхновые" звезды. Дело в том, что "сверхновые" в действительности являются умирающими объектами, вспыхивающими в предсмертных конвульсиях. Поэтому точнее было бы назвать их "сверхстарыми" звездами.
В отличие от бурных предсмертных мгновений, когда слабенькая звездочка вдруг становится ярчайшей звездой небосвода, процесс рождения звезд выглядит совсем не ярко. Только в последние годы, используя радио- и ин-, фракрасные телескопы, астрономы смогли частично понять процессы, происходящие в толще непрозрачных для света облаков межзвездного газа и пыли. Закрытый от излучения горячих; звезд пеленой межзвездной пыли, газ остывает почти до абсолютного нуля (-273°С), сжимается, уплотняется и разбивается силами гравитации на части - протозвезды. Долгое время температура протозвезды остается очень низкой, и состоит она в основном из молекул водорода и других химических элементов, способных излучать радиоволны. На этом этапе их уже могут изучать радиоастрономы.
Когда центральная часть протозвезды сжимается и достаточно сильно разогревается, молекулы разрушаются, их радиоизлучение пропадает, но горячая газопылевая оболочка протозвезды становится источником теплового излучения - на этом этапе основную информацию астрономы получают с помощью инфракрасных телескопов.
Впрочем, проследить все этапы эволюции какой-либо конкретной протозвезды никогда не удается, процесс формирования длится миллионы лет. Поэтому астрономы изучают в одних областях Галактики холодные газовые облака, в других областях - фрагментацию этих облаков на отдельные сгусткипротозвезды, в третьих - различные этапы сжатия протозвезд и их превращение в нормальные звезды. И лишь затем на основе собранных данных воссоздается полная картина рождения звезды.
Эпидемия в созвездии Ориона
Один из ближайших к нам очагов недавнего звездообразования находится в направлении созвездия Орион.
Туманность Ориона удалена от нас на расстояние в 1500 световых лет. Область, заполненная молодыми яркими звездами и нагретым их излучением горячим газом, расположилась на краю гигантского холодного облака, занимающего почти все созвездие. В глубине холодного облака не заметно признаков звездообразования, но, чем ближе к яркой Туманности Ориона, тем яснее они проявляются. Сначала становятся заметными небольшие газовые конденсации, о которых еще нельзя сказать наверняка, что они станут звездами:
в них идет борьба сил гравитации и газового давления - если победит гравитация, эти конденсации станут протозвездами, а затем и звездами. Но вблизи границы между холодным облаком и Туманностью Ориона ситуация уже более ясная: здесь, без сомнения, рождаются звезды. Об этом говорят обнаруженные там группы инфракрасных источников - молодые группировки звезд, не успевшие сбросить с себя пылевые оболочки, а также найденные радиоастрономами необычайно мощные источники излучения - мазеры.
Это небольшие газовые конденсации в окрестности молодых звезд, где радиоволны усиливаются примерно так же, как свет в наших лазерах.
В холодном газовом облаке процесс звездообразования развивается не хаотически, а как эпидемия: возникает на краю облака, а затем постепенно захватывает внутренние его части. Волна звездообразования как бы прокатывается по облаку, и там, где она прошла, начинают рождаться звезды.
Но какая причина вызывает эту волну?
Ускоритель звездообразования
Причин может быть несколько. Это и взаимные столкновения облаков, и встреча их со спиральными рукавами Галактики, и некоторые другие события, приводящие к уплотнению газа в облаках. Но, пожалуй, нам более интересен случай, когда волну звездообразования "запускает" внутрь облака взорвавшаяся рядом с ним умирающая звезда-сверхновая. Наблюдения показывают, что группировки молодых звезд часто бывают связаны с остатками вспышек сверхновых. Например, группа горячих звезд в созвездии Большого Пса находится на краю гигантской газовой оболочки - остатка сверхновой, вспыхнувшей около 500 тысяч лет назад.
Аналогичная ситуация наблюдается в созвездии Единорога-здесь сверхновая разрушила массивное облако и "заставила" часть его газа превратиться в звезды. Впрочем, вовсе не обязательно, чтобы рядом со сверхновой заранее существовало газовое облако.
Разлетаясь с большой скоростью, оболочка сверхновой, как бульдозер, сгребает впереди себя межзвездный газ, уплотняет его и превращает в облака, в которых тут же может начаться процесс звездообразования. Таким образом, смерть одних звезд стимулирует рождение других.
Конечно, и без сверхновых звезды в Галактике рождались бы. Но вспышка сверхновой как бы ускоряет все события: разреженный газ она нагревает и заставляет расширяться и становиться еще более разреженным, а плотные газовые облака уплотняет, делает непрозрачными, заставляет охлаждаться и быстро превращаться в звезды или целые звездные скопления.
Происхождение Солнечной системы
Итак, с одной стороны, эти вспышки "подстегивают" волну звездообразования и заставляют ее двигаться дальше, в глубь облака. Однако с другой - они становятся одной из главных причин разрушения звездных скоплений.
Дело в том, что процесс звездообразования, подгоняемый вспышками сверхновых, приводит к тому, что молодые звезды в момент своего рождения имеют немалые скорости: ведь оболочка сверхновой не только сжимает, но и расталкивает в разные стороны облака газа. Звезды при этом рождаются на больших расстояниях друг от друга и не могут удержаться вместе силами взаимного притяжения. Но даже если в рождении звезд сверхновые и не участвовали и облако сжалось само, все равно наиболее массивные из образовавшихся звезд быстро пройдут свой жизненный путь и начнут взрываться, как сверхновые. Эти взрывы нагреют остатки газа, который быстро расширится и покинет область звездообразования.
Лишившись газа, молодой звездный агрегат существенно "потеряет в весе", притяжение его ослабнет, и значительная доля молодых звезд сразу же убежит из скопления. Образуется расширяющаяся звездная ассоциация. Именно в таких ассоциациях содержится солидная доля молодых звезд.
Разгадка основных закономерностей в судьбах умирающих и рождающихся звезд, взаимосвязь этих судеб имеет чрезвычайно важное значение для познания жизни Вселенной. Полученные представления позволяют, в частности, искать здесь ответ на один из фундаментальных вопросов естествознания происхождение нашей Солнечной системы. Так, изучение химического состава метеоритов показало, что незадолго до ее возникновения ее вещество было обогащено некоторыми радиоактивными изотопами из числа тех, что образуются при взрывах массивных звезд. Поэтому вполне вероятно, что причиной рождения Солнца и всей нашей планетной системы был близкий взрыв сверхновой.
Вихри рождают излучение
В последние годы приборы, установленные на искусственных спутниках Земли, обнаруживают новые источники гамма-излучения, которые до сих пор не удавалось "привязать" к уже известным астрономическим объектам.
Были предположения, что большинство этих источников гамма-излучения не что иное, как гигантские молекулярные облака. Такие облака известны астрономам довольно давно, это огромные скопления газа, в основном молекулярного водорода. Протяженность их - несколько десятков парсек, а масса водорода в одном облаке равна сотне масс Солнца. Сейчас в нашей Галактике известны несколько тысяч молекулярных облаков.
Сотрудники Физического Института АН СССР имени П. Н. Лебедева провели расчеты и нашли условия, при которых галактические облака становятся источником гамма-волн. Иными словами, ученые предложили новую модель, согласно которой вновь обнаруженными источниками гамма-излучения могут быть галактические молекулярные облака. Излучения порождают вихри в облаках газа. Турбулентное движение молекулярного газа в галактических облаках работает как своеобразный ускоритель частиц: в переменных магнитных полях энергия нейтрального газа преобразуется в энергию ускоренных частиц - молекул, ядер, электронов.
Взаимодействие таких частиц между собой, их ускорение или торможение как раз и приводят к излучению электромагнитных волн в гамма-диапазоне.
Согласно новой модели, предложенной советскими астрофизиками, плотность космических лучей в галактических облаках может быть в тысячи раз больше, чем плотность их в межзвездном пространстве. Этот вывод еще предстоит подтвердить или опровергнуть, тем не менее уже сейчас модель турбулентности нейтрального газа поможет объяснить многие астрофизические наблюдения. Например, по-новому осветить вопрос о происхождении космического излучения.
В глубины вещества
Используя установки для улавливания приходящих из космоса частиц гигантских энергий в эксперименте "Памир", ученые получили новые данные об их взаимодействиях с ядрами атомов вещества.
Как предполагают физики, в космосе и в изредка вспыхивающих сверхновых звездах действуют электромагнитные поля, которые ускоряют частицы до энергий в сотни тысяч и даже миллионы раз больших, чем те, что получаются в земных условиях.
В горах Памира на высоте почти пять тысяч метров на ровной площадке уложено нечто вроде слоеного "пирога" из свинца и специальной рентгеновской пленки, упакованной в свето- и водонепроницаемые пакеты. Такой "пирог" покрывает территорию почти в тысячу квадратных метров. Одной рентгеновской пленки используется около гектара. Частицы, попадая в рентгеноэмульсионную камеру, образуют на пленке пятна, по которым можно судить об их энергии и о характере взаимодействия с ядрами атомов вещества.
В эксперименте участвует несколько институтов Академии наук СССР, институты академий наук Грузии, Казахстана, Таджикистана и Узбекистана. С советскими учеными сотрудничают физики социалистических стран, а также Японии. Кстати, последние проводят аналогичные исследования на склонах знаменитого вулкана Фудзияма.
Пульсация Солнца:
новая гипотеза
Строение Солнечной системы определяется равномерными пульсациями Солнца, считает советский астрофизик Альберт Чечельницкий. Эти пульсирующие движения, которые открыли советские астрофизики, повторяются практически через каждые полтора часа.
В результате меняются яркость Солнца и его размеры. Пульсирующие движения Солнца передаются окружающей его плазме. Чечельницкий считает, что этот ритм сохраняется в Солнечной системе в течение миллиардов лет. На ранних стадиях развития Солнечной системы, когда вещество планет находилось в распыленном состоянии, пульсации Солнца способствовали концентрации межпланетной материи и образованию планет. Орбиты планет Солнечной системы также во многом зависят от солнечных пульсации.
Эхо солнечных бурь
О новом космическом проекте "ИНТЕРШОК"
Наше светило ежеминутно расходует 240 миллионов тонн своей массы. Долгое время понятие "светит и греет" считалось достаточным для определения воздействия Солнца на Землю. Затем выяснилось, что оно посылает в пространство не только тепловые и световые лучи, но и радиоволны. Полеты за пределы Земли позволили получить еще больше сведений о так называемом дальнем ультрафиолетовом и рентгеновском излучениях Солнца. В 1959 году советские "лунники" обнаружили солнечный ветер, движение масс, но не воздушных, а частиц плазмы. Порождает этот ветер не само Солнце, а его корона - серебристо-жемчужная плазменная сфера, простирающаяся на десятки миллионов километров за пределы солнечного диска.
Земля - грандиозный магнит, и солнечный ветер активно влияет на формирование ее магнитосферы, которая со стороны Солнца оказывается "поджатой" к Земле, а в "заветренной" стороне растягивается на многие десятки и даже сотни миллионов километров, образуя длинный магнитный шлейф. Под воздействием возмущений солнечного поля магнитное поле Земли испытывает ответные возмущения, которые проявляются в виде магнитных бурь, полярных сияний.
Гипотез и догадок о причинах и следствиях солнечно-земных связей появилось, особенно за последние годы, немало. Но, чтобы поставить предположения на твердый научный фундамент, требовалось накопить достаточно данных не только для создания стройной и обоснованной теории, но и для практического их использования.
Уже первый спутник, запущенный в 1969 году по программе "Интеркосмос", имел ярко выраженную солнечную "ориентацию". За ним в солнечную серию вошли "Интеркосмос"-4,-7-11, -16. Все они проводили исследования в диапазоне волн, недоступном для земных обсерваторий. Приборы космических лабораторий помогли разобраться в механизме генерации коротковолнового излучения при вспышках и других активных процессах на Солнце, а также воздействии такого излучения на плотность и состав верхних слоев атмосферы Земли. В свою очередь, i это послужило основой для построения более точной теории ионосферных возмущений.
Исследования были продолжены на качественно новой основе-с бортау автоматических станций "Прогноз".
Орбита этих станций "вытянута" навстречу Солнцу и достигает в апогее двухсот тысяч километров. Это позволяет в течение большей части периода обращеиия проводить исследования из районов, расположенных вне воздействия магнитного поля Земли. В таких условиях становится возможным наблюдение солнечного ветра, не возмущенного земным полем. Основная задача проекта "Интершок" - изучение так называемых ударных волн.
Дело в том, что частицы солнечного ветра движутся от Солнца с постоянно нарастающей скоростью - их "подталкивает" более горячий газ. Еще задолго до подхода к Земле она достигает скорости звука. Когда такой сверхзвуковой поток плазмы налетает на нашу планету, перед ней возникает ударная волна, аналогично тому, как она образуется у реактивного самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью в атмосфере.
Во время вспышек на Солнце, которые сопровождаются выбросами из , короны огромных масс плазмы, плотность, температура и скорость солнечного ветра могут намного превышать средние параметры. Рекордные их значения были зарегистрированы спутнинами "Прогноз" в 1972 году. Скорость ветра достигала 2000 километров в секунду. При этом в межпланетном пространстве наблюдалось образование дополнительных, помимо околоземной, ударных волн.
Гипотеза о существовании таких ударных волн впервые была выдвинута в 1959 году советским ученым Р. Сагдеевым, ныне академиком, директором Института космических исследований АН СССР. После обнаружения их в космосе как в СССР, так и в других странах были проведены многочисленные эксперименты, в которых изучались их свойства.
Одна из главных особенностей проекта "Интершок" - комплексный характер исследований. Совместными усилиями советских и чехословацких специалистов создана научная аппаратура, которая обеспечивает регистрацию всех основных явлений вблизи и внутри фронта ударной волны. Бортовая ЭВМ осуществляет управление программой измерений и потоком информации. Момент пересечения ударной волны распознается автоматически. Это позволяет реализовать вблизи ее фронта режим быстрой регистрации данных, что очень важно, поскольку спутник проходит через интересующие ученых районы за минуты.
Орбита спутника "Прогноз" обеспечивает исследования как околоземной ударной волны, так и межпланетных ударных волн, возникающих при солнечных вспышках. Это дает возможность проследить их характеристики в различных условиях и в зависимости от параметров потока плазмы солнечного ветра.
Исключительно высокая временная разрешающая способность комплекса научной аппаратуры, установленной на "Прогнозе-10" (она в 30-100 раз выше, чем это было достигнуто в лучших зарубежных экспериментах), позволяет хорошо разделить различные события и детально выявить, как развиваются во времени все процессы в ударных волнах, и проследить их отголоски на Земле.
Надо сказать, что изучение ударных волн играет большую роль и в познании явлений в далеком космосе. В частности, считается, например, что в них разгоняются частицы космических лучей. При этом они достигают энергий, которые пока не могут быть реализованы в самых мощных земных ускорителях заряженных частиц.
Спираль на Солнце
Наблюдения пятен на Солнце позволяют во многом прояснить природу и происхождение сравнительно холодных областей, где развивается мощное магнитное поле. Очертания всех наблюдавшихся до последнего времени солнечных пятен представляли собой более или менее правильную окружность со средним диаметром около 10 тысяч километров. Однако 19 февраля 1982 года группа сотрудников Китт-Пикской национальной обсерватории США, возглавляемая известным астрономом Уильямом Ливингстоном, впервые обнаружила на Солнце пятно, имеющее форму спирали. Размер этого необычного образования, напоминающего очертаниями спиральную галактику, также был непривычно велик: оно достигало 80 тысяч километров в поперечнике.
Пятна на Солнце нередко служат источником солнечных вспышек, и возникло опасение, что столь крупное вызовет вспышку необычной интенсивности, а за ней на Земле последуют мощные магнитные бури и нарушения радиосвязи. Однако этого не случилось. В течение примерно двух суток с момента своего рождения гигантская спираль "рассосалась", образовав несколько более мелких пятен. Астрофизики доподлинно еще не знают, как и почему возникают такие явления.
Сценарий солнечной вспышки
Солнечные вспышки занимают умы ученых уже второе столетие, однако сущность этого грандиозного явления природы еще до конца не познана. Совершенствование техники наблюдений, развитие теоретических представлений пополняют наши знания, изменяют взгляды на природу и механизм вспышек. Так, довольно долго считали, что они образуются в хромосфере Солнца небольшом слое между видимой поверхностью светила и его короной.
Но когда наблюдать Солнце стали с помощью космической техники, выяснилось, что главные события вспышки разыгрываются в солнечной короне.
Вспышки - гигантские всплески излучения во всех диапазонах электромагнитного спектра, от гамма-лучей до сверхдлинных радиоволн. Специалисты различают рентгеновские, протонные и иные вспышки. Последние исследования дают основание считать, что вспышка - это единое сложное явление, захватывающее все слои солнечной атмосферы и оказывающее разнообразное воздействие на околосолнечное пространство, Землю и другие планеты.
Вспышки обычно возникают в активных областях поверхности Солнца, где наблюдается сильное магнитное поле, откуда черпается энергия вспышек.
В ходе каждой из них различают три стадии: предвспышечную, которая длится часы и даже десятки часов, импульсную, продолжающуюся всего несколько минут, за которые быстро возрастает излучение, и плавную, во время которой всплеск излучения постепенно затухает.
Наблюдения последних лет позволили создать своего рода сценарий солнечной вспышки. Сначала, при изменении магнитного поля в активной области, на высоте в десятки тысяч километров над поверхностью Солнца /его фотосферой/ начинается медленный разогрев солнечной плазмы. Потом в плазме возникают неустойчивости, приводящие к разрыву токовых слоев /образований в виде шнуров, в которых возникает ток/, что и вызывает собственно вспышку - выделение большого количества энергии, которая тратится на дальнейший разогрев плазмы и ускорение электронов. Та часть электронов, которая движется от центра Солнца, проходит через корону в межпланетное пространство, образуя солнечный ветер, достигающий Земли и других планет.
Важные данные о составе ядра получены при помощи прямых измерений химического состава пыли, газа и плазмы в коме вдоль траектории полета.
Химический состав и концентрация ионов плазмы измерялись спектрометром кометной плазмы ПЛАЗМАГ. Эти измерения показали, что по относительному содержанию в потоке газа, уходящего от кометы, больше всего водяного пара, но есть также много других компонентов - атомных (водород, кислород, углерод) и молекулярных (моноокись и двуокись углерода, гидроксил, циан и др.). Полосы излучения примерно десятка молекулярных компонентов - этих же и других - зарегистрированы во внутренней коме при помощи инфракрасного и трехканального спектрометров. Особый интерес представляет вопрос о том, какие молекулы принадлежат к числу "родительских", то есть входящих непосредственно в состав ядра.
По-видимому, среди них главные - вода и углекислота, но многое указывает и на присутствие в ядре других молекул, в том числе и органических.
Вещество ядра скорее всего представляет собой так называемый "клатрат", то есть обычный водный лед, в кристаллическую решетку которого, как уже говорилось, "вкраплены" другие молекулы. С клатратом перемешаны частицы метеоритного состава, каменистые и металлические. Химический состав таких твердых частиц, которые входили в состав ядра, но покинули его под давлением газовых потоков, измерялся на траектории полета "Веги-1 " и "Веги-2" при помощи пылеударного масс-спектрометра ПУМА. В этом хитроумном устройстве химическому анализу подвергается облачко плазмы, возникающее при ударе пылинок со скоростью около 80 километров в секунду. Всего был измерен химический состав около 2000 индивидуальных частиц. Он оказался очень сложным и неоднородным. Есть частицы с преобладанием металлов, таких, как натрий, магний, кальций, железо и других, с примесью силикатов. На спектрах масс чисто видны пики кислорода и водорода, указывающие на присутствие молекул воды. Наконец, есть пылинки, в которых наряду с металлами присутствует значительное количество углерода.
Наличие разнородных пылинок указывает на сложную тепловую историю первичного материала Солнечной системы.
В результате экспедиции "Вега" ученые впервые увидели кометное ядро, получили большой объем данных о его составе и физических характеристиках, сделали выбор в пользу одной из теоретических моделей и существенно уточнили ее. Грубая схема заменена картиной реального природного объекта, ранее никогда не наблюдавшегося. Внешне он несколько напоминает спутники Марса - Фобос и Деймос, но еще более близким аналогом могут оказаться некоторые малые спутники Сатурна и Урана. Это укладывается в рамки гипотезы, предполагающей, что кометные ядра образовались сравнительно недалеко от Солнца, примерно там, где находятся планеты-гиганты от Юпитера до Нептуна, и были отброшены на большие расстояния при формировании этих планет.
Помимо исследований химического состава пылинок, измерялись количественные характеристики пылевого потока - специальные счетчики определяли количество ударов частиц разной массы (один из счетчиков был создан совместно с учеными из Чикагского университета). Эксперименты с пылевыми счетчиками показали, что около миллиона тонн космической пыли покидает кометное ядро ежесуточно. Поток ее неоднороден - он больше над активными областями ядра, кроме того, имеются эффекты, связанные с различным влиянием светового давления на движение частиц разных масс и размеров. Весьма неожиданным оказался характер распределения частиц по размерам: было обнаружено аномально большое количество малых частиц размером порядка сотой доли микрометра.
Газ, испаряющийся с ядра кометы и распространяющийся в межпланетную среду со скоростью около одного километра в секунду, в конечном счете полностью ионизируется солнечным излучением. В результате возникает гигантское плазменное образование размером около одного миллиона километров, создающее препятствие на пути сверхзвукового потока солнечного ветра - плазмы из нагретой солнечной короны. Даже магнитосфера Земли, взаимодействие которой с солнечным ветром изучается уже более четверти века с начала космической эры, имеет в 10-15 раз меньшие размеры.
Перед кометой в сверхзвуковом потоке солнечной плазмы образуется своеобразная ударная волна, не похожая по своей структуре на хорошо изученные ударные волны перед Землей и другими планетами. Она была обнаружена
и изучена приборами плазменного комплекса аппаратов "Вега", в состав которого входят энергоспектрометр плазмы, магнитометр, анализаторы низкочастотных заряженных частиц.
Прямые измерения плазмы и плазменных волн во внутренней части комы с аппаратов "Вега" могут понять особенности образования плазмы и излучения газа не только в кометах, но и в ряде других астрофизических объектов, в которых взаимодействие плазм играет большую роль.
Смерть звезды порождает... звезды!
((Сверхновые" или "сверхстарые")
Заметить какие-либо изменения в мире звезд удается крайне редко.
"Звездой-гостьей" назвали китайские летописцы яркое светило, появившееся на небосводе в 1054 году и вновь погасшее через несколько месяцев: в наше время за такими событиями утвердилось довольно нелепое название "сверхновые" звезды. Дело в том, что "сверхновые" в действительности являются умирающими объектами, вспыхивающими в предсмертных конвульсиях. Поэтому точнее было бы назвать их "сверхстарыми" звездами.
В отличие от бурных предсмертных мгновений, когда слабенькая звездочка вдруг становится ярчайшей звездой небосвода, процесс рождения звезд выглядит совсем не ярко. Только в последние годы, используя радио- и ин-, фракрасные телескопы, астрономы смогли частично понять процессы, происходящие в толще непрозрачных для света облаков межзвездного газа и пыли. Закрытый от излучения горячих; звезд пеленой межзвездной пыли, газ остывает почти до абсолютного нуля (-273°С), сжимается, уплотняется и разбивается силами гравитации на части - протозвезды. Долгое время температура протозвезды остается очень низкой, и состоит она в основном из молекул водорода и других химических элементов, способных излучать радиоволны. На этом этапе их уже могут изучать радиоастрономы.
Когда центральная часть протозвезды сжимается и достаточно сильно разогревается, молекулы разрушаются, их радиоизлучение пропадает, но горячая газопылевая оболочка протозвезды становится источником теплового излучения - на этом этапе основную информацию астрономы получают с помощью инфракрасных телескопов.
Впрочем, проследить все этапы эволюции какой-либо конкретной протозвезды никогда не удается, процесс формирования длится миллионы лет. Поэтому астрономы изучают в одних областях Галактики холодные газовые облака, в других областях - фрагментацию этих облаков на отдельные сгусткипротозвезды, в третьих - различные этапы сжатия протозвезд и их превращение в нормальные звезды. И лишь затем на основе собранных данных воссоздается полная картина рождения звезды.
Эпидемия в созвездии Ориона
Один из ближайших к нам очагов недавнего звездообразования находится в направлении созвездия Орион.
Туманность Ориона удалена от нас на расстояние в 1500 световых лет. Область, заполненная молодыми яркими звездами и нагретым их излучением горячим газом, расположилась на краю гигантского холодного облака, занимающего почти все созвездие. В глубине холодного облака не заметно признаков звездообразования, но, чем ближе к яркой Туманности Ориона, тем яснее они проявляются. Сначала становятся заметными небольшие газовые конденсации, о которых еще нельзя сказать наверняка, что они станут звездами:
в них идет борьба сил гравитации и газового давления - если победит гравитация, эти конденсации станут протозвездами, а затем и звездами. Но вблизи границы между холодным облаком и Туманностью Ориона ситуация уже более ясная: здесь, без сомнения, рождаются звезды. Об этом говорят обнаруженные там группы инфракрасных источников - молодые группировки звезд, не успевшие сбросить с себя пылевые оболочки, а также найденные радиоастрономами необычайно мощные источники излучения - мазеры.
Это небольшие газовые конденсации в окрестности молодых звезд, где радиоволны усиливаются примерно так же, как свет в наших лазерах.
В холодном газовом облаке процесс звездообразования развивается не хаотически, а как эпидемия: возникает на краю облака, а затем постепенно захватывает внутренние его части. Волна звездообразования как бы прокатывается по облаку, и там, где она прошла, начинают рождаться звезды.
Но какая причина вызывает эту волну?
Ускоритель звездообразования
Причин может быть несколько. Это и взаимные столкновения облаков, и встреча их со спиральными рукавами Галактики, и некоторые другие события, приводящие к уплотнению газа в облаках. Но, пожалуй, нам более интересен случай, когда волну звездообразования "запускает" внутрь облака взорвавшаяся рядом с ним умирающая звезда-сверхновая. Наблюдения показывают, что группировки молодых звезд часто бывают связаны с остатками вспышек сверхновых. Например, группа горячих звезд в созвездии Большого Пса находится на краю гигантской газовой оболочки - остатка сверхновой, вспыхнувшей около 500 тысяч лет назад.
Аналогичная ситуация наблюдается в созвездии Единорога-здесь сверхновая разрушила массивное облако и "заставила" часть его газа превратиться в звезды. Впрочем, вовсе не обязательно, чтобы рядом со сверхновой заранее существовало газовое облако.
Разлетаясь с большой скоростью, оболочка сверхновой, как бульдозер, сгребает впереди себя межзвездный газ, уплотняет его и превращает в облака, в которых тут же может начаться процесс звездообразования. Таким образом, смерть одних звезд стимулирует рождение других.
Конечно, и без сверхновых звезды в Галактике рождались бы. Но вспышка сверхновой как бы ускоряет все события: разреженный газ она нагревает и заставляет расширяться и становиться еще более разреженным, а плотные газовые облака уплотняет, делает непрозрачными, заставляет охлаждаться и быстро превращаться в звезды или целые звездные скопления.
Происхождение Солнечной системы
Итак, с одной стороны, эти вспышки "подстегивают" волну звездообразования и заставляют ее двигаться дальше, в глубь облака. Однако с другой - они становятся одной из главных причин разрушения звездных скоплений.
Дело в том, что процесс звездообразования, подгоняемый вспышками сверхновых, приводит к тому, что молодые звезды в момент своего рождения имеют немалые скорости: ведь оболочка сверхновой не только сжимает, но и расталкивает в разные стороны облака газа. Звезды при этом рождаются на больших расстояниях друг от друга и не могут удержаться вместе силами взаимного притяжения. Но даже если в рождении звезд сверхновые и не участвовали и облако сжалось само, все равно наиболее массивные из образовавшихся звезд быстро пройдут свой жизненный путь и начнут взрываться, как сверхновые. Эти взрывы нагреют остатки газа, который быстро расширится и покинет область звездообразования.
Лишившись газа, молодой звездный агрегат существенно "потеряет в весе", притяжение его ослабнет, и значительная доля молодых звезд сразу же убежит из скопления. Образуется расширяющаяся звездная ассоциация. Именно в таких ассоциациях содержится солидная доля молодых звезд.
Разгадка основных закономерностей в судьбах умирающих и рождающихся звезд, взаимосвязь этих судеб имеет чрезвычайно важное значение для познания жизни Вселенной. Полученные представления позволяют, в частности, искать здесь ответ на один из фундаментальных вопросов естествознания происхождение нашей Солнечной системы. Так, изучение химического состава метеоритов показало, что незадолго до ее возникновения ее вещество было обогащено некоторыми радиоактивными изотопами из числа тех, что образуются при взрывах массивных звезд. Поэтому вполне вероятно, что причиной рождения Солнца и всей нашей планетной системы был близкий взрыв сверхновой.
Вихри рождают излучение
В последние годы приборы, установленные на искусственных спутниках Земли, обнаруживают новые источники гамма-излучения, которые до сих пор не удавалось "привязать" к уже известным астрономическим объектам.
Были предположения, что большинство этих источников гамма-излучения не что иное, как гигантские молекулярные облака. Такие облака известны астрономам довольно давно, это огромные скопления газа, в основном молекулярного водорода. Протяженность их - несколько десятков парсек, а масса водорода в одном облаке равна сотне масс Солнца. Сейчас в нашей Галактике известны несколько тысяч молекулярных облаков.
Сотрудники Физического Института АН СССР имени П. Н. Лебедева провели расчеты и нашли условия, при которых галактические облака становятся источником гамма-волн. Иными словами, ученые предложили новую модель, согласно которой вновь обнаруженными источниками гамма-излучения могут быть галактические молекулярные облака. Излучения порождают вихри в облаках газа. Турбулентное движение молекулярного газа в галактических облаках работает как своеобразный ускоритель частиц: в переменных магнитных полях энергия нейтрального газа преобразуется в энергию ускоренных частиц - молекул, ядер, электронов.
Взаимодействие таких частиц между собой, их ускорение или торможение как раз и приводят к излучению электромагнитных волн в гамма-диапазоне.
Согласно новой модели, предложенной советскими астрофизиками, плотность космических лучей в галактических облаках может быть в тысячи раз больше, чем плотность их в межзвездном пространстве. Этот вывод еще предстоит подтвердить или опровергнуть, тем не менее уже сейчас модель турбулентности нейтрального газа поможет объяснить многие астрофизические наблюдения. Например, по-новому осветить вопрос о происхождении космического излучения.
В глубины вещества
Используя установки для улавливания приходящих из космоса частиц гигантских энергий в эксперименте "Памир", ученые получили новые данные об их взаимодействиях с ядрами атомов вещества.
Как предполагают физики, в космосе и в изредка вспыхивающих сверхновых звездах действуют электромагнитные поля, которые ускоряют частицы до энергий в сотни тысяч и даже миллионы раз больших, чем те, что получаются в земных условиях.
В горах Памира на высоте почти пять тысяч метров на ровной площадке уложено нечто вроде слоеного "пирога" из свинца и специальной рентгеновской пленки, упакованной в свето- и водонепроницаемые пакеты. Такой "пирог" покрывает территорию почти в тысячу квадратных метров. Одной рентгеновской пленки используется около гектара. Частицы, попадая в рентгеноэмульсионную камеру, образуют на пленке пятна, по которым можно судить об их энергии и о характере взаимодействия с ядрами атомов вещества.
В эксперименте участвует несколько институтов Академии наук СССР, институты академий наук Грузии, Казахстана, Таджикистана и Узбекистана. С советскими учеными сотрудничают физики социалистических стран, а также Японии. Кстати, последние проводят аналогичные исследования на склонах знаменитого вулкана Фудзияма.
Пульсация Солнца:
новая гипотеза
Строение Солнечной системы определяется равномерными пульсациями Солнца, считает советский астрофизик Альберт Чечельницкий. Эти пульсирующие движения, которые открыли советские астрофизики, повторяются практически через каждые полтора часа.
В результате меняются яркость Солнца и его размеры. Пульсирующие движения Солнца передаются окружающей его плазме. Чечельницкий считает, что этот ритм сохраняется в Солнечной системе в течение миллиардов лет. На ранних стадиях развития Солнечной системы, когда вещество планет находилось в распыленном состоянии, пульсации Солнца способствовали концентрации межпланетной материи и образованию планет. Орбиты планет Солнечной системы также во многом зависят от солнечных пульсации.
Эхо солнечных бурь
О новом космическом проекте "ИНТЕРШОК"
Наше светило ежеминутно расходует 240 миллионов тонн своей массы. Долгое время понятие "светит и греет" считалось достаточным для определения воздействия Солнца на Землю. Затем выяснилось, что оно посылает в пространство не только тепловые и световые лучи, но и радиоволны. Полеты за пределы Земли позволили получить еще больше сведений о так называемом дальнем ультрафиолетовом и рентгеновском излучениях Солнца. В 1959 году советские "лунники" обнаружили солнечный ветер, движение масс, но не воздушных, а частиц плазмы. Порождает этот ветер не само Солнце, а его корона - серебристо-жемчужная плазменная сфера, простирающаяся на десятки миллионов километров за пределы солнечного диска.
Земля - грандиозный магнит, и солнечный ветер активно влияет на формирование ее магнитосферы, которая со стороны Солнца оказывается "поджатой" к Земле, а в "заветренной" стороне растягивается на многие десятки и даже сотни миллионов километров, образуя длинный магнитный шлейф. Под воздействием возмущений солнечного поля магнитное поле Земли испытывает ответные возмущения, которые проявляются в виде магнитных бурь, полярных сияний.
Гипотез и догадок о причинах и следствиях солнечно-земных связей появилось, особенно за последние годы, немало. Но, чтобы поставить предположения на твердый научный фундамент, требовалось накопить достаточно данных не только для создания стройной и обоснованной теории, но и для практического их использования.
Уже первый спутник, запущенный в 1969 году по программе "Интеркосмос", имел ярко выраженную солнечную "ориентацию". За ним в солнечную серию вошли "Интеркосмос"-4,-7-11, -16. Все они проводили исследования в диапазоне волн, недоступном для земных обсерваторий. Приборы космических лабораторий помогли разобраться в механизме генерации коротковолнового излучения при вспышках и других активных процессах на Солнце, а также воздействии такого излучения на плотность и состав верхних слоев атмосферы Земли. В свою очередь, i это послужило основой для построения более точной теории ионосферных возмущений.
Исследования были продолжены на качественно новой основе-с бортау автоматических станций "Прогноз".
Орбита этих станций "вытянута" навстречу Солнцу и достигает в апогее двухсот тысяч километров. Это позволяет в течение большей части периода обращеиия проводить исследования из районов, расположенных вне воздействия магнитного поля Земли. В таких условиях становится возможным наблюдение солнечного ветра, не возмущенного земным полем. Основная задача проекта "Интершок" - изучение так называемых ударных волн.
Дело в том, что частицы солнечного ветра движутся от Солнца с постоянно нарастающей скоростью - их "подталкивает" более горячий газ. Еще задолго до подхода к Земле она достигает скорости звука. Когда такой сверхзвуковой поток плазмы налетает на нашу планету, перед ней возникает ударная волна, аналогично тому, как она образуется у реактивного самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью в атмосфере.
Во время вспышек на Солнце, которые сопровождаются выбросами из , короны огромных масс плазмы, плотность, температура и скорость солнечного ветра могут намного превышать средние параметры. Рекордные их значения были зарегистрированы спутнинами "Прогноз" в 1972 году. Скорость ветра достигала 2000 километров в секунду. При этом в межпланетном пространстве наблюдалось образование дополнительных, помимо околоземной, ударных волн.
Гипотеза о существовании таких ударных волн впервые была выдвинута в 1959 году советским ученым Р. Сагдеевым, ныне академиком, директором Института космических исследований АН СССР. После обнаружения их в космосе как в СССР, так и в других странах были проведены многочисленные эксперименты, в которых изучались их свойства.
Одна из главных особенностей проекта "Интершок" - комплексный характер исследований. Совместными усилиями советских и чехословацких специалистов создана научная аппаратура, которая обеспечивает регистрацию всех основных явлений вблизи и внутри фронта ударной волны. Бортовая ЭВМ осуществляет управление программой измерений и потоком информации. Момент пересечения ударной волны распознается автоматически. Это позволяет реализовать вблизи ее фронта режим быстрой регистрации данных, что очень важно, поскольку спутник проходит через интересующие ученых районы за минуты.
Орбита спутника "Прогноз" обеспечивает исследования как околоземной ударной волны, так и межпланетных ударных волн, возникающих при солнечных вспышках. Это дает возможность проследить их характеристики в различных условиях и в зависимости от параметров потока плазмы солнечного ветра.
Исключительно высокая временная разрешающая способность комплекса научной аппаратуры, установленной на "Прогнозе-10" (она в 30-100 раз выше, чем это было достигнуто в лучших зарубежных экспериментах), позволяет хорошо разделить различные события и детально выявить, как развиваются во времени все процессы в ударных волнах, и проследить их отголоски на Земле.
Надо сказать, что изучение ударных волн играет большую роль и в познании явлений в далеком космосе. В частности, считается, например, что в них разгоняются частицы космических лучей. При этом они достигают энергий, которые пока не могут быть реализованы в самых мощных земных ускорителях заряженных частиц.
Спираль на Солнце
Наблюдения пятен на Солнце позволяют во многом прояснить природу и происхождение сравнительно холодных областей, где развивается мощное магнитное поле. Очертания всех наблюдавшихся до последнего времени солнечных пятен представляли собой более или менее правильную окружность со средним диаметром около 10 тысяч километров. Однако 19 февраля 1982 года группа сотрудников Китт-Пикской национальной обсерватории США, возглавляемая известным астрономом Уильямом Ливингстоном, впервые обнаружила на Солнце пятно, имеющее форму спирали. Размер этого необычного образования, напоминающего очертаниями спиральную галактику, также был непривычно велик: оно достигало 80 тысяч километров в поперечнике.
Пятна на Солнце нередко служат источником солнечных вспышек, и возникло опасение, что столь крупное вызовет вспышку необычной интенсивности, а за ней на Земле последуют мощные магнитные бури и нарушения радиосвязи. Однако этого не случилось. В течение примерно двух суток с момента своего рождения гигантская спираль "рассосалась", образовав несколько более мелких пятен. Астрофизики доподлинно еще не знают, как и почему возникают такие явления.
Сценарий солнечной вспышки
Солнечные вспышки занимают умы ученых уже второе столетие, однако сущность этого грандиозного явления природы еще до конца не познана. Совершенствование техники наблюдений, развитие теоретических представлений пополняют наши знания, изменяют взгляды на природу и механизм вспышек. Так, довольно долго считали, что они образуются в хромосфере Солнца небольшом слое между видимой поверхностью светила и его короной.
Но когда наблюдать Солнце стали с помощью космической техники, выяснилось, что главные события вспышки разыгрываются в солнечной короне.
Вспышки - гигантские всплески излучения во всех диапазонах электромагнитного спектра, от гамма-лучей до сверхдлинных радиоволн. Специалисты различают рентгеновские, протонные и иные вспышки. Последние исследования дают основание считать, что вспышка - это единое сложное явление, захватывающее все слои солнечной атмосферы и оказывающее разнообразное воздействие на околосолнечное пространство, Землю и другие планеты.
Вспышки обычно возникают в активных областях поверхности Солнца, где наблюдается сильное магнитное поле, откуда черпается энергия вспышек.
В ходе каждой из них различают три стадии: предвспышечную, которая длится часы и даже десятки часов, импульсную, продолжающуюся всего несколько минут, за которые быстро возрастает излучение, и плавную, во время которой всплеск излучения постепенно затухает.
Наблюдения последних лет позволили создать своего рода сценарий солнечной вспышки. Сначала, при изменении магнитного поля в активной области, на высоте в десятки тысяч километров над поверхностью Солнца /его фотосферой/ начинается медленный разогрев солнечной плазмы. Потом в плазме возникают неустойчивости, приводящие к разрыву токовых слоев /образований в виде шнуров, в которых возникает ток/, что и вызывает собственно вспышку - выделение большого количества энергии, которая тратится на дальнейший разогрев плазмы и ускорение электронов. Та часть электронов, которая движется от центра Солнца, проходит через корону в межпланетное пространство, образуя солнечный ветер, достигающий Земли и других планет.