Бояркина а.п., гиндилис л.м. исследование космической (метеорной) пыли на поверхности земли. Космическая пыль — особая субстанция Что такое космическая пыль определение
Ученые Гавайского университета сделали сенсационное открытие — космическая пыль содержит органические вещества , включая и воду, что подтверждает возможность переноса различных форм жизни из одной галактики в другую. Кометы и астероиды, курсирующие в космосе, регулярно приносят в атмосферу планет массы звездной пыли. Таким образом, межзвездная пыль выступает в роли своеобразного «транспорта», который может доставлять воду с органикой на Землю и к прочим планетам Солнечной системы. Возможно, когда-то, поток космической пыли привел к зарождению жизни на Земле. Не исключено, что жизнь на Марсе, существование которой вызывает много споров в ученых кругах, могла возникнуть таким же образом.
Механизм образования воды в структуре космической пыли
В процессе передвижения в космосе поверхность частиц межзвездной пыли облучается , что приводит к образованию соединений воды. Более подробно этот механизм можно описать так: ионы водорода, присутствующие в солнечных вихревых потоках, бомбардируют оболочку космических пылинок, выбивая отдельные атомы из кристаллической структуры силикатного минерала — основного строительного материала межгалактических объектов. В результате данного процесса высвобождается кислород, который входит в реакцию с водородом. Таким образом, формируются молекулы воды, содержащие включения органических веществ.
Сталкиваясь с поверхностью планеты, астероиды, метеориты и кометы приносят на ее поверхность смесь воды и органики
То, что космическая пыль — спутница астероидов, метеоритов и комет, несет в себе молекулы органических соединений углерода, было известно и раньше. Но то, что звездная пыль транспортирует еще и воду, доказано не было. Только сейчас американские ученые впервые обнаружили, что органические вещества переносятся частицами межзвездной пыли совместно с молекулами воды.
Как вода попала на Луну?
Открытие ученых из США может помочь приподнять завесу таинственности над механизмом формирования странных ледовых образований . Несмотря на то, что поверхность Луны полностью обезвожена, на ее теневой стороне при помощи зондирования было обнаружено соединение ОН. Данная находка свидетельствует в пользу возможного присутствия воды в недрах Луны.
Обратная сторона Луны сплошь покрыта льдами. Возможно, именно с космической пылью попали на ее поверхность молекулы воды много биллионов лет тому назад
Со времен эры луноходов Apollo в исследовании Луны, когда на Землю были доставлены пробы лунного грунта, ученые пришли к выводу, что солнечный ветер вызывает изменения в химическом составе звездной пыли, покрывающей поверхности планет. О возможности образования молекул воды в толще космической пылина Луне еще тогда шли дебаты, однако доступные на тот момент аналитические методы исследований были не в состоянии либо доказать, либо опровергнуть данную гипотезу.
Космическая пыль — носитель жизненных форм
За счет того, что вода образовывается в совсем небольшом объеме и локализуется в тонкой оболочке на поверхности космической пыли , только сейчас стало возможным увидеть ее при помощи электронного микроскопа высокого разрешения. Ученые считают, что подобный механизм перемещения воды с молекулами органических соединений возможен и в других галактиках, где вращается вокруг «родительской» звезды. В своих дальнейших исследованиях ученые предполагают более подробно идентифицировать, какие неорганические и органические вещества на основе углерода присутствуют в структуре звездной пыли.
Интересно знать! Экзопланета — это такая планета, которая находится вне Солнечной системы и вращается вокруг звезды. На данный момент в нашей галактике визуально обнаружено порядка 1000 экзопланет, образующих около 800 планетных систем. Однако непрямые методы детектирования свидетельствуют о существовании 100 млрд. экзопланет, из которых 5-10 млрд. обладают параметрами, схожими с Землей, то есть являются . Значительный вклад в миссию поиска планетарных групп, подобных Солнечной системе, сделал астрономический спутник-телескоп Кеплер, запущенный в космос в 2009 году, совместно с программой «Охотники за планетами» (Planet hunters).
Как могла возникнуть жизнь на Земле?
Весьма вероятно, что кометы, путешествующие в пространстве с высокой скоростью, способны при столкновении с планетой создать достаточно энергии, чтобы из компонентов льда начался синтез более сложных органических соединений, в том числе молекул аминокислот. Аналогичный эффект возникает при столкновении метеорита с ледяной поверхностью планеты. Ударная волна создает тепло, которое запускает процесс формирования аминокислот из отдельных молекул космической пыли, обработанной солнечным ветром.
Интересно знать! Кометы состоят из больших глыб льда, сформированных путем конденсации водяного пара на начальном этапе создания Солнечной системы, приблизительно около 4.5 биллионов лет тому назад. В своей структуре кометы содержат углекислый газ, воду, аммиак, метанол. Эти вещества при столкновении комет с Землей, на ранней стадии ее развития, могли продуцировать достаточное количество энергии для производства аминокислот — строительных белков, необходимых для развития жизни.
Компьютерное моделирование продемонстрировало, что ледяные кометы, разбившиеся о поверхность Земли миллиарды лет тому назад, возможно, содержали пребиотические смеси и простейшие аминокислоты типа глицина, из которых, впоследствии, и зародилась жизнь на Земле.
Количество энергии, высвобождающейся при столкновении небесного тела и планеты, достаточно для запуска процесса формирования аминокислот
Ученые обнаружили, что ледяные тела с идентичными органическими соединениями, присущими кометам, можно найти внутри Солнечной системы. Например, Энцелад — один из спутников Сатурна, или Европа — спутник Юпитера, содержат в своей оболочке органические вещества , смешанные со льдом. Гипотетически, любая бомбардировка спутников метеоритами, астероидами или кометами может привести к возникновению жизни на данных планетах.
Вконтакте
По массе твердые частички пыли составляют ничтожно малую часть Вселенной, однако именно благодаря межзвездной пыли возникли и продолжают появляться звезды, планеты и люди, изучающие космос и просто любующиеся звездами. Что же это за субстанция такая космическая пыль? Что заставляет людей снаряжать в космос экспедиции стоимостью в годовой бюджет небольшого государства в надежде всего лишь, а не в твердой уверенности добыть и привезти на Землю хоть крошечную горсточку межзвездной пыли?
Меж звезд и планет
Пылью в астрономии называют небольшие, размером в доли микрона, твердые частицы, летающие в космическом пространстве. Часто космическую пыль условно делят на межпланетную и межзвездную, хотя, очевидно, и межзвездной вход в межпланетное пространство не запрещен. Просто найти ее там, среди «местной» пыли, нелегко, вероятность невысока, да и свойства ее вблизи Солнца могут существенно измениться. Вот если отлететь подальше, к границам Солнечной системы, там вероятность поймать настоящую межзвездную пыль весьма велика. Идеальный вариант вообще выйти за пределы Солнечной системы.
Пыль межпланетная, во всяком случае, в сравнительной близости от Земли материя довольно изученная. Заполняющая все пространство Солнечной системы и сконцентрированная в плоскости ее экватора, она родилась по большей части в результате случайных столкновений астероидов и разрушения комет, приблизившихся к Солнцу. Состав пыли, по сути, не отличается от состава падающих на Землю метеоритов: исследовать его очень интересно, и открытий в этой области предстоит сделать еще немало, но особенной интриги тут, похоже, нет. Зато благодаря именно этой пыли в хорошую погоду на западе сразу после заката или на востоке перед восходом солнца можно любоваться бледным конусом света над горизонтом. Это так называемый зодиакальный солнечный свет, рассеянный мелкими космическими пылинками.
Куда интереснее пыль межзвездная. Отличительная ее особенность наличие твердого ядра и оболочки. Ядро состоит, по-видимому, в основном из углерода, кремния и металлов. А оболочка преимущественно из намерзших на поверхность ядра газообразных элементов, закристаллизовавшихся в условиях «глубокой заморозки» межзвездного пространства, а это около 10 кельвинов, водорода и кислорода. Впрочем, бывают в ней примеси молекул и посложнее. Это аммиак, метан и даже многоатомные органические молекулы, которые налипают на пылинку или образуются на ее поверхности во время скитаний. Часть этих веществ, разумеется, улетает с ее поверхности, например, под действием ультрафиолета, но процесс этот обратимый одни улетают, другие намерзают или синтезируются.
Сейчас в пространстве между звездами или вблизи них уже найдены, разумеется, не химическими, а физическими, то есть спектроскопическими, методами: вода, оксиды углерода, азота, серы и кремния, хлористый водород, аммиак, ацетилен, органические кислоты, такие как муравьиная и уксусная, этиловый и метиловый спирты, бензол, нафталин. Нашли даже аминокислоту глицин!
Интересно было бы поймать и изучить межзвездную пыль, проникающую в Солнечную систему и наверняка падающую на Землю. Проблема по ее «отлову» нелегка, потому как сохранить свою ледяную «шубу» в солнечных лучах, тем более в атмосфере Земли, мало какой межзвездной пылинке удается. Крупные слишком сильно нагреваются их космическая скорость не может быстро погаситься, и пылинки «обгорают». Мелкие, правда, планируют в атмосфере годами, сохраняя часть оболочки, но тут уж возникает проблема найти их и идентифицировать.
Есть еще одна, очень интригующая деталь. Касается она той пыли, ядра которой состоят из углерода. Углерод, синтезированный в ядрах звезд и уходящий в космос, например, из атмосферы стареющих (типа красных гигантов) звезд, вылетая в межзвездное пространство, охлаждается и конденсируется примерно так же, как после жаркого дня собирается в низинах туман из остывших паров воды. В зависимости от условий кристаллизации могут получиться слоистые структуры графита, кристаллы алмаза (только представьте целые облака крошечных алмазов!) и даже полые шарики из атомов углерода (фуллерены). А в них, возможно, как в сейфе или контейнере, хранятся частички атмосферы звезды очень древней. Найти такие пылинки было бы огромной удачей.
Где водится космическая пыль?
Надо сказать, что само понятие космического вакуума как чего-то совершенно пустого давно осталось лишь поэтической метафорой. На самом деле все пространство Вселенной, и между звездами, и между галактиками, заполнено веществом, потоками элементарных частиц, излучением и полями магнитным, электрическим и гравитационным. Все, что можно, условно говоря, потрогать, это газ, пыль и плазма, вклад которых в общую массу Вселенной, по разным оценкам, составляет всего около 12% при средней плотности около 10-24 г/см 3 . Газа в пространстве больше всего, почти 99%. В основном это водород (до 77,4%) и гелий (21%), на долю остальных приходится меньше двух процентов массы. А еще есть пыль по массе ее почти в сто раз меньше, чем газа.
Хотя иногда пустота в межзвездном и межгалактическом пространствах почти идеальная: порой на один атом вещества там приходится 1 л пространства! Такого вакуума нет ни в земных лабораториях, ни в пределах Солнечной системы. Для сравнения можно привести такой пример: в 1 см 3 воздуха, которым мы дышим, примерно 30 000 000 000 000 000 000 молекул.
Распределена эта материя в межзвездном пространстве весьма неравномерно. Большая часть межзвездного газа и пыли образует газопылевой слой вблизи плоскости симметрии диска Галактики. Его толщина в нашей Галактике несколько сотен световых лет. Больше всего газа и пыли в ее спиральных ветвях (рукавах) и ядре сосредоточено в основном в гигантских молекулярных облаках размерами от 5 до 50 парсек (16160 световых лет) и массой в десятки тысяч и даже миллионы масс Солнца. Но и внутри этих облаков вещество распределено тоже неоднородно. В основном объеме облака, так называемой шубе, преимущественно из молекулярного водорода, плотность частиц составляет около 100 штук в 1 см 3 . В уплотнениях же внутри облака она достигает десятков тысяч частиц в 1 см 3 , а в ядрах этих уплотнений вообще миллионов частиц в 1 см 3 . Вот этой-то неравномерности в распределении вещества во Вселенной обязаны существованием звезды, планеты и в конечном итоге мы сами. Потому что именно в молекулярных облаках, плотных и сравнительно холодных, и зарождаются звезды.
Что интересно: чем выше плотность облака, тем разнообразнее оно по составу. При этом есть соответствие между плотностью и температурой облака (или отдельных его частей) и теми веществами, молекулы которых там встречаются. С одной стороны, это удобно для изучения облаков: наблюдая за отдельными их компонентами в разных спектральных диапазонах по характерным линиям спектра, например СО, ОН или NH 3 , можно «заглянуть» в ту или иную его часть. А с другой данные о составе облака позволяют многое узнать о процессах, в нем происходящих.
Кроме того, в межзвездном пространстве, судя по спектрам, есть и такие вещества, существование которых в земных условиях просто невозможно. Это ионы и радикалы. Их химическая активность настолько высока, что на Земле они немедленно вступают в реакции. А в разреженном холодном пространстве космоса они живут долго и вполне свободно.
Вообще газ в межзвездном пространстве бывает не только атомарным. Там, где похолоднее, не более 50 кельвинов, атомам удается удержаться вместе, образуя молекулы. Однако большая масса межзвездного газа находится все же в атомарном состоянии. В основном это водород, его нейтральная форма была обнаружена сравнительно недавно в 1951 году. Как известно, он излучает радиоволны длиной 21 см (частота 1 420 МГц), по интенсивности которых и установили, сколько же его в Галактике. Между прочим, он и в пространстве между звездами распределен неоднородно. В облаках атомарного водорода его концентрация достигает нескольких атомов в 1 см 3 , но между облаками она на порядки меньше.
Наконец, вблизи горячих звезд газ существует в виде ионов. Мощное ультрафиолетовое излучение нагревает и ионизирует газ, и он начинает светиться. Именно поэтому области с высокой концентрацией горячего газа, с температурой около 10 000 К выглядят как светящиеся облака. Их-то и называют светлыми газовыми туманностями.
И в любой туманности, в большем или меньшем количестве, есть межзвездная пыль. Несмотря на то что условно туманности делят на пылевые и газовые, пыль есть и в тех, и в других. И в любом случае именно пыль, повидимому, помогает звездам образовываться в недрах туманностей.
Туманные объекты
Среди всех космических объектов туманности, может быть, самые красивые. Правда, темные туманности в видимом диапазоне выглядят просто как черные кляксы на небе лучше всего их наблюдать на фоне Млечного Пути. Зато в других диапазонах электромагнитных волн, например инфракрасном, они видны очень хорошо и картинки получаются очень необычными.
Туманностями называют обособленные в пространстве, связанные силами гравитации или внешним давлением скопления газа и пыли. Их масса может быть от 0,1 до 10 000 масс Солнца, а размер от 1 до 10 парсек.
Сначала туманности астрономов раздражали. Вплоть до середины XIX века обнаруженные туманности рассматривали как досадную помеху, мешавшую наблюдать звезды и искать новые кометы. В 1714 году англичанин Эдмонд Галлей, имя которого носит знаменитая комета, даже составил «черный список» из шести туманностей, дабы те не вводили в заблуждение «ловцов комет», а француз Шарль Мессье расширил этот список до 103 объектов. К счастью, туманностями заинтересовались влюбленный в астрономию музыкант сэр Вильям Гершель, его сестра и сын. Наблюдая небо с помощью построенных своими руками телескопов, они оставили после себя каталог туманностей и звездных скоплений, насчитывающий сведения о 5 079 космических объектах!
Гершели практически исчерпали возможности оптических телескопов тех лет. Однако изобретение фотографии и большое время экспонирования позволили найти и совсем слабо светящиеся объекты. Чуть позже спектральные методы анализа, наблюдения в различных диапазонах электромагнитных волн предоставили возможность в дальнейшем не только обнаруживать много новых туманностей, но и определять их структуру и свойства.
Межзвездная туманность выглядит светлой в двух случаях: либо она настолько горячая, что ее газ сам светится, такие туманности называют эмиссионными; либо сама туманность холодная, но ее пыль рассеивает свет находящейся поблизости яркой звезды это отражательная туманность.
Темные туманности это тоже межзвездные скопления газа и пыли. Но в отличие от светлых газовых туманностей, видных порой даже в сильный бинокль или телескоп, как, например, туманность Ориона, темные туманности свет не испускают, а поглощают. Когда свет звезды проходит сквозь такие туманности, пыль может полностью поглотить его, преобразовав в ИК-излучение, невидимое глазом. Поэтому выглядят такие туманности как беззвездные провалы на небе. В. Гершель называл их «дырами в небе». Возможно, самая эффектная из них туманность Конская Голова.
Впрочем, пылинки могут не полностью поглотить свет звезд, но только частично рассеять его, при этом выборочно. Дело в том, что размер частиц межзвездной пыли близок к длине волны синего света, поэтому он сильнее рассеивается и поглощается, а до нас лучше доходит «красная» часть света звезд. Между прочим, это хороший способ оценить размер пылинок по тому, как они ослабляют свет различных длин волн.
Звезда из облака
Причины, по которым возникают звезды, точно не установлены есть только модели, более или менее достоверно объясняющие экспериментальные данные. Кроме того, пути образования, свойства и дальнейшая судьба звезд весьма разнообразны и зависят от очень многих факторов. Однако есть устоявшаяся концепция, вернее, наиболее проработанная гипотеза, суть которой, в самых общих чертах, заключается в том, что звезды формируются из межзвездного газа в областях с повышенной плотностью вещества, то есть в недрах межзвездных облаков. Пыль как материал можно было бы не учитывать, но ее роль в формировании звезд огромна.
Происходит это (в самом примитивном варианте, для одиночной звезды), по-видимому, так. Сначала из межзвездной среды конденсируется протозвездное облако, что, возможно, происходит из-за гравитационной неустойчивости, однако причины могут быть разными и до конца еще не ясны. Так или иначе, оно сжимается и притягивает к себе вещество из окружающего пространства. Температура и давление в его центре растут до тех пор, пока молекулы в центре этого сжимающегося газового шара не начинают распадаться на атомы и затем на ионы. Такой процесс охлаждает газ, и давление внутри ядра резко падает. Ядро сжимается, а внутри облака распространяется ударная волна, отбрасывающая его внешние слои. Образуется протозвезда, которая продолжает сжиматься под действием сил тяготения до тех пор, пока в центре ее не начинаются реакции термоядерного синтеза превращения водорода в гелий. Сжатие продолжается еще какое-то время, пока силы гравитационного сжатия не уравновесятся силами газового и лучистого давления.
Понятно, что масса образовавшейся звезды всегда меньше массы «породившей» ее туманности. Часть вещества, не успевшего упасть на ядро, в ходе этого процесса «выметается» ударной волной, излучением и потоками частиц просто в окружающее пространство.
На процесс формирования звезд и звездных систем влияют многие факторы, в том числе и магнитное поле, которое часто способствует «разрыву» протозвездного облака на два, реже три фрагмента, каждый из которых под действием гравитации сжимается в свою протозвезду. Так возникают, например, многие двойные звездные системы две звезды, которые обращаются вокруг общего центра масс и перемещаются в пространстве как единое целое.
По мере «старения» ядерное топливо в недрах звезд постепенно выгорает, причем тем быстрее, чем больше звезда. При этом водородный цикл реакций сменяется гелиевым, затем в результате реакций ядерного синтеза образуются все более тяжелые химические элементы, вплоть до железа. В конце концов ядро, не получающее больше энергии от термоядерных реакций, резко уменьшается в размере, теряет свою устойчивость, и его вещество как бы падает само на себя. Происходит мощный взрыв, во время которого вещество может нагреваться до миллиардов градусов, а взаимодействия между ядрами приводят к образованию новых химических элементов, вплоть до самых тяжелых. Взрыв сопровождается резким высвобождением энергии и выбросом вещества. Звезда взрывается этот процесс называют вспышкой сверхновой. В конечном же итоге звезда, в зависимости от массы, превратится в нейтронную звезду или черную дыру.
Наверное, так все и происходит на самом деле. Во всяком случае, не вызывает сомнений тот факт, что молодых, то есть горячих, звезд и их скоплений больше всего как раз в туманностях, то есть в областях с повышенной плотностью газа и пыли. Это хорошо видно на фотографиях, полученных телескопами в разных диапазонах длин волн.
Разумеется, это не более чем самое грубое изложение последовательности событий. Для нас же принципиально важны два момента. Первый какова роль пыли в процессе образования звезд? И второй откуда, собственно, она берется?
Вселенский хладагент
В общей массе космического вещества собственно пыли, то есть объединенных в твердые частицы атомов углерода, кремния и некоторых других элементов, настолько мало, что их, во всяком случае, как строительный материал для звезд, казалось бы, можно и не принимать во внимание. Однако на самом деле их роль велика именно они охлаждают горячий межзвездный газ, превращая его в то самое холодное плотное облако, из которого потом получаются звезды.
Дело в том, что сам по себе межзвездный газ охладиться не может. Электронная структура атома водорода такова, что избыток энергии, если таковой есть, он может отдать, излучая свет в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, но не в инфракрасном диапазоне. Образно говоря, водород не умеет излучать тепло. Чтобы как следует остыть, ему нужен «холодильник», роль которого как раз и играют частицы межзвездной пыли.
Во время столкновения с пылинками на большой скорости в отличие от более тяжелых и медленных пылинок молекулы газа летают быстро они теряют скорость и их кинетическая энергия передается пылинке. Так же нагревается и отдает это избыточное тепло в окружающее пространство, в том числе в виде ИК-излучения, а сама при этом остывает. Так, принимая на себя тепло межзвездных молекул, пыль действует как своеобразный радиатор, охлаждая облако газа. По массе ее не много около 1% от массы всего вещества облака, но этого достаточно, чтобы за миллионы лет отвести избыток тепла.
Когда же температура облака падает, падает и давление, облако конденсируется и из него уже могут родиться звезды. Остатки же материала, из которого родилась звезда, являются в свою очередь исходным для образования планет. Вот в их состав пылинки уже входят, причем в большем количестве. Потому что, родившись, звезда нагревает и разгоняет вокруг себя весь газ, а пыль остается летать поблизости. Ведь она способна охлаждаться и притягивается к новой звезде гораздо сильнее, чем отдельные молекулы газа. В конце концов рядом с новорожденной звездой оказывается пылевое облако, а на периферии насыщенный пылью газ.
Там рождаются газовые планеты, такие как Сатурн, Уран и Нептун. Ну а вблизи звезды появляются твердые планеты. У нас это Марс, Земля, Венера и Меркурий. Получается довольно четкое разделение на две зоны: газовые планеты и твердые. Так что Земля в значительной степени оказалась сделанной именно из межзвездных пылинок. Металлические пылинки вошли в состав ядра планеты, и сейчас у Земли огромное железное ядро.
Тайна юной Вселенной
Если галактика сформировалась, то откуда в ней берется пыль в принципе ученым понятно. Наиболее значительные ее источники новые и сверхновые, которые теряют часть своей массы, «сбрасывая» оболочку в окружающее пространство. Кроме того, пыль рождается и в расширяющейся атмосфере красных гигантов, откуда она буквально выметается давлением излучения. В их прохладной, по меркам звезд, атмосфере (около 2,5 3 тысяч кельвинов) довольно много сравнительно сложных молекул.
Но вот загадка, не разгаданная до сих пор. Всегда считалось, что пыль продукт эволюции звезд. Иными словами звезды должны зародиться, просуществовать какое-то время, состариться и, скажем, в последней вспышке сверхновой произвести пыль. Только вот что появилось раньше яйцо или курица? Первая пыль, необходимая для рождения звезды, или первая звезда, которая почему-то родилась без помощи пыли, состарилась, взорвалась, образовав самую первую пыль.
Что было вначале? Ведь когда 14 млрд. лет назад произошел Большой взрыв, во Вселенной были только водород и гелий, никаких других элементов! Это потом из них стали зарождаться первые галактики, огромные облака, а в них первые звезды, которым надо было пройти долгий жизненный путь. Термоядерные реакции в ядрах звезд должны были «сварить» более сложные химические элементы, превратить водород и гелий в углерод, азот, кислород и так далее, а уж после этого звезда должна была выбросить все это в космос, взорвавшись или постепенно сбросив оболочку. Затем этой массе нужно было охладиться, остыть и, наконец, превратиться в пыль. Но уже через 2 млрд. лет после Большого взрыва, в самых ранних галактиках, пыль была! С помощью телескопов ее обнаружили в галактиках, отстоящих от нашей на 12 млрд. световых лет. В то же время 2 млрд. лет слишком маленький срок для полного жизненного цикла звезды: за это время большинство звезд не успевает состариться. Откуда в юной Галактике взялась пыль, если там не должно быть ничего, кроме водорода и гелия, тайна.
Пылинка реактор
Мало того что межзвездная пыль выступает в роли своеобразного вселенского хладагента, возможно, именно благодаря пыли в космосе появляются сложные молекулы.
Дело в том, что поверхность пылинки может служить одновременно и реактором, в котором образуются из атомов молекулы, и катализатором реакций их синтеза. Ведь вероятность того, что сразу много атомов различных элементов столкнутся в одной точке, да еще и провзаимодействуют между собой при температуре чуть выше абсолютного нуля, невообразимо мала. Зато вероятность того, что пылинка последовательно столкнется в полете с различными атомами или молекулами, особенно внутри холодного плотного облака, довольно велика. Собственно, это и происходит так образуется оболочка межзвездных пылинок из намерзших на нее встреченных атомов и молекул.
На твердой поверхности атомы оказываются рядом. Мигрируя по поверхности пылинки в поисках наиболее энергетически выгодного положения, атомы встречаются и, оказываясь в непосредственной близости, получают возможность прореагировать между собой. Разумеется, очень медленно в соответствии с температурой пылинки. Поверхность частиц, особенно содержащих в ядре металл, может проявить свойства катализатора. Химики на Земле хорошо знают, что самые эффективные катализаторы это как раз частицы размером в доли микрона, на которых собираются, а затем и вступают в реакции молекулы, в обычных условиях друг к другу совершенно «равнодушные». По-видимому, так образуется и молекулярный водород: его атомы «налипают» на пылинку, а потом улетают с нее но уже парами, в виде молекул.
Очень может быть, что маленькие межзвездные пылинки, сохранив в своих оболочках немного органических молекул, в том числе и простейших аминокислот, и занесли на Землю первые «семена жизни» около 4 млрд. лет тому назад. Это, конечно, не более чем красивая гипотеза. Но в ее пользу говорит то, что в составе холодных газопылевых облаков найдена аминокислота глицин. Может, есть и другие, просто пока возможности телескопов не позволяют их обнаружить.
Охота за пылью
Исследовать свойства межзвездной пыли можно, разумеется, на расстоянии с помощью телескопов и других приборов, расположенных на Земле или на ее спутниках. Но куда заманчивее межзвездные пылинки поймать, а потом уж обстоятельно изучить, выяснить не теоретически, а практически, из чего они состоят, как устроены. Вариантов тут два. Можно добраться до космических глубин, набрать там межзвездной пыли, привезти на Землю и проанализировать всеми возможными способами. А можно попытаться вылететь за пределы Солнечной системы и по пути анализировать пыль прямо на борту космического корабля, отправляя на Землю полученные данные.
Первую попытку привезти образцы межзвездной пыли, и вообще вещества межзвездной среды, несколько лет назад предприняло NASA. Космический корабль оснастили специальными ловушками коллекторами для сбора межзвездной пыли и частиц космического ветра. Чтобы поймать пылинки, не потеряв при этом их оболочку, ловушки наполнили особым веществом так называемым аэрогелем. Эта очень легкая пенистая субстанция (состав которой коммерческая тайна) напоминает желе. Попав в нее, пылинки застревают, а дальше, как в любой ловушке, крышка захлопывается, чтобы быть открытой уже на Земле.
Этот проект так и назывался Stardust Звездная пыль. Программа у него грандиозная. После старта в феврале 1999 года аппаратура на его борту в конечном итоге должна собрать образцы межзвездной пыли и отдельно пыль в непосредственной близости от кометы Wild-2, пролетавшей неподалеку от Земли в феврале прошлого года. Теперь с контейнерами, наполненными этим ценнейшим грузом, корабль летит домой, чтобы приземлиться 15 января 2006 года в штате Юта, неподалеку от Солт-Лейк-Сити (США). Вот тогда-то астрономы наконец увидят своими глазами (с помощью микроскопа, конечно) те самые пылинки, модели состава и строения которых они уже спрогнозировали.
А в августе 2001 года за образцами вещества из глубокого космоса полетел Genesis. Этот проект NASA был нацелен в основном на поимку частиц солнечного ветра. Проведя в космическом пространстве 1 127 дней, за которые он пролетел около 32 млн. км, корабль вернулся и сбросил на Землю капсулу с полученными образцами ловушками с ионами, частицами солнечного ветра. Увы, произошло несчастье парашют не раскрылся, и капсула со всего маху шлепнулась об землю. И разбилась. Конечно, обломки собрали и тщательно изучили. Впрочем, в марте 2005-го на конференции в Хьюстоне участник программы Дон Барнетти заявил, что четыре коллектора с частицами солнечного ветра не пострадали, и их содержимое, 0,4 мг пойманного солнечного ветра, ученые активно изучают в Хьюстоне.
Впрочем, сейчас NASA готовит третий проект, еще более грандиозный. Это будет космическая миссия Interstellar Probe. На этот раз космический корабль удалится на расстояние 200 а. е. от Земли (а. е. расстояние от Земли до Солнца). Этот корабль никогда не вернется, но весь будет «напичкан» самой разнообразной аппаратурой, в том числе и для анализа образцов межзвездной пыли. Если все получится, межзвездные пылинки из глубокого космоса будут наконец пойманы, сфотографированы и проанализированы автоматически, прямо на борту космического корабля.
Формирование молодых звезд
1. Гигантское галактическое молекулярное облако размером 100 парсек, массой 100 000 солнц, температурой 50 К, плотностью 10 2 частиц/см 3 . Внутри этого облака имеются крупномасштабные конденсации диффузные газопылевые туманности (110 пк, 10 000 солнц, 20 К, 10 3 частиц/см 3) и мелкие конденсации газопылевые туманности (до 1пк, 1001 000 солнц, 20 К, 10 4 частиц/см 3). Внутри последних как раз и находятся сгусткиглобулы размером 0,1 пк, массой 110 солнц и плотностью 10 10 6 частиц/см 3 , где формируются новые звезды
2. Рождение звезды внутри газопылевого облака
3. Новая звезда своим излучением и звездным ветром разгоняет от себя окружающий газ
4. Молодая звезда выходит в чистый и свободный от газа и пыли космос, отодвинув породившую ее туманность
Этапы «эмбрионального» развития звезды, по массе равной Солнцу
5. Зарождение гравитационно-неустойчивого облака размером 2 000 000 солнц, с температурой около 15 К и исходной плотностью 10 -19 г/см 3
6. Через несколько сотен тысяч лет у этого облака образуется ядро с температурой около 200 К и размером 100 солнц, масса его пока равна только 0,05 от солнечной
7. На этой стадии ядро с температурой до 2 000 К резко сжимается из-за ионизации водорода и одновременно разогревается до 20 000 К, скорость падения вещества на растущую звезду достигает 100 км/с
8. Протозвезда размером с два солнца с температурой в центре 2x10 5 К, а на поверхности 3x10 3 К
9. Последний этап предэволюции звезды медленное сжатие, в процессе которого выгорают изотопы лития и бериллия. Только после повышения температуры до 6x10 6 К в недрах звезды запускаются термоядерные реакции синтеза гелия из водорода. Общая продолжительность цикла зарождения звезды типа нашего Солнца составляет 50 млн. лет, после чего такая звезда может спокойно гореть миллиарды лет
Ольга Максименко, кандидат химических наук
Космические факторы имеют космическое происхождение. К ним относится поток космической пыли, космических лучей и т. д. Важнейший космический фактор - солнечная радиация. Лучи Солнца - источник энергии, используемой растениями в процессе фотосинтеза. Растениеводство можно рассматривать как систему мероприятий по интенсификации фотосинтеза культивируемых растений.[ ...]
Космические ресурсы, такие, как солнечная радиация, энергия морских приливов и подобные им, практически неисчерпаемы, и охрана их (например, Солнца) не может быть предметом охраны окружающей среды, так как человечество не располагает такими возможностями. Однако поступление солнечной энергии на поверхность Земли зависит от состояния атмосферы, степени ее загрязненности - тех факторов, которыми может управлять человек.[ ...]
ФАКТОР [лат. factor делаюший, производящий] - движущая спла совершающихся процессов или влияющее на процессы условие. Ф. антропогенный - фактор, обязанный своим происхождением деятельности человека. Ф. климатический - фактор, связанный с особенностями поступления солнечной энергии, циркуляции воздушных масс, баланса тепла и влаги, атмосферного давления и других климатических процессов. Ф. космический фактор, источником которого служат процессы, проходлщие вне Земли (изменения солнечной активности, поток космических лучей и т. п.). Ф. трансформирующий - 1) любое внутреннее или внешнее по отношению к индивиду воздействие, вызывающее стойкие процеосы адаптации.[ ...]
Космическая медицина - комплекс наук, охватывающих медицинские, биологические и другие научные исследования и мероприятия, направленные на обеспечение безопасности и создания оптимальных условий жизнедеятельности человека в космическом полете и при выходе в космическое пространство. К ее разделам относятся: исследование влияния условий и факторов космического полета на организм человека, устранение их неблагоприятного действия и разработка профилактических мер и средств; обоснование и формулирование медицинских требований к системам жизнеобеспечения обитаемых космических объектов; профилактика и лечение заболеваний; медицинские обоснования рационального построения систем управления космическим объектом; разработка медицинских методов отбора и подготовки космонавтов.[ ...]
О космическом воздействии на биосферу свидетельствует закон преломления космических воздействий: космические факторы, оказывая воздействие на биосферу и особенно ее подразделения, подвергаются изменению со стороны экосферы планеты и потому по силе и времени проявления могут быть ослаблены и сдвинуты или даже полностью утерять свой эффект. Обобщение здесь имеет значение в связи с тем, что зачастую идет поток синхронного воздействия солнечной активности и других космических факторов на экосистемы Земли и населяющие ее организмы (рис. 12.57).[ ...]
Роль факторов, не зависящих от плотности населения, в формировании циклов динамики численности связана с цикличным характером многолетних изменений климата и типов погод. На этой основе возникла гипотеза «климатических циклов» численности (Ch. В настоящее время эта гипотеза получила «второе рождение» в вид« концепции связи динамики численности животных с одиннадцатилетними циклами солнечной активности. В частности, в раде случаев совпадение циклов численности млекопитающих (главным образом грызунов) и солнечной активности ухается зарегистрировать объективно. Так, обнаружена корреляция уровней солнечной активности и многолетних изменений численности калифорнийской полевки Micmtus califomicus; полагают, что это может быть результатом как прямого действия космического фактора, так и скоррелированных с солнечной активностью вторичных факторов, в частности климата. Прямое влияние погоды в этих наблюдениях отмечено и в меньших масштабах времени.[ ...]
На борту космического корабля на организм космонавта непрерывно действует необычный для жителей Земли фактор - невесомость. Силы притяжения отсутствуют, тело делается непривычно легким, при этом кровь тоже делается невесомой.[ ...]
Основным фактором, воздействующим и влияющим на атмосферу и на Землю вообще, является, безусловно, Солнце. Атмосфера, ее структура и состав во многом зависят от солнечного электромагнитного излучения как основного внешнего источника энергии. Существенно влияют на атмосферу и корпускулярные потоки солнечного ветра, солнечных и галактических космических лучей. Заметно влияют на атмосферу и другие внешние факторы, такие как гравитационные воздействия Солнца и Луны, магнитные, электрические поля Земли и т.д.[ ...]
К внешним факторам относятся: изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм), магнитного поля, интенсивности космических излучений, приливы и отливы, сезонные и солнеЧно-лунные влияния.[ ...]
ИОНИЗАТОРЫ АТМОСФЕРЫ. Факторы, приводящие к образованию в атмосфере легких ионов (см. ионизация атмосферы). Эти факторы: радиоактивные излучения, связанные с радиоактивными элементами в почве и горных породах и их эманациями; ультрафиолетовая и рентгенова солнечная радиация, космическое и солнечное корпускулярные излучения (в ионосфере). Второстепенное значение имеют тихие электрические разряды, горение.[ ...]
Множество экологических факторов на нашей планете, в первую очередь световой режим, температура, давление и влажность воздуха, атмосферное электромагнитное поле, морские приливы и отливы и др. под влиянием этого вращения закономерно изменяются. На живые организмы воздействуют и такие космические ритмы, как периодические изменения солнечной активности. Для Солнца характерен 11-летний и целый ряд других циклов. Существенное влияние оказывают на климат нашей планеты изменения солнечной радиации. Помимо циклического воздействия абиотических факторов внешними ритмами для любого организма являются и закономерные изменения активности, а также поведение других живых существ.[ ...]
УСЛОВИЯ СРЕДЫ - совокупность факторов - от космических воздействий Вселенной на Солнечную систему до непосредственного воздействия окружающей среды на отдельную особь, популяцию или сообщество.[ ...]
СВЕТ - важнейший экологический фактор космической природы, который дает энергию для продуцирования первичного органического вещества фотоавтотрофам (содержащим хлорофилл зеленым растениям и цианобактериям) и является неисчерпаемым ресурсом, так как постоянно поступает на Землю в результате солнечной радиации..[ ...]
Установление А.Л. Чижевским влияния космических факторов на земные процессы поставило его в этом направлении научных исследований в один ряд с пионерами космического естествознания - А. Гумбольдтом, К.Э. Циолковским, В.И. Вернадским.[ ...]
Основными этапами подготовки и выполнения космических полетов, определяющих степень материальных и физических факторов воздействия на экосферу и околоземное пространство, являются: строительство и эксплуатация космодромов; предстартовая подготовка и обслуживание; активный и пассивный участки полета; коррекция и маневрирование КА на траектории полета; довыведение КА с промежуточной на рабочую орбиту; полет и маневрирование КА в космическом пространстве и возвращение на Землю.[ ...]
Особенности воздействия на биосферу со стороны космических факторов и проявлений солнечной активности состоят в том, что поверхность нашей планеты (где сосредоточена "пленка жизни") как бы отделена от Космоса мощным слоем вещества в газообразном состоянии, т. е. атмосферой. Абиотическая компонента наземной среды включает совокупность климатических, гидрологических, почвенно-грунтовых условий, т. е. множество динамичных во времени и пространстве элементов, связанных между собой и влияющих на живые организмы. Атмосфере как среде, воспринимающей космические и связанные с Солнцем факторы, принадлежит важнейшая климатоформирующая функция.[ ...]
Реакция организма животных на информационный экологический фактор зависит не только от его качества, но и от количества (интенсивности). Примером может служить ответная реакция животных на воздействие звуковой сигнализации (шума). Естественный шумовой фон влияет на организмы благоприятно - он является одним из немаловажных факторов оптимального функционирования особей, популяций и биоценозов. Естественным считается шум, равный звукам, возникающим при течении рек, движении ветра, шелесте листвы, дыхании животных и т. д. Резкое снижение или, наоборот, повышение шумового фона - лимитирующий фактор, негативно влияющий на организм. Мертвая» тишина в космическом корабле негативно влияет на психологическое состояние космонавтов, их клинико-физиологи-ческий статус. Негативное влияние на организм оказывают и слишком сильные шумы. Они обладают раздражающим действием, нарушают деятельность органов пищеварения и обмена веществ у млекопитающих и птиц.[ ...]
Молодая Земля сразу же после своего образования была холодным космическим телом, и в ее недрах температура еще нигде не превышала температуру плавления вещества. Об этом, в частности, свидетельствует полное отсутствие на Земле очень древних изверженных (да и любых других) пород с возрастом старше 4 млрд лет, а также изотопносвинцовые отношения, показывающие, что процессы дифференциации земного вещества начались заметно позже времени образования самой Земли и протекали без существенного плавления. Кроме того, на земной поверхности тогда не было ни океанов, ни атмосферы. Поэтому эффективная механическая добротность Земли в тот ранний период ее развития, который мы в дальнейшем будем называть катархейским, была сравнительно высокой. По сейсмическим данным, в развитой океанической литосфере, т.е. в холодном земном веществе мантийного состава, фактор добротности находится в пределах от 1000 до 2000, тогда как в частично расплавленной астеносфере под вулканами его значение сниясается до 100.[ ...]
Но, сверх того, биолог не может не принимать во внимание одного фактора, им оставляемого в стороне. Фактором этим является основная форма энергии, которая проявляется в биосфере и лежит в основе всех ее геологических явлений, в том числе и живого вещества. Энергия эта - не только энергия Солнца, которая нам представляется геологически вечной и колебаний в которой в течение эволюционного процесса незаметно, но и другая космическая энергия, которая, по-видимому, неизбежно меняется по своей интенсивности в течение эволюционного процесса.[ ...]
Ионизацию нижней и средней атмосферы определяют в основном следующие факторы: космические лучи, ионизирующие всю атмосферу; УФ и рентгеновское излучение Солнца. Ионизирующее действие УФ и рентгеновского излучения проявляется на высотах более 50-60 км.[ ...]
Изменения ионосферы в полярных областях Земли также связаны с солнечными космическими лучами, которые вызывают ионизацию. При мощных вспышках солнечной активности воздействие солнечных космических лучей может кратковременно превышать обычный фон галактических космических лучей. В настоящее время наукой накоплено много фактических материалов, иллюстрирующих влияние космических факторов на биосферные процессы. Доказана, в частности, чувствительность беспозвоночных животных к изменениям солнечной активности, установлена корреляция ее вариаций с динамикой нервной и сердечно-сосудистой систем человека, а также с динамикой заболеваний - наследственных, онкологических, инфекционных и др.[ ...]
Бесконечно велико количество и бесконечно разнообразно качество физико-химических факторов окружающей нас со всех сторон среды - природы. Мощные взаимодействующие силы исходят из космического пространства. Солнце, Луна, планеты и бесконечное число небесных тел связаны с Землею невидимыми узами. Движение Земли управляется силами тяготения, которые вызывают в воздушной, жидкой и твердой оболочках нашей планеты ряд деформаций, заставляют их пульсировать, производят приливы. Положение планет в Солнечной системе влияет на распределение и напряженность электрических и магнитных сил Земли.[ ...]
В. И. Вернадский одним из первых осознал, что человечество стало мощной геологической и, возможно, космической силой, способной преобразовывать природу в больших масштабах. Он отмечал, что человек охватил своей жизнью, культурой всю биосферу и стремится еще больше углубить и расширить сферу своего влияния. Биосфера, с его точки зрения, постепенно преобразуется в ноосферу - сферу разума. В. И. Вернадский рассматривал ноосферу как высшую стадию развития биосферы, когда определяющим фактором становится разумная деятельность человека. Преобразование биосферы в ноосферу он связывал с развитием науки, углублением научного проникновения в суть происходящих в природе процессов и организацией на этой основе рациональной человеческой деятельности. В. И. Вернадский был убежден, что ноосферное человечество найдет путь к восстановлению и сохранению экологического равновесия на планете, разработает и осуществит на практике стратегию бескризисного развития природы и общества. При этом он полагал, что человек вполне способен принять на себя функции управления экологическим развитием планеты в целом.[ ...]
После многочисленных международных экспедиций в Антарктиде было установлено, что помимо различных физико-географических факторов все же основным является наличие в атмосфере значительного количества хлорфторуглеродов (фпеонов). Последние широко применяются и производстве и быту в качестве хладоагентов, пенообразователей, растворителей в аэрозольных упаковках и т.д. Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению с образованием окиси хлора, интенсивно разрушающей озон. Всего в мире производится около 1300 тыс. т озоноразрушающих веществ. В последние годы установлено, что выбросы сверхзвуковых самолетов могут привести к разрушению 10% озонного слоя атмосферы, так один запуск космического корабля типа “Шаттл” приводит к “гашению” не менее 10 млн т озона. Одновременно с истощением озонового слоя в стратосфере отмечается увеличение концентрации озона в тропосфере у поверхности Земли, но это не сможет компенсировать истощение озонового слоя, так как его масса в тропосфере едва составляет 10% от массы в озоносфере.[ ...]
В 1975 г. Секция химико-технологических и химических наук Президиума АН СССР в своем постановлении отметила значение проблемы “Влияние космических факторов на процессы, происходящие на Земле”, подчеркнув, что выдающаяся заслуга в постановке и разработке этой проблемы “принадлежит А.Л. Чижевскому, впервые высказавшему идею о тесной зависимости явлений, происходящих в биосфере, от космических факторов, и академику В.И. Вернадскому - создателю учения о биосфере” .[ ...]
ОБЛУЧЕНИЕ - воздействие ка живой организм любых видов излучений: инфракрасного (тепловое О.), видимого н ультрафиолетового солнечного света, космических лучей и ионизирующих излучений земного происхождения. Биологическое действие О. заалсит от дозы, вида и энергии О., сопутствующих факторов и физиологического состояния организма. О. внешнее - облучение тела от источников ионизирующего излучения, находящихся вне его. О. внутреннее- облучение тела от источников ионизирующего излучения, находящихся внутри него. О - я условия модифицирующие - время, локализация, сопутствующие факторы, Если мощность дозы (количество энергии излучения, поглощенное в единицу времени) очень мала, то даже ежедневные облучения в течение всей жизни человека не смогут оказать заметно выраженного поражающего действия.[ ...]
Рассмотренная в главе 4 структура атмосферы сформировалась как результат комплексного воздействия на воздушную оболочку нашей планеты двух факторов - космического пространства, в основном на верхние слои, и земной поверхности через посредство нижних слоев.[ ...]
Примеси природного происхождения, как правило, не являются загрязнением атмосферы, за исключением тех случаев, когда они временно оказываются либо лимитирующими факторами по отношению к живым организмам, либо существенно (но в основном локально) изменяют некоторые физико-химические свойства атмосферы, например ее прозрачность, отражательную способность, тепловой режим. Так, космическая пыль (высокодисперсные остатки от разрушения и сгорания метеоритного вещества), дым и сажа от лесных и степных пожаров, пыли от выветривания горных пород или захваченные ветровыми потоками поверхностные массы почвы и песка, в том числе при пыльных и песчаных бурях, смерчах, ураганах, не являются загрязняющими веществами. Иногда взвешенные в воздухе высокодисперсные пылевидные частицы в штилевых условиях могут служить ядрами конденсации влаги и способствовать образованию туманов. В результате испарения брызг воды в воздухе над поверхностью морей и океанов постоянно находятся мельчайшие кристаллы солей. Многотонные массы твердого вещества извергаются из кратеров действующих вулканов.[ ...]
Выведение водорода из круговорота при его связывании в отличные от воды химические соединения (рассеянное органическое вещество горных пород, гипергенные силикаты), а также при рассеянии в космическом пространстве - весьма важный фактор с точки зрения эволюции условий на нашей планете. Без удаления водорода, а только при его перераспределении между резервуарами не могли бы произойти изменения окислительновосстановительного баланса в сторону формирования окислительной обстановки на Земле.[ ...]
СТРАТОСФЕРНЫЕ АЭРОЗОЛИ. Аэрозольные частички в стратосфере, являющиеся результатом вулканических извержений, заноса ядер конденсации из тропосферы при сильной конвекции, действий реактивной авиации и пр., также частички космической пыли. Их возрастание увеличивает планетарное альбедо Земли и понижает температуру воздуха; поэтому С. А. являются глобальным фактором климата.[ ...]
Жизнь на Земле сформировалась под действием условий среды. Последняя представляет собой совокупность энергии, материальных тел, явлений, которые находятся во взаимодействии (прямом и косвенном). Понятие это очень обширное: от космических воздействий Вселенной на Солнечную систему, влияния Солнца как основного источника энергии, на земные процессы до непосредственных воздействий окружающей среды (в том числе и человека) на отдельную особь, популяцию, сообщество. В понятие условий среды входят компоненты, не влияющие или мало влияющие на жизнедеятельность организмов (инертные газы атмосферы, абиогенные элементы земной коры) и те, которые существенно влияют на жизнедеятельность биоты. Их называют экологическими факторами (свет, температура, вода, движения воздуха и его состав, свойства почв, засоление, радиоактивность и др.). Экологические факторы действуют совместно, хотя в ряде случаев один фактор преобладает над другими и является определяющим в ответных реакциях живых организмов (например, температура в арктической и субарктической зонах или пустынях).[ ...]
Биодинамическая система земледелия применяется в Швеции, Дании, Германии. Она включает основные принципы, характерные для других альтернативных систем сельского хозяйства. Отличие этой системы земледелия от других состоит в том, что помимо биокосных элементов она учитывает космические факторы и их ритм, влияющие на прохождение фенофаз выращиваемых культур.[ ...]
В нашей стране проблеме «экология человека» посвящено достаточное количество работ, однако пока еще нет единого мнения в отношении правомерности такой науки и ее предмета. Так, Г. И. Царегородцев (1976) употребил термин «экология человека» для обозначения «взаимодействия человечества с природными факторами окружающей среды». Ю. П. Лисицин (1973), А. В. Ка цура, И. В. Новик (1974), О. В. Бароян (1975) и другие полагают, что «экология человека» должна изучать оптимальные условия жизни человека как биологического вида (климатические, погодные, космические и др.) и социального существа (психологические, общественные, экономические, политические и др.).[ ...]
Атмосфера - газовая оболочка Земли. Состав сухого атмосферного воздуха: азот - 78,08 %, кислород - 20,94 %, диоксид углерода - 0,033 %, аргон - 0,93 %. Остальное - примеси: неон, гелий, водород и др. Пары воды составляют 3-4 % от объема воздуха. Плотность атмосферы на уровне моря 0,001 г/см ’. Атмосфера защищает живые организмы от вредного воздействия космических лучей и ультрафиолетового спектра солнца, а также предотвращает резкое колебание температуры планеты. На высоте 20-50 км основная часть энергии ультрафиолетовых лучей поглощается за счет превращения кислорода в озон, образуя озоновый слой. Суммарное содержание озона не более 0,5 % массы атмосферы, составляющей 5,15-1013 т. Максимум концентрации озона на высоте 20-25 км. Озоновый экран - важнейший фактор сохранения жизни на Земле. Давление в тропосфере (приземный слой атмосферы) уменьшается на 1 мм рт. столба при подъеме на каждые 100 метров.[ ...]
Длительное время считали, что спонтанные мутации являются беспричинными, однако теперь по этому вопросу существуют другие представления, сводящиеся к тому, что спонтанные мутации не являются беспричинными, что они являются результатом естественных процессов, протекающих в клетках. Они возникают в условиях природного радиоактивного фона Земли в виде космического излучения, радиоактивных элементов на поверхности Земли, радионуклидов, инкорпорированных в клетки организмов, которые вызывают эти мутации или в результате ошибок репликации ДНК. Факторы естественного радиоактивного фона Земли вызывают изменения в последовательности оснований или повреждения оснований подобно тому, как это имеет место в случае индуцированных мутаций (см. ниже).[ ...]
Атмосферный аэрозоль, как весьма малая, но, пожалуй, наиболее изменчивая примесь в атмосфере, играет большую роль в самых разнообразных научных и прикладных.вопросах физики атмосферы. Практически аэрозоль целиком определяет оптическую погоду и чрезвычайно изменчивый режим прямой и рассеянной радиации в атмосфере. Все более четко осознается роль аэрозоля в радиационном режиме атмосферы и в информативности космических оптических методов исследования Земли . Аэрозоль - активный участник и часто конечный продукт сложнейших циклов химических и фотохимических реакций в атмосфере. Велика роль аэрозоля как одного из озоноактивных компонент атмосферы.. Аэрозоль может быть как источником, так и стоком атмосферного озона, например, за счет гетерогенных реакций различных газовых примесей в атмосфере . Возможно, что именно каталитическое действие аэрозоля, имеющего тонкую структуру распределения по высоте, определяет наблюдаемую Розеном и Кондратьевым корреляцию слоев аэрозоля и озона. Спектральное ослабление аэрозоля солнечной прямой и рассеянной радиации является очень трудно учитываемым фактором для правильного определения содержания примесей атмосферь птическими методами. Поэтому исследование аэрозоля и прежде всего его спектральных, свойств является естественной составной частью озонометрических исследований.[ ...]
Свободная поверхность океанов и морей называется у ровен-ной поверхностью. Она представляет собой поверхность, перпендикулярную в каждой точке направлению равнодействующей всех сил, действующих на нее в данном месте. Поверхность Мирового океана под влиянием различных сил испытывает периодические, непериодические и другие колебания, отклоняясь от среднего многолетнего значения, наиболее близкого к поверхности геоида. Основные силы, вызывающие эти колебания, можно объединить в следующие группы: а) космические - приливообразующие силы; б) физико-механические, связанные с распределением солнечной радиации по поверхности Земли, и воздействием атмосферных процессов, как, например, изменения в распределении давления и ветров, выпадение осадков, колебания величин речного стока и других гидрометеорологических факторов; в) геоди-намические, связанные с тектоническими движениями земной коры, сейсмическими и геотермическими явлениями.[ ...]
Как уже упоминалось, пресные воды рек и озер, нашего основного источника водоснабжения, различны. Эта различия возникли изначально и связаны с климатической зоной и особенностями местности, в которой находится водоем. Вода - универсальный растворитель, а это значит, что ее насыщенность минералами зависит от почвы и залегающих под нею горных пород. Кроме того, вода подвижна, и, следовательно, на ее состав влияют выпадающие осадки, таяние снегов, половодье и притоки, впадающие в более крупную реку или озеро. Взять, например, Неву, основной источник питьевой воды Петербурга: в основном ее питает водой Ладожское озеро, одно из самых пресных озер мира. Ладожская вода содержит мало солей кальция и магния, что делает ее очень мягкой, мало в ней алюминия, марганца и никеля, зато довольно много азота, кислорода, кремния, фосфора. Наконец, микробиологический состав воды зависит от водной флоры и фауны, от лесов и лугов на берегах водоема и еще от множества других причин, не исключая факторы космического свойства. Так, патогенность микробов резко возрастает в годы солнечной активности: прежде почти безвредные становятся опасными, а опасные - просто смертельными.
Колебания и волны: Характеристики различных колебательных систем (осцилляторов).
Свойства космической пыли
| С. В. Божокин
Санкт-Петербургский государственный технический университет | Содержание |
Введение
Многие люди с восторгом любуются прекрасным зрелищем звездного неба, одного из величайших творений природы. В ясном осеннем небе хорошо заметно, как через все небо пролегает слабо светящаяся полоса, называемая Млечным Путем, имеющая неправильные очертания с разной шириной и яркостью. Если рассматривать Млечный Путь, образующий нашу Галактику, в телескоп, то окажется, что эта яркая полоса распадается на множество слабо светящихся звезд, которые для невооруженного глаза сливаются в сплошное сияние. В настоящее время установлено, что Млечный Путь состоит не только из звезд и звездных скоплений, но также из газовых и пылевых облаков .
Огромные межзвездные облака из светящихся разреженных газов получили название газовых диффузных туманностей . Одна из самых известных - туманность в созвездии Ориона , которая видна даже невооруженным глазом около средней из трех звездочек, образующих "меч" Ориона. Газы, ее образующие, светятся холодным светом, переизлучая свет соседних горячих звезд. В состав газовых диффузных туманностей входят главным образом водород , кислород , гелий и азот . Такие газовые или диффузные туманности служат колыбелью для молодых звезд, которые рождаются так же, как некогда родилась наша Солнечная система . Процесс звездообразования непрерывен, и звезды продолжают возникать и сегодня.
В межзвездном пространстве наблюдаются также диффузные пылевые туманности. Эти облака состоят из мельчайших твердых пылинок. Если вблизи пылевой туманности окажется яркая звезда, то ее свет рассеивается этой туманностью и пылевая туманность становится непосредственно наблюдаемой (рис. 1). Газовые и пылевые туманности могут вообще поглощать свет звезд, лежащих за ними, поэтому на снимках неба они часто видны как черные зияющие провалы на фоне Млечного Пути . Такие туманности называют темными. На небе южного полушария есть одна очень большая темная туманность, которую мореплаватели прозвали Угольным мешком. Между газовыми и пылевыми туманностями нет четкой границы, поэтому часто они наблюдаются совместно как газопылевые туманности.
Диффузные туманности являются лишь уплотнениями в той крайне разреженной межзвездной материи , которая получила название межзвездного газа . Межзвездный газ обнаруживается лишь при наблюдениях спектров далеких звезд, вызывая в них дополнительные. Ведь на большом протяжении даже такой разреженный газ может поглощать излучение звезд. Возникновение и бурное развитие радиоастрономии позволили обнаружить этот невидимый газ по тем радиоволнам, которые он излучает. Огромные темные облака межзвездного газа состоят в основном из водорода, который даже при низких температурах излучает радиоволны на длине 21 см. Эти радиоволны беспрепятственно проходят сквозь газ и пыль. Именно радиоастрономия помогла нам в исследовании формы Млечного Пути. Сегодня мы знаем, что газ и пыль, перемешанная с большими скоплениями звезд, образуют спираль, ветви которой, выходя из центра Галактики , обвивают ее середину, создавая нечто похожее на каракатицу с длинными щупальцами, попавшую в водоворот.
В настоящее время огромное количество вещества в нашей Галактике находится в виде газопылевых туманностей. Межзвездная диффузная материя сконцентрирована сравнительно тонким слоем в экваториальной плоскости нашей звездной системы. Облака межзвездного газа и пыли загораживают от нас центр Галактики. Из-за облаков космической пыли десятки тысяч рассеянных звездных скоплений остаются для нас невидимыми. Мелкая космическая пыль не только ослабляет свет звезд, но и искажает их спектральный состав . Дело в том, что когда световое излучение проходит через космическую пыль, то оно не только ослабляется, но и меняет цвет. Поглощение света космической пылью зависит от длины волны, поэтому из всего оптического спектра звезды сильнее поглощаются синие лучи и слабее - фотоны, соответствующие красному цвету. Этот эффект приводит к явлению покраснения света звезд, прошедших через межзвездную среду.
Для астрофизиков огромное значение имеет изучение свойств космической пыли и выяснение того влияния, которое оказывает эта пыль при изучении физических характеристик астрофизических объектов . Межзвездное поглощение и межзвездная поляризация света , инфракрасное излучение областей нейтрального водорода, дефицит химических элементов в межзвездной среде, вопросы образования молекул и рождение звезд - во всех этих проблемах огромная роль принадлежит космической пыли, рассмотрению свойств которой и посвящена данная статья.
Происхождение космической пыли
Космические пылинки возникают в основном в медленно истекающих атмосферах звезд - красных карликов , а также при взрывных процессах на звездах и бурном выбросе газа из ядер галактик . Другими источниками образования космической пыли являются планетарные и протозвездные туманности , звездные атмосферы и межзвездные облака. Во всех процессах образования космических пылинок температура газа падает при движении газа наружу и в какой-то момент переходит через точку росы , при которой происходит конденсация паров веществ , образующих ядра пылинок. Центрами образования новой фазы обычно являются кластеры . Кластеры представляют собой небольшие группы атомов или молекул, образующие устойчивую квазимолекулу. При столкновениях с уже сформировавшимся зародышем пылинки к нему могут присоединяться атомы и молекулы, либо вступая в химические реакции с атомами пылинки (хемосорбция), либо достраивая формирующийся кластер. В наиболее плотных участках межзвездной среды, концентрация частиц в которых см -3 , рост пылинки может быть связан с процессами коагуляции , при которых пылинки могут слипаться друг с другом, не разрушаясь при этом. Процессы коагуляции, зависящие от свойств поверхности пылинок и их температур, идут только в том случае, когда столкновения между пылинками происходят при низких относительных скоростях соударений.
На рис. 2 показан процесс роста кластеров космической пылинки с помощью присоединения мономеров . Получающаяся при этом аморфная космическая пылинка может представлять собой кластер атомов, обладающий фрактальными свойствами . Фракталами называются геометрические объекты : линии, поверхности, пространственные тела, имеющие сильно изрезанную форму и обладающие свойством самоподобия . Самоподобие означает неизменность основных геометрических характеристик фрактального объекта при изменении масштаба. Например, изображения многих фрактальных объектов оказываются очень похожими при увеличении разрешения в микроскопе. Фрактальные кластеры представляют собой сильно разветвленные пористые структуры, образующиеся в сильно неравновесных условиях при объединении твердых частиц близких размеров в одно целое. В земных условиях фрактальные агрегаты получаются при релаксации паров металлов в неравновесных условиях , при образовании гелей в растворах, при коагуляции частиц в дымах. Модель фрактальной космической пылинки показана на рис. 3. Отметим, что процессы коагуляции пылинок, происходящие в протозвездных облаках и газопылевых дисках , значительно усиливаются при турбулентном движении межзвездного вещества.
Ядра космических пылинок, состоящие из тугоплавких элементов , размером в сотые доли микрона образуются в оболочках холодных звезд при плавном истечении газа или во время взрывных процессов. Такие ядра пылинок устойчивы ко многим внешним воздействиям.
