Туманный газ

Линии спектра показывают, что газовые туманности состоят из водорода, гелия, азота, кислорода, углерода и некоторых других химических элементов. Но самыми яркими в спектре являются две зеленые линии, которые более полувека приписывались неизвестному газу, так как ни один химический элемент в лаборатории не обнаруживал этих линий ни при каких условиях. Как неизвестный газ на Солнце был назван «солнечным» или «гелием», так неизвестный газ туманностей был назван «туманным» или «небулием» (от латинского «небула» — туманность).

Годы шли, но загадка небулия не разрешалась. Только успехи теории спектров и теории атомов позволили разоблачить незнакомца.

Подобно коронию на Солнце, «туманный газ» вырядился в незнакомую одежду из зеленых линий спектра и под ними скрыл себя. Уже давно было ясно, что небулий — замаскировавшийся знакомец, так как для него не осталось места в периодической системе элементов Д.И. Менделеева.

Маску с небулия сорвал в 1927 г. Боуэн, вычисливший длины волн почти всех линий спектра, какие только могут когда бы то ни было давать химические элементы, уже обнаруженные в туманностях. Зеленые линии оказались «запрещенными» линиями дважды ионизованного кислорода. В туманностях дважды ионизованный кислород излучает как свои «разрешенные» линии, так и «неразрешенные», и последние у него даже ярче первых. В рассказе о разоблачении солнечного «корония» объяснялось, что такое запрещенные линии и отчего они почти не наблюдаются и лабораториях. Для их излучения газ должен быть крайне разрежен, а энергия, падающая на него от звезды, также должна быть крайне разрежена, т. е. газ должен находиться достаточно далеко от звезды, где освещение очень слабо. В лаборатории и до сих пор не удалось с уверенностью вызвать появление зеленых линий дважды ионизованного кислорода, потому что на Земле мы еще не можем предоставить ему для этого нужных условий. Лучшие наши воздушные насосы не в состоянии даже отдаленно создать такое разрежение газа, какое существует в газовых туманностях. А между тем этот газ, который с земной точки зрения гораздо разреженнее, чем то, что мы называем пустотой под колпаком воздушного насоса, ярко светится. Мы его видим на расстояниях в тысячи световых лет, а если говорить о газовых туманностях, обнаруженных в других галактиках, — то и на расстояниях в миллионы световых лет. В лаборатории до сих пор не наблюдаются многочисленные другие линии спектра туманностей, менее яркие, чем зеленые, и также приписывавшиеся все тому же небулию. Они оказались запрещенными линиями того же кислорода, но однажды ионизованного или нейтрального, а также запрещенными линиями других известных химических элементов.

Рис. 171. Спектры планетарных туманностей.

Газовые оболочки, выбрасываемые новыми звездами, дают спектр совершенно такой же, как газовые туманности, и иногда в спектрах новых звезд все самые яркие линии, а в некоторых случаях даже и вообще все видимые линии — запрещенные.

В настоящее время все линии спектров газовых туманностей отождествлены. Их известно более сотни. По этим линиям мы узнаём качественный химический состав туманностей. В основном он характеризуется легкими элементами, но, как и в случае звездных атмосфер, в туманностях могут быть и некоторые другие химические элементы, хотя их линии в спектре и не наблюдаются. Причиной этого является либо слабость линий, либо их нахождение в области, недоступной для исследования в земных условиях: в ультрафиолетовой (которая поглощается в земной атмосфере) или в инфракрасной (где сильны линии поглощения водяными парами нашего воздуха).

Гораздо труднее определить количественный химический состав газовых туманностей, т. е. пропорцию разных химических элементов. При прочих равных физических условиях чем ярче, интенсивнее соответствующие линии спектра данных ионов, тем больше этих ионов, так как каждый квант света спектральной линии вызывается излучением одного иона. Но дело заключается в широких различиях физических условий, вызывающих излучение данной линии, и в том, что многие ионы не дают линий в наблюдаемой части спектра. Полное же число атомов данного элемента равно сумме всех нейтральных атомов и всех его ионов.

Можно считать, что в пределах точности расчетов нет существенного различия между количественным химическим составом туманностей и звезд. Было бы особенно интересно сравнить химический состав ядер туманностей и их оболочек, так как, несомненно, вещество оболочки (если учитывать факт ее расширения) отделилось когда-то и как-то от звезды. Это тем более интересно, что среди ядер со спектром типа Вольфа — Райе одни содержат углерод без азота, другие же содержат и углерод и азот, а в одном случае азот даже сильно преобладает. К сожалению, такое сравнение химического состава нелегко, в частности потому, что линии спектра туманности накладываются на линии спектра ядра, и без того малочисленные, и отделить их друг от друга трудно. Известно, что в солнечных протуберанцах аномально высоко содержание ионизованного кальция по сравнению с его содержанием в хромосфере, из которой они выбрасываются. Протуберанцы бывают водородные и металлические. Такого рода различие возможно и в планетарных туманностях.