Читаем Курс теоретической астрофизики полностью

Приведём некоторые формулы, описывающие явления, происходящие при распространении ударной волны. Пусть плотное облако (или оболочка) движется со скоростью 𝑣 в межзвёздном неионизованном газе. Перед облаком будет находиться сжатый газ, движущийся с той же скоростью 𝑣. Граница между сжатым и несжатым газом, называемая фронтом ударной волны, движется со скоростью 𝑉, превосходящей 𝑣. Если ударная волна распространяется в идеальном одноатомном газе, то, как показывают расчёты,

𝑉

=

4

3

𝑣

,

(33.33)

а плотность сжатого газа в четыре раза больше плотности несжатого газа. При сжатии газа происходит также повышение его температуры до значения, определяемого формулой

3

2

𝑘𝑇

=

μ𝑚𝙷𝑣²

2

.

(33.34)

Очевидно, что нагревание газа и сообщение ему движения происходит за счёт кинетической энергии облака, которое постепенно тормозится. Однако при получении приведённых формул не был принят во внимание тот факт, что нагретый сжатый газ может охлаждаться. Это охлаждение происходит вследствие того, что атомы возбуждаются при столкновениях со свободными электронами, а затем испускают кванты в спектральных линиях, выходящие из газа. Такой процесс представляет собой высвечивание газа. Структура ударных волн с высвечиванием впервые была рассмотрена С. Б. Пикельнером [3], а затем и другими авторами. Результаты этой теории отличаются от указанных выше. В частности, было найдено, что плотность сжатого газа может в десятки раз превзойти его первоначальную плотность. Возможно, что свечение некоторых диффузных туманностей объясняется высвечиванием газа после прохождения ударной волны.

Существующие в Галактике турбулентные движения газа изучаются особыми статистическими методами. В простейшем случае считается, что турбулентное движение характеризуется хаотическим перемещением газовых масс, при котором энергия движений больших масштабов полностью передаётся движениям меньших масштабов, превращаясь в конце концов в тепловую энергию. В этом случае, согласно А. Н. Колмогорову, относительная скорость движения турбулентных масс 𝑣 связана с расстоянием между ними 𝑙 соотношением

𝑣

(ε𝑙)¹

/

³

.

(33.35)

где ε — энергия, получаемая одним граммом вещества за 1 с от источников турбулентности. Анализ наблюдательных данных о движении межзвёздного газа приводит к выводу, что закон (33.35) в общих чертах выполняется до значения 𝑙≈100 пс. При этом для энергии, приобретаемой газом, должно быть принято значение ε≈10⁻³ эрг/г⋅с. При более строгом исследовании турбулентности в Галактике следует учитывать влияние на неё магнитного поля (см. [31).

Движение газа и пыли в Галактике может вызываться рядом причин. Одной из них является давление излучения звёзд, довольно сильно действующее на пылевые частицы. В качестве другой причины можно указать расширение оболочек новых и сверхновых звёзд. Наибольшую же роль в сообщении движений газу и пыли в межзвёздном пространстве играет, по-видимому, расширение зон ионизованного водорода, окружающих звёзды класса O.

§ 34. Космическое радиоизлучение

1. Излучение зоны 𝙷 II.

Излучение межзвёздной среды наблюдается как в оптической области спектра, так и в радиодиапазоне. Наблюдения в радиодиапазоне дают ценные сведения не только о физическом состоянии межзвёздной среды, но также о её структуре и движении. Особенно важно то, что мы можем наблюдать радиоизлучение от очень далёких частей Галактики, которые совершенно недоступны для оптических наблюдений. Объясняется это тем, что межзвёздная пыль практически прозрачна в радиочастотах.

Сначала остановимся на радиоизлучении, идущем от зон ионизованного водорода. Такое излучение, наблюдаемое в сантиметровом и дециметровом диапазонах, является тепловым (в метровом диапазоне добавляется ещё нетепловое излучение, о котором речь будет идти ниже). Так как радиоизлучение спокойного Солнца также имеет тепловую природу, то при рассмотрении теплового радиоизлучения зон 𝙷 II мы можем воспользоваться формулами, приведёнными в § 18.

Допустим, что радиоизлучение идёт к нам от облака ионизованного водорода и на пути от облака до наблюдателя поглощение отсутствует. Обозначим через εν объёмный коэффициент излучения и через αν объёмный коэффициент поглощения в облаке. Если излучение является тепловым, то мы имеем

εν

αν

=

𝐵

ν

(𝑇

𝑒

)

=

2ν²

𝑐²

𝑘𝑇

𝑒

,

(34.1)

где 𝑇𝑒 — температура электронного газа. Выше было установлено, что в зонах 𝙷 II величина 𝑇𝑒 почти постоянна (и близка к 10 000 K). Поэтому для интенсивности излучения, выходящего из облака, можем написать

𝐼

ν

=

𝐵

ν

(𝑇

𝑒

)

1

-

exp

-

τ

ν

,

(34.2)

где τν⁰ — оптический путь луча в облаке. Для вычисления величины τν⁰ следует воспользоваться формулой (18.9), на основании которой подучаем

τ

ν

=

𝑠₀

0

α

ν

𝑑𝑠

=

2⁴π²𝑒⁶

3√3𝑐(2π𝑚𝑘𝑇𝑒/²

𝑔ν

ν²

𝑠₀

0

𝑛

𝑒

𝑛⁺

𝑑𝑠

,

(34.3)

где 𝑠₀ — геометрическая «толщина» облака.

Как мы знаем, интенсивность излучения 𝐼ν принято выражать через яркостную температуру 𝑇ν посредством соотношения (18.2). Поэтому формулу (34.2) можно переписать в виде

𝑇

ν

=

𝑇

𝑒

1

-

exp

-

τ

ν

.

(34.4)

Перейти на страницу:

Похожие книги

Занимательно об астрономии
Занимательно об астрономии

Попробуйте найти сегодня что-нибудь более захватывающее дух, чем астрономические открытия. Следуют они друг за другом, и одно сенсационнее другого.Астрономия стала актуальной. А всего двадцать лет назад в школе она считалась необязательным предметом.Зато триста лет назад вы рисковали, не зная астрономии, просто не понять сути даже обычного светского разговора. Так он был насыщен не только терминологией, но и интересами древней науки.А еще два века назад увлечение звездами могло окончиться для вас… костром.Эта книга — об астрономии и немного об астронавтике, о хороших астрономах и некоторых астрономических приборах и методах. Словом, о небольшой области гигантской страны, в основе названия которой лежит древнее греческое слово «astron» — звезда.

Анатолий Николаевич Томилин

Астрономия и Космос / Физика / Образование и наука
Мир в ореховой скорлупке
Мир в ореховой скорлупке

Один из самых блестящих ученых нашего времени, известный не только смелостью идей, но также ясностью и остроумием их выражения, Хокинг увлекает нас к переднему краю исследований, где правда кажется причудливее вымысла, чтобы объяснить простыми словами принципы, которые управляют Вселенной.Великолепные цветные иллюстрации служат нам вехами в этом странствии по Стране чудес, где частицы, мембраны и струны движутся в одиннадцати измерениях, где черные дыры испаряются, и где космическое семя, из которого выросла наша Вселенная, было крохотным орешком.Книга-журнал состоит из иллюстраций (215), со вставками текста. Поэтому размер ее больше стандартной fb2 книги. Иллюстрации вычищены и подготовлены для устройств с экранами от 6" (800x600) и более, для чтения рекомендуется CoolReader.Просьба НЕ пересжимать иллюстрации, т. к. они уже сжаты по максимуму (где-то Png с 15 цветами и более, где то jpg с прогрессивной палитрой с q. от 50–90). Делать размер иллюстраций меньше не имеет смысла — текст на илл. будет не читаемый, во вторых — именно по этой причине книга переделана с нуля, — в библиотеке была только версия с мелкими илл. плохого качества. Макс. размер картинок: 760(высота) x 570(ширина). Книга распознавалась с ~300mb pdf, часть картинок были заменены на идент. с сети (качество лучше), часть объединены т. к. иногда одна илл. — на двух страницах бум. книги. Также исправлена последовательность илл. в тексте — в рус. оригинале они шли на 2 стр. раньше, здесь илл. идет сразу после ссылки в тексте. Psychedelic

Стивен Уильям Хокинг

Астрономия и Космос