На протяжении поздней осени и всей зимы одним из самых ярких и запоминающихся узоров ночного неба является созвездие Ориона. Немного южнее его величественного «пояса», состоящего из 3 звезд, будто выстроившихся в ряд, можно разглядеть еще один интересный объект. Это маленькое размытое пятнышко — туманность Ориона, также известная под названиями NGC 1976 и M42. Она представляет собой ближайшую к Земле область звездообразования — гигантский объект из газа и пыли, дающий начало новым мирам, похожим на нашу Солнечную систему. В этой статье мы поговорим о главных характеристиках туманности Ориона, узнаем историю ее открытия и некоторые связанные с ней удивительные факты.
Расположение туманности Ориона
При наблюдении с Земли туманность Ориона располагается в пределах одноименного созвездия. Главным ориентиром при ее поиске служит Пояс Ориона, немного ниже которого можно различить не особенно яркую линию, известную как Меч Ориона. Именно его составной частью и является туманность NGC 1976. Она находится очень близко к небесному экватору — воображаемой линии, параллельной плоскости земного экватора и перпендикулярной оси вращения Земли, — поэтому ее можно наблюдать из любого полушария нашей планеты.
Если же говорить о физическом местоположении туманности Ориона, она удалена от нас гораздо сильнее, чем большинство звезд в созвездии. Астрономы оценивают расстояние до нее в пределах 1 300–1 400 световых лет. Это означает, что свет от туманности, который виден в настоящее время, покинул ее в те времена, когда человечество только вступало в эпоху Средневековья. Туманность NGC 1976 можно обозначить как нашего близкого галактического соседа, так как она находится в том же рукаве Млечного Пути, что и Солнце, — рукаве Ориона.
Характеристики туманности Ориона
Туманность Ориона представляет собой обширную область пространства, диаметр которой составляет примерно 25 световых лет. Таким образом, она почти в 28 000 раз превосходит по размеру основную часть Солнечной системы, включающую орбиты всех 8 планет. Масса туманности примерно в 2 000 раз превышает массу Солнца. При этом она является частью гораздо более масштабного образования, известного как облако Ориона. Это комплекс из 9 отдельных туманностей, образующих сложную гравитационно связанную структуру.
Строение и состав туманности Ориона
Туманность Ориона одновременно относится сразу к 2 типам туманностей: эмиссионной и отражательной. Эта особенность связана с тем, что в разных ее областях свет взаимодействует с материей немного по-разному. Сейчас мы подробнее рассмотрим строение туманности Ориона, чтобы понять причины ее достаточно редкой для нашей галактики двойной классификации.
- Эмиссионная часть — наиболее яркая область, составляющая центр или ядро туманности. В ней находятся основные активные очаги звездообразования, где мощное ультрафиолетовое излучение выбивает электроны из атомов газов — превращает их в ионы с положительным зарядом. Когда электроны возвращаются на свои места, то есть происходит рекомбинация, частицы начинают самостоятельно излучать фотоны — кванты света.
- Отражательная часть — более тусклые периферийные области. Свет от близлежащих звезд, которые недостаточно горячи, чтобы ионизировать газ, отражается и рассеивается. Важно отметить, что границы, отделяющие отражательные части от эмиссионных, не всегда являются четкими. В отдельных областях формируются так называемые переходные зоны, в которых астрономы могут наблюдать оба этих эффекта одновременно.
По составу туманность Ориона представляет собой смесь газов и космической пыли. Как по массе, так и по объему подавляющее количество вещества представлено водородом и гелием: их совокупная доля превышает 98%. Среди газов также встречается незначительное количество элементов, более тяжелых, чем водород и гелий, которые в астрономии принято обозначать как «металлы». Таким образом, ученые отделяют друг от друга первичные элементы, образованные в ранней Вселенной, от тех, что были синтезированы позднее, в недрах звезд. Среди «металлов» в туманности NGC 1976 можно отметить кислород, углерод, азот и серу.
Около 1% массы туманности Ориона приходится на космическую межзвездную пыль, состоящую из микроскопических частиц минералов на основе кремния и углерода, а также из водяного льда. Хотя внутри NGC 1976 находится совсем небольшое количество космической пыли, ее значимость поистине велика. Поглощая излучение звезд, она способствует охлаждению газов, тем самым создавая условия для звездообразования. Астрономы относятся к пыли двояко, так как, несмотря на ее фундаментальную роль, в большинстве случаев она полностью перекрывает или сильно искажает наблюдаемые астрономические объекты.
Спектр и светимость туманности Ориона
Свет от любого наблюдаемого небесного тела, проходя через призмы или дифракционные решетки спектроскопов, раскладывается на отдельные цветные полосы — линии спектра. Подобный эффект мы наблюдаем, когда солнечный свет преломляется в каплях дождя и на небе появляется радуга. Что касается туманности Ориона, то она имеет собственные спектральные линии, по которым ученые делают вывод о наличии в ней тех или иных химических элементов:
- линии водорода — тот самый газ, который в процессе ионизации и рекомбинации придает туманности ярко-красное или розоватое свечение;
- линии отраженного излучения — области туманности, в которых космическая пыль отражает свет от массивных звезд, приобретают оттенки синего или фиолетового цветов;
- линии гелия, азота и серы — влияют на интенсивность свечения как красных, так и сине-фиолетовых областей, указывая на плотность содержащегося в разных областях вещества.
Отдельного упоминания заслуживают зеленые линии спектра, которые были загадкой для ученых начала XX века, на заре астрономической спектроскопии. Об их природе высказывались различные предположения. Согласно самой популярной гипотезе, такое свечение мог вызывать еще не известный науке химический элемент, для которого рассчитали атомную массу и даже дали ему название — небулий (прим. ред.: слово «туманность» переводится на английский язык как «nebula»). Разгадать эту загадку смогли в 1927 году, когда американский астрофизик Айра Спрейг Боуэн доказал, что за светимость зеленых линий в туманности Ориона отвечает двукратно ионизированный кислород. Так как подобный процесс никогда не наблюдался в земных условиях и противоречил известным на то время законам квантовой механики, его стали называть «запрещенной ионизацией».
История открытия и изучения туманности Ориона
Туманность Ориона можно увидеть невооруженным глазом. Вероятно, астрономы прошлых цивилизаций неоднократно наблюдали этот объект, но не придавали ему особого значения и считали одной из множества тусклых звезд. По одной из версий, туманность упоминается в мифологии майя, где ее описывали как дым от тлеющей ароматической смолы.
«Официальное» открытие туманности Ориона состоялось о с наступлением эры телескопов. В 1610 году французский астроном Николя-Клод Фабри де Пейреск стал первым человеком, описавшим расплывчатое пятно в Мече Ориона. Более детальное исследование спустя 49 лет провел голландский ученый Христиан Гюйгенс — он смог определить форму туманности и сделал первую зарисовку, где изобразил ее похожей на рыбий плавник.
Точная дата появления названия «туманность Ориона» и автор этого наименования неизвестны, но с XVIII века оно уже повсеместно встречается в трудах астрономов. В 1769 году французский ученый Шарль Мессье опубликовал свой каталог объектов глубокого космоса, где туманность фигурировала под кодовым обозначением M42, которое продолжают использовать и в наши дни. А в 1888 году туманность Ориона была внесена в «Новый Общий Каталог» («New General Catalogue») под названием NGC 1976.
Как образовалась туманность Ориона
Туманность Ориона, как и другие похожие на нее межзвездные облака, сформировалась из отдельных разрозненных сгустков нейтрального водорода с примесями других элементов. На протяжении миллионов лет подобные скопления слипались друг с другом, постепенно наращивая общий объем. Под воздействием внешних гравитационных сил, вызванных прохождением неподалеку от спиральных рукавов галактики или звездных скоплений, газ и пыль в огромном облаке концентрировались в отдельные узлы с повышенной массой и плотностью. Одним из таких узлов и стала туманность Ориона — самая яркая туманность ночного неба.
Рождение звезд в туманности Ориона
Постепенно в молодой туманности Ориона начали происходить процессы, известные как гравитационные коллапсы. Наиболее плотные сгустки материи, превосходя критическую массу, начинали интенсивно сжиматься под воздействием гравитации. Коллапс продолжался до тех пор, пока ядра этих сгустков не разогревались до колоссальных температур в несколько миллионов градусов. В результате запускался термоядерный синтез, компенсировавший силу сжатия, и рождались отдельные звезды.
Будучи ближайшей к Земле областью звездообразования, туманность Ориона неизменно привлекает внимание астрономов, которые выделяют несколько ключевых особенностей звездообразования внутри нее.
- Ядро из массивных звезд. В самом центре туманности находится скопление звезд под названием Трапеция Ориона. Его структурную основу составляют 4 молодые звезды, масса каждой из которых в 15–30 раз превосходит солнечную. Мощное ультрафиолетовое излучение, исходящее от Трапеции, отвечает за ионизацию окружающего газа и, как следствие, появление эмиссионных областей.
- «Прозрачность» структуры. В процессе активного звездообразования в центральной области возникают мощные потоки звездного ветра — заряженных частиц, исходящих из плазмы во внешних слоях атмосфер массивных звезд. Эти потоки будто сбрасывают непроницаемую пылевую завесу, открывая взору наблюдателей те области, в которых рождаются звезды солнечной и меньшей массы.
- Протопланетные диски. Исследования Туманности Ориона в инфракрасном диапазоне спектра позволили идентифицировать газопылевые диски, вращающиеся по орбитам вокруг новорожденных звезд. Так как частицы в них постепенно наращивают массу, ученые делают вывод, что наблюдают за начальными стадиями формирования планетезималей — небесных тел неправильной формы, из которых впоследствии образуются планеты.
Фото и изображения Туманности Ориона в современной астрономии
Туманность Ориона является одним из самых популярных объектов в истории астрофотографии (прим. ред: астрофотографией называют как любительское хобби, так и научное исследование астрономических объектов посредством их съемки), которая насчитывает уже более 170 лет. В 1880 году американский астроном Генри Дрейпер опубликовал самый первый снимок глубокого космоса, на котором можно различить общую структуру и отдельные яркие области туманности. Однако с тех пор технологии шагнули далеко вперед, и в наши дни наиболее красочные и детализированные снимки NGC 1976 делаются с помощью космических телескопов. Мы с вами подробнее познакомимся с исследованиями двух наиболее продвинутых и технически оснащенных космических телескопов.
- «Хаббл»: первый снимок был сделан в 1993 году. Благодаря многочисленным фотографиям с «Хаббла» ученые смогли детально изучить структуру туманности в видимом и ультрафиолетовом диапазоне. Самым впечатляющим стало мозаичное изображение 2006 года, собранное из 520 отдельных снимков с общим разрешением около 1 гигапикселя (прим. ред.: 1 млрд пикселей). На снимке можно рассмотреть порядка 3 000 звезд, некоторые из которых ранее никогда не наблюдались в видимом свете.
- «Джеймс Уэбб»: первый снимок был сделан в 2022 году. Инфракрасные камеры «Джеймса Уэбба» способны «видеть» сквозь пыль, показывая особенности трехмерной структуры туманности. Среди многочисленных снимков можно отметить «Бар Ориона» (прим. ред.:«bar» в переводе с английского языка и в астрономической терминологии означает «перемычка»), опубликованный в 2023 году. На фото четко видна граница между горячим ионизированным газом вблизи Трапеции и обширной областью холодного вещества. Кроме того, на снимок попала звездная система d203-506, в протопланетном диске которой был обнаружен метильный катион (CH3+) — соединение, играющее ключевую роль в синтезе сложных органических молекул, из которых состоят живые клетки.
Наблюдение туманности Ориона с Земли
В Северном полушарии туманность Ориона лучше всего наблюдать с ноября по январь, когда она хорошо различима на протяжении всего времени от заката до рассвета. Объект недоступен для наблюдений с мая по июль, так как в эти месяцы он располагается на дневном небе. Рекомендуется выбирать время после полуночи, когда туманность поднимается высоко над горизонтом. Хотя увидеть ее можно даже в районах с засвеченным ночным небом, вдали от городских огней появляется возможность рассмотреть структуру.
Туманность NGC 1976 — это отличный объект для наблюдений, так как увидеть ее можно даже невооруженным глазом. Правда, в этом случае она будет выглядеть как маленькое тусклое пятнышко без каких-либо деталей. При использовании достаточно мощного бинокля взору откроются очертания облака и, возможно, некоторые звездные скопления. Даже любительского телескопа будет достаточно, чтобы увидеть изогнутые структуры туманности, темные области космической пыли и отдельные 4 яркие звезды Трапеции.
Роль туманности Ориона в эволюции звезд и галактик
По галактическим меркам туманность Ориона является одной из ближайших «соседок» Солнечной системы. Она представляет собой самую настоящую естественную космическую лабораторию, благодаря которой ученые могут практически в реальном времени изучать разные этапы формирования и эволюции как самих звезд, так и их протопланетных дисков. Кроме того, в туманности наглядно продемонстрировано влияние массивных звезд на интенсивность звездообразования. Их мощное излучение и звездный ветер разогревают газ, замедляя рождение звезд и формирование протопланетных дисков в близлежащих областях. Однако благодаря тем же самым факторам на периферии туманности вещество уплотняется, и начинаются новые гравитационные коллапсы.
Вместе с тем туманность Ориона влияет не только на появление отдельных звезд, но и на всю галактическую структуру. Как и другие области активного звездообразования, она находится в тесном взаимодействии со спиральными рукавами галактики. Колоссальная гравитация рукавов ускоряет динамические процессы внутри туманностей, тогда как сами туманности являются ключевыми «донорами» вещества, поддерживающего плотность и структуру рукавов. Согласно современным моделям, через 100 000 лет бо́льшая часть газа и пыли будет выброшена, и на месте туманности Ориона останется рассеянное скопление, окруженное тонкими нитями, оставшимися от бывшего облака.
Интересные факты о туманности Ориона
- На ночном небе туманность Ориона занимает примерно в 5,5 раз большую площадь, чем Луна. Ее угловой диаметр — мера того, насколько большим кажется объект земному наблюдателю — составляет в среднем 1,25°, тогда как у Луны аналогичный показатель составляет примерно 0,5°. Это достаточно трудно заметить из-за разницы в яркости объектов — мы очень хорошо видим Луну благодаря ее непосредственной близости к Земле и концентрированному отраженному солнечному свету. Если бы туманность Ориона была столь же яркой, она была бы самым крупным объектом ночного неба.
- Туманность Ориона является одним из рекордсменов по плотности расположения коричневых карликов — небесных тел, занимающих промежуточное положение между планетами- газовыми гигантами наподобие Юпитера и красными карликами, самыми маленькими и тусклыми звездами. Особенный интерес вызывает то, что у некоторых коричневых карликов в туманности, вероятно, есть собственные протопланетные диски. Если данные исследований подтвердятся, станет известно, что планетные системы могут иметь не только звезды, как считалось ранее.
- В 2023 году в ходе анализа наблюдений, сделанных с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», в туманности Ориона были обнаружены двойные и тройные системы из объектов, массы которых варьируются в диапазоне от 0,6 до 14 масс Юпитера. Существование подобных гравитационно связанных систем, не принадлежащих отдельным звездам, пока что не имеет какого-либо логического объяснения и ставит под сомнение современные модели формирования планет.
Туманность Ориона в вопросах и ответах
1. Где находится туманность Ориона на небе?
На небе туманность Ориона можно увидеть в одноименном созвездии, под 3 яркими звездами, составляющими Пояс Ориона.
2. На каком расстоянии от Земли расположена Туманность Ориона?
Туманность Ориона удалена от Земли приблизительно на 1 350 световых лет.
3. Почему туманность Ориона видна невооруженным глазом?
Туманность Ориона можно увидеть невооруженным глазом, так как она находится относительно недалеко от Земли и подсвечивается излучением массивных звезд, ионизирующих окружающий газ.
4. Из чего состоит туманность Ориона?
В основном туманность Ориона состоит из водорода и гелия, а примерно 1% ее массы составляет космическая пыль.
5. Как образуются звезды внутри туманности Ориона?
Внутри туманности Ориона звезды образуются в результате гравитационного коллапса газопылевых облаков, который останавливается с началом термоядерного синтеза в недрах молодой звезды.
6. Кто открыл Туманность Ориона?
Люди могли наблюдать туманность Ориона с древнейших времен, однако первое научное описание объекта в 1610 году сделал французский астроном Николя-Клод Фабри де Пейреск.
7. Когда астрономы впервые сфотографировали туманность Ориона?
Первую фотографию туманности Ориона в 1880 году сделал американский астроном Генри Дрейпер.
8. Почему туманность Ориона так ярко светится?
Яркое свечение туманности Ориона обусловлено ультрафиолетовым излучением группы горячих звезд, которое ионизирует газ. В результате рекомбинации, то есть обратного перехода атомов газов в состояние с нейтральным электрическим зарядом, они начинают излучать фотоны самостоятельно.
9. Какие звезды находятся внутри туманности Ориона?
Внутри туманности Ориона находятся сотни звезд, однако самыми заметными среди них являются 4 молодые массивные звезды, входящие в скопление Трапеции Ориона.
10. Какую роль играет туманность Ориона в формировании планетных систем?
Интенсивное излучение в центре Туманности Ориона иногда может разрушать протопланетные диски, но также оно способствует уплотнению газопылевых сгустков и формированию новых планетных систем.
11. Можно ли увидеть туманность Ориона с помощью любительского телескопа?
Да, туманность Ориона можно увидеть в любительский телескоп или бинокль, а также без какого-либо оптического оборудования.
12. Как туманность Ориона выглядит в разных диапазонах спектра — видимом, инфракрасном, ультрафиолетовом?
В видимом свете туманность Ориона предстает как яркий объект с обилием оттенков красного, синего и фиолетового цветов. В инфракрасном диапазоне можно увидеть скрытые за пылевыми завесами тусклые звезды и коричневые карлики. А в ультрафиолетовом диапазоне почти всю туманность перекрывает интенсивное излучение звезд Трапеции.
13. Какие интересные открытия сделали с помощью телескопа «Джеймс Уэбб»?
С помощью телескопа «Джеймс Уэбб» в туманности Ориона удалось найти органические соединения, предшествующие молекулам живых организмов, плотные скопления коричневых карликов, а также двойные и тройные системы планет, похожих на Юпитер.
14. Почему туманность Ориона считается «звездной фабрикой»?
Туманность Ориона называют «звездной фабрикой», так как в ней с относительно высокой интенсивностью рождаются новые звезды.
15. Есть ли другие туманности, похожие на туманность Ориона?
Да, в различных областях Млечного Пути находятся похожие области активного звездообразования, в числе которых туманности Кошачьей лапы, Киля, Орла и многие другие.
***
Туманность Ориона представляет большую ценность для астрономов и астрофизиков, так как позволяет в подробностях рассмотреть те процессы, которые в большинстве случаев остаются известными лишь по теоретическим расчетам и косвенным признакам. От ранних описаний астрономов XVII века до невероятно детализированных снимков телескопа «Джеймс Уэбб» NGC 1976 служит науке мостом между составлением астрономических каталогов и пониманием фундаментальных законов, которым подчиняются звезды, звездные скопления и целые галактики.
Автор текста Иван Стефанов
Изображение на обложке: NASA, ESA, M. Robberto ( Space Telescope Science Institute/ESA) and the Hubble Space Telescope Orion Treasury Project Team
