Диффузная материя Галактики СодержаниеСостав диффузной материиГравитационное взаимодействие во ВселеннойРождение диффузной материиПространство между планетами, звездами, туманностями и галактиками

Состав диффузной материи

Межзвездная пыль и газ

Исследования показали, что межзвездная пыль сосредоточена в слое небольшой толщины (около 200-300 пк) вдоль галактической плоскости. Он состоит из разреженной газопылевой среды, которая местами сгущается в облака. Проходя расстояние в 1000 пк в плоскости Галактики, свет ослабляется в среднем на 1,5 звездной величины.

Уменьшение видимой яркости далеких звезд затрудняет точное определение расстояния до них путем сравнения их абсолютной звездной величины с видимой. Определяя расстояния, приходится учитывать не только влияние космической пыли, но и неравномерное ее распределение, наличие темных облаков.

Сходные по своей природе и близкие по составу газопылевые облака выглядят по-разному. Непрозрачные для света, они могут наблюдаться как темные туманности

Когда газопылевое облако освещается очень горячей звездой (температура которой не ниже 20 000-30 000 К), то ультрафиолетовое излучение звезды ионизует водород и другие газы облака и заставляет их светиться. Газ поглощает ультрафиолетовые лучи, а излучает в красных, зеленых и других линиях спектра. Такое светящееся облако называют диффузной газовой туманностью

. Если бы горячая звезда вдруг угасла, туманность бы тоже вскоре перестала светиться. Типичная туманность такого типа находится в созвездии Ориона. Она видна (зимой) в сильный бинокль, но только фотография выявляет ее структуру.

Созвездие Ориона

Газопылевых разреженных диффузных туманностей известно много. Все они клочковаты, неправильной формы, без четких очертаний. Спектр туманностей состоит из ярких линий водорода, кислорода и других легких газов.

Особым типом туманностей являются планетарные туманности — светящиеся газовые оболочки, выбрасываемые звездами на определенной стадии их развития, которая является закономерным этапом для большинства звезд. Природа их свечения такая же, как и диффузных туманностей.

Темная материя

Полученные в последнее время космологические данные требуют кардинального дополнения современных представлений о структуре материи и фундаментальных взаимодействиях элементарных частиц. Помимо обычного вещества во Вселенной имеется другой тип вещества – темная материя.

Лишь 5% массы Вселенной приходится на понятное нам «обычное» вещество. Остальные 95% – это некие субстанции: темная материя (25%) и темная энергия (65 – 70%).

Темная материя сродни обычному веществу. Она способна собираться в сгустки (размером с галактику) и участвует в гравитационных взаимодействиях. Скорее всего, темная материя состоит из новых, не открытых еще в земных условиях частиц.

Темная энергия – гораздо более странная субстанция, чем темная материя. Она не собирается в сгустки, а равномерно распределена во Вселенной. Темная энергия носит явно выраженный невещественный характер, но именно она доминирует во Вселенной.

Нейтральный водород и молекулярный газ

Много сведений о межзвездном газе приносят исследования его радиоизлучения. Водород в светлых туманностях ионизуется и светится, только если поблизости есть горячие звезды. Но основная масса водорода в Галактике нейтральна

.

Нейтральный водород в космосе не светится и невидим. Однако он излучает радиоволну длиной 0,21 м.

По интенсивности излучения на этой длине волны определяют массу и плотность водорода, а по отличию фактической длины волны от 0,21 м по эффекту Доплера находят скорость водородного облака.

В настоящее время выяснена общая картина распределения водорода в Галактике. Он расположен преимущественно в тонком слое вблизи галактической плоскости. Облака водорода можно наблюдать на расстояниях, гораздо больших, чем те, на которых возможно наблюдать в телескоп отдельные звезды.

В межзвездном пространстве, помимо водорода, находятся гелий, а также атомы и некоторые простейшие молекулы других химических элементов в количестве, малом сравнительно с водородом и гелием. Многие молекулы обнаружены радиометодами (по излучению и поглощению радиоволн). Среди них ОН, Н2О, СО, СО2, NH3 и некоторые более сложные молекулы.

Магнитное поле, космические лучи и радиоизлучение

В Галактике существует общее магнитное поле. Линии индукции этого поля в основном параллельны галактической плоскости. Изгибаясь, они идут вдоль спиральных ветвей Галактики. Индукция магнитного поля Галактики около 10-10 Тл, но в облаках газа она выше.

При вспышках сверхновых звезд, кроме быстрых атомных ядер (в основном протонов), составляющих космические лучи, выбрасывается много электронов со скоростями, близкими к скорости света.

Магнитное поле Галактики тормозит быстрые электроны, и это вызывает нетепловое (синхротронное) радиоизлучениена метровых и более длинных волнах. Оно приходит к нам со всех сторон.

Наиболее сильное радиоизлучение принимается из области Млечного Пути.

Это радиоизлучение рождается в межзвездном пространстве вблизи плоскости нашей Галактики, где плотность космических лучей и индукция межзвездного магнитного поля достигают наиболее высоких значений.

Помимо Млечного Пути, в Галактике есть и другие источники радиоизлучения.

Глоссарий по физике

Межзвёздный газ — осн. компонент межзвездной среды, составляющий ок. 99% её массы. M. г. заполняет практически весь объём галактик. Наиб, изучен M. г. в Галактике. M. г. характеризуется большим разнообразием возникающих в нём структур, физ. условий и протекающих процессов. Темп-pa колеблется от 4-6 К до 107 К и выше, концентрация частиц h от ~10-4 до 1010 — 12 см-3. Условиями в M. г. определяется характер звездообразования, а следовательно, и эволюции галактик.

Распределение и движение M. г. Наиб, бедны M. г. эллиитич. (E) галактики .Следы M. г. от массы галактики, Mr)обычно заметны только в гигантских E-галактиках. В линзовидных (SO) галактиках также отмечаются обычно лишь следы M. г. В спиральных (S) галактиках M. г. составляет обычно 1 — 10% MГ, точнее, массы, заключённой в сфере с т. н. холмберговскнм радиусом, ограничивающим оптически наблюдаемую часть галактики. В Галактике, являющейся типичной спиральной галактикой, масса M. г,г — масса Солнца) ж распределена поровну между областями атомарного ц молекулярного M. г. В неправильных ( I ) галактиках масса M. г. обычно превышает 10% от массы галактики.

В Е-галактиках M. г. сосредоточен обычно около их центра. В ряде гигантских E-галактик, являющихся радиогалактиками, M. г. присутствует также и на периферии (напр., Cen A, Cyg A). В др. типах галактик M. г. расположен гл. обр. около плоскостей галактик, в слое толщиной порядка сотен парсек, а в S-галакти-ках также в ядре, являясь непременным атрибутом всех активных ядер галактики и квазаров (см. Объекты с активными ядрами).

В дисках S-галактик поверхностная плотность (s) p объёмная концентрация M. г. чаще всего достигают максимума в кольце на расстоянии от центра галактики (Дг), равном неск. кпк (в Галактике — 5 кпк, здесь , и спадают как внутрь, так и наружу (в последнем случае много медленнее, чем поверхностная яркость; в крупных галактиках следы M. г. видны до Дг = 30-50 кпк и более). В нек-рых галактиках s нарастает до самого центра. На периферии слой M. г. утолщён до неск. кпк и часто искривлён. Осн. часть M. г. собрана в спиральных ветвях, особенно вблизи их внутр. частей, в виде гигантских газопылевых комплексов. В гало S-галактнк M. г. разрежен (в ср., в Галактике па высоте 5 кпк от её плоскостии имеет температуру.

В него вкраплен более плотный холодный газ, гл. обр. в виде высокоскоростных облаков водорода и планетарных туманностей.

В S- и I-галактиках M. г. вращается вокруг центра вместе со звёздами по траекториям, близким к круговым. На регулярное движение накладываются т. н. пекулярные скорости v. Возмущения v при прохождении M. г. через спиральные ветви иногда достигают 100 км/с. В ряде туманностей наблюдаются ещё большие значения v.

Состав M. г. Распространённость элементов в M. г. примерно такая же, как и в атмосферах звёзд: 90% атомов водорода, атомов гелия. Все др. элементы вместе составляют ок. 0,1% по числу атомов (относительное содержание по массе, . Однако их роль в M. г. очень велика. По сравнению с составом атмосферы Солнца в M. г. заметен дефицит MH. элементов, особенно Al, Ca, Ti, Fe, INi, распространённости к-рых понижены в десятки и сотни раз за счёт конденсации их в межзвёздную пыль.

Наблюдаются градиенты состава M. г. вдоль радиусов галактик. В Галактике Z изменяется вдоль радиуса в неск. раз. Имеются также градиенты изотопного состава. На регулярный ход состава наложены флуктуации. Неоднородность состава M. г. объясняется хим. эволюцией галактик — обогащением M. г. тяжёлыми элементами, выработанными при ядерных реакциях в звёздах.

Структура, физические условпл и динамика M. г. Структура M. г. неоднородна. Он состоит из облаков с разл. массами, размерами и физ. условиями. Наиб, крупными образованиями являются, видимо, т. н. сверхоблака размером 1-2 кик, к-рые содержат внутри себя все др. структуры. Около половины массы M. г. в Галактике собрано вгигантских молекулярных облаков (типичная масса, диам. d , темп-pa , расположенных в слое толщиной менее 100 пк гл. обр. в кольце с Rг = 4-8 кпк. Вещество их находится в осн. в молекулярной форме. В них найдено ок. 60 разл. молекул (см. Молекулы в межзвёздной среде). Преобладают молекулы H2 (99,99%) и СО (ок. 0,01% по числу молекул).

Имеются более мелкие молекулярные облака (тёмные и чёрные облака, гигантские глобулы и др. с h = , . В молекулярных облаках часто встречаются уплотнения с , T — от 4-6 К и более, массой-

, а вблизи мощных источников анергии — мазерные конденсации с Вблизи горячих звёзд и их групп имеются зоны HII.

Перечисленные выше области содержат более половины массы M. г., по занимают ок. 0,01% объёма. Около половины объёма M. г. занято областями атомарного водорода (HI), распадающимися на межзвёздные облака пк, M = и межоблачную среду, или т. н. тёплые области HI

В областях HI водород и гелий слабо ионизованы. Остальная часть объёма занята гл. обр. областями т. н. коронального газа, или горячей фазой M. г. (T см-3, иногда , в окрестностях к-пого имеются также зоны HII низкой плотности см-3, d = 1-50 пк) и области HI с T = 300-5000 К (неск. % по объёму). Кроме этого, в M. г. имеются туманности ,образованные очень сильными (Маха число до 104) ударными волнами, созданными звёздным ветром и вспышками сверхновых и новых звёзд (см. Остатки вспышек сверхновых). M. г. в них нагрет до 106-7 К и более.

Большинство структур M. г. находится в состоянии, далёком от газодинамического, а иногда и теплового равновесия. Характерные времена динамич. процессов в M. г. лет ( vзв — скорость звука).

За такое время большинство структур M. г. разрушается. Особенно сложна и динамична структура M. г. в областях звездообразования. Их типичный размер 100-500 пк. В них собраны в единый комплекс гигантские молекулярные облака, протяжённые и компактные зоны HII, ИК-туманности — протозвёзды, космич. мазеры на молекулахи т. д.

Наряду с крупномасштабной структурой (туманности, облака) M. г. имеет сложную мелкомасштабную структуру — волокна, конденсации и т. д. с масштабами до 0,1-0,001 пк и менее. Возникают они под действием разл. гидродинамич. и магннтогидродинамич. неустойчивостей. Вытянутая форма часто обусловлена межзвёздными магн. полями.

Физические процессы в M. г. Условия в M. г. далеки от термодинамич. равновесия. Поэтому анализ условий в M. г. проводится на основе ур-ний статистич. баланса, учитывающих элементарные процессы, определяющие населённости уровней энергии атомов, ионов, молекул, их ионизацию и рекомбинацию, а также образование и разрушение молекул, нагрев и охлаждение среды. Обычно в M. г. с хорошей точностью устанавливается Максвелла распределение по скоростям — в ударных волнах отдельно для электронов и ионов, в др. случаях — общее для всех частиц, что позволяет говорить о температуре M. г. Отклонения населёшюстей уровней от Болъцмана распределения обычно очень велики. Особенно ярко они проявляются в космич. мазерах. Населённость уровней, определяющая интенсивность спектральных линий и непрерывного спектра, формируется под влиянием столкновительных и радиа-тивных процессов и нередко рекомбинац. заселением уровней.

Осн. механизмами ионизации M. г. являются фотоионизация, а также, по-видимому, ионизация низкоэнергичной частью космических лучей (субкосмич. лучами) и тепловыми электронами. В активных галактич. ядрах преобладает фотоионизация рентг. излучением. Важна роль оже-эффекта и реакций перезарядки ионов с атомами H и Не, радиативной и диэлектронной рекомбинаций.

Кинетика химическая M. г. определяется как газофазными реакциями, так и реакциями на поверхности пылинок. Среди газофазных реакций важны лишь бинарные процессы. Определяющую роль в поддержании разнообразия молекул играют ионно-молекулярные реакции, не имеющие активац. барьеров. Они важны, несмотря на очень низкую степень ионизации

M. г. в молекулярных облаках. В совр. M. г. (в отличие от условий в ранней Вселенной, см. Космология)молекулы H2 образуются на поверхности пылинок. Молекулы разрушаются УФ-излучением звёзд. Поэтому M. г. молекуляризован только в плотных облаках, центр, части к-рых экранированы от УФ-излучения межзвёздной пылью.

M. г. нагревается УФ-, мягкими рентг. и субкосмич. лучами, а также ударными волнами. Объёмное охлаждение происходит в осн. при излучении в спектральных линиях тепловой энергии, затраченной на возбуждение уровней, а также за счёт тормозного и рекомбинац. излучений в непрерывном спектре. В зависимости от температуры M. г. преобладает излучение в непрерывном спектре либо в спектральных линиях — рентгеновских , уф- оптических (T = 5000-10000 К), ИК- (T = 30 — 5000 К), субмиллиметровых .

Гамма-излучение M. г. обусловлено взаимодействием M. г. и пыли с космич. лучами. Наблюдаются гамма-линии позитрония (0,511 МэВ) и линии возбуждения атомных ядер (1 — 6 МэВ), а также излучение в непрерывном спектре с энергиями фотонов до 1010 эВ. Непрерывный спектр формируется тормозным излучением электронного компонента космич. лучей и фотораспадом п°-мезонов, образованных в ядерных реакциях.

В большей части объёма M. г. успевает установиться состояние, близкое к гидростатич. равновесию,- давление r в разных участках M. г. примерно одинаково.

Зависимость давления (р), температуры (T) и концентрации электронов (пе) от концентрации водорода n(Н) в разрешенном межзвёздном газе, нагретом космическими лучами низких анергий.

В результате упомянутых выше процессов нагрева и охлаждения ур-ние состояния р(Т)или р(п)немонотонно в области температур 50-104 К (рис.). Это означает, что M. г. подвержен тепловой неустойчивости, разбивающей среду на облака HIи тёплые области HI (), отличающиеся по плотности в раз.

Важнейшую роль в формировании крупномасштабной структуры M. г. играют взрывы сверхновых звёзд. Сильная ударная волна выметает осн. часть M. г. из области размером во MH. десятки пк, создавая долгоживущие ( лет) полости, содержащие горячий (корональный, К) газ очень низкой плотности см-3. Холодному газу сообщаются пекулярные скорости км/с. Часть M. г. поднимается взрывом на сотни парсек над галактич. плоскостью (т. н. галактич. фонтаны). При последующем охлаждении такой M. г. может падать назад в виде высокоширотных облаков. При достаточной частоте вспышек сверхновых часть M. г. может оттекать от галактик в межгалактический газ (галактич. ветер). В поддержании пекулярных скоростей M. г. нек-рую роль играют также з;ёздный ветер и расширение зон HII. На формирование крупномасштабной структуры M. г. (особенно, видимо, в неправильных галактиках) существ, влияние оказывает неустойчивость Рэлея — Тейлора (см. Неустойчивости плазмы)газового диска галактики с вмороженным магн. полем. Она собирает M. г. в «магнитных ямах» размером ок. 1 кпк.

Эволюция M. г. определяется гл. обр. обменом веществом со звёздами в процессе звездообразования и при сбросе части массы звёздами в M. г. на поздних этапах их эволюции (см. Эволюция звёзд ),а также в виде звёздного ветра. За счёт термоядерной переработки вещества в звёздах M. г. обогащается тяжёлыми элементами, меняется его изотопный состав, причём с темпами, зависящими от скорости звездообразования. Это порождает, в частности, градиенты содержания элементов и изотопов вдоль радиусов спиральных галактик. Кол-во M. г. в галактиках в процессе круговорота вещества убывает с темпами, сильно различающимися в разных галактиках. Важную роль в поддержании кол-ва M. г. ыожет играть взаимодействие с межгалактич. газом в скоплениях галактик: облака межгалактич. газа могут пополнять M. г., в свою очередь часть M. г. уходит в межгалактич. пространство. Давление межгалактич. газа может уплотнять M. г. и тем самым стимулировать звездообразование.

Литература по межзвёздному газу

  1. Каплан С. А., Пикельнер С. Б., Физика межзвёздной среды, M., 1979;
  2. Вощин пиков H. В., Межзвёздная пыль, в кн.: Итоги науки и техники. Сер. Исследование космического пространства, т. 25, M., 1986.

H. Г. Бочкарёв

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ

Знаете ли Вы,

что «тёмная материя» — такая же фикция, как черная кошка в темной комнате. Это не физическая реальность, но фокус, подмена. Реально идет речь о том, что релятивистские формулы не соответствуют астрономическим наблюдениям, давая на порядок и более меньшую массу и меньшую энергию. Отсюда сделан фокуснический вывод, что есть «темная материя» и «темная энергия», но не вывод, что релятивистские формулы не соответствуют реалиям. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира09.06.2020 — 19:25: ЭКОЛОГИЯ — Ecology -> Биологическая безопасность населения — Карим_Хайдаров. 09.06.2020 — 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА — War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма — Карим_Хайдаров. 09.06.2020 — 19:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова — Карим_Хайдаров. 09.06.2020 — 19:17: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Фурсова — Карим_Хайдаров. 09.06.2020 — 18:26: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ — Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ — Карим_Хайдаров. 09.06.2020 — 18:13: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА — War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ — Карим_Хайдаров. 09.06.2020 — 06:30: ЭКОЛОГИЯ — Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ — Карим_Хайдаров. 09.06.2020 — 06:04: СОВЕСТЬ — Conscience -> РУССКИЙ МИР — Карим_Хайдаров. 08.06.2020 — 18:18: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА — War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? — Карим_Хайдаров. 08.06.2020 — 18:14: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова — Карим_Хайдаров. 08.06.2020 — 18:08: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ — Карим_Хайдаров. 08.06.2020 — 07:32: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА — War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ — Карим_Хайдаров.

Гравитационное взаимодействие во Вселенной

Для объяснения структуры мегамира наиболее важным является гравитационное взаимодействие. Всякое тело притягивает другое тело, но сила гравитации, согласно закону всемирного тяготения, быстро уменьшается с увеличением расстояния между ними.

В газово-пылевых туманностях под действием сил гравитации происходит формирование неустойчивых неоднородностей, благодаря чему диффузная материя распадается на ряд сгущений.

Если сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением времени они превращаются в звезды.

Важно отметить, что происходит процесс рождения не отдельной изолированной звезды, а звездных ассоциаций.

Рождение диффузной материи

Еще древние греки рисовали себе мир происшедшим из беспредельного хаоса. Эти представления о происхождении компактных мировых тел из разреженной и хаотической материи, обычно мыслимой как газ, бессознательно отражены и в идеях Гершеля о сгущении туманностей в звезды и в гипотезах Канта, Лапласа и других о рождении Солнечной системы из туманности, в теориях Джинса об образовании спиральных звездных систем.

Из различных форм вещества во Вселенной в настоящее время мы, кроме больших тел (звезд и планет), знаем лишь диффузный газ и метеоритную пыль.

Процесс образования масс диффузного газа происходит в настоящее время, можно сказать, на наших глазах. Он происходил и раньше и будет еще происходить долго в будущем. Можно видеть на небе примеры туманностей типа переходного от планетарных к диффузным

Что планетарные туманности образованы за счет газов, выделенных когда-то самой звездой, сидящей внутри каждой из них, в этом нет никаких сомнений. Итак, за счет газов, выделенных когда-то звездами — ядрами планетарных туманностей, все время образуются разреженные межзвездные газы, а в некоторых случаях и диффузные туманности.

С тех пор как Галактика существует, звезды, образующие вокруг себя планетарные туманности, доставили в мировое пространство массу газов, по меньшей мере равную массе десяти миллионов солнц, — массу, весьма внушительную, а вероятно, в действительности она во много раз больше.

Кроме планетарных туманностей, непосредственно на наших глазах газы выбрасываются в мировое пространство новыми и сверхновыми звездами . Так звезда Вольфа — Райе теряет в год около 10-5 массы Солнца путем непрерывного выбрасывания атомов со своей поверхности.

В какой-то мере даже наше Солнце и все звезды теряют вещество со своей поверхности, заполняя им окружающее пространство.

За время с рождения Земли в я межзвездное пространство приобрело массу газа, из которой можно было бы сделать три миллиарда солнц.

Если учесть еще, что, вероятно, все звезды, а не только указанные выше, поставляют в межзвездное пространство свой газ (путем выброса протуберанцев или иначе), то окажется, что масса газа, выброшенного звездами за время существования Галактики, может быть, даже превосходит наблюдаемую в ней теперь массу диффузной материи.

  • Вывод: масса диффузной материи не только прибывает, но и убывает.

Куда она может убывать?

  • Очевидно, она снова конденсируется в более плотные тела — в звезды и т. п.

Конечно, возможно и необходимо, чтобы первые поколения звезд каждой галактики возникали из «первичного» газа, происшедшего не из звезд, а иным путем.

При этом звезды разных периодов образования, имели разный химический состав, так как процесс изменения существует и во Вселенной.

Видео

Сверхвысокий вакуум

В условиях сверхвысокого вакуума время формирования мономолекулярного слоя равно или превышает время формирования мономолекулярного слоя в обычных лабораторных условиях. Таким образом, можно производить подготовку и определение свойств чистых поверхностей перед формированием слоя адсорбированного газа. Диапазон давлений сверхвысокого вакуума составляет от 10-7 до 10-15 Торр. В табл. 2 приведены различные виды применения вакуумной техники во многих ключевых промышленных технологических процессах в зависимости от степени используемого вакуума.

Источник: VacuumPro.ru

Понятие вакуума межзвездный газ

Очень часто говоря о космосе, люди представляют себе картину, где небесные объекты «висят» в некоей среде, которую в разные времена, в зависимости от научных концепций на данном витке знаний, называли эфиром, пустотой или вакуумом. В 21 веке учёные классифицируют эту космическую среду на виды и подвиды, — это абсолютный вакуум, технический вакуум, физический, космический и целый отряд ложных вакуумов.

Вообще, что такое вакуум? Почему их такое множество, и как их различить? Простое определение вакуума звучит также для понимания просто: «Вакуум — это среда с низким давлением, сильно отличающимся от атмосферного». Секрет кроется в слове «сильно». А инженеры и учёные сразу обратятся к цифрам. Итак, давление вещества в вакуумной среде (на стенки сосуда, откуда откачали воздух) должно быть меньше одной атмосферы или ~101,35 кПа (килоПаскалей) на уровне моря. Вдумчивый читатель сразу спросит: а какое давление все-таки в вакуумной камере определяет вакуум?

Находясь на матушке Земле, дорогой читатель, начнём-ка нашу экскурсию в мир вакуумов с заводских и научно-исследовательских лабораторий. Сегодня самый востребованный вакуум на предприятиях — это Технический Вакуум. Он необходим заводам электронной аппаратуры и фармацевтическим фабрикам, медицинским и биотехнологическим институтам, радиобиологическим и экологическим лабораториям, а также на Большом адронном коллайдере в разгонных кольцах. Он подразделяется на несколько подвидов: низкий вакуум или форвакуум, высокий и сверхвысокий (или глубокий) вакуум.

Форвакуум содержит десять в шестнадцатой степени молекул в одном кубическом сантиметре. Высокий вакуум содержит в 100000 раз меньше молекул в кубическом сантиметре, чем форвакуум. А сверхвысокий вакуум — меньше высокого ещё в 10000 раз. Он хорош для электронных микроскопов. Технический Вакуум можно рассматривать как особое состояние почти пустой среды. Благодаря своим свойствам, — он не проводит тепло, — то его используют в сосудах Дьюара, где хранят и перевозят, например, жидкий азот.

Понятие вакуума межзвездный газ

А теперь давайте, перенесёмся в мир Физического Вакуума. Под этим термином понимают пространство, в котором совершенно отсутствуют реальные частицы атомарного вещества.

… Физический Вакуум не пуст, — он заполнен неким энергетическим полем в наинизшем энергетическом состоянии, и физики называют его термином «квантованное поле». Оно имеет нулевой импульс, нулевой момент импульса и многие другие нулевые характеристики, важные, например, для исследователей, работающих в области физики высоких энергий на ускорителях (БАК, Тэватрон и др.). В энергетическом бульоне Физического Вакуума постоянно рождаются и исчезают нереальные, — виртуальные частицы. Эти процессы называется нулевыми колебаниями энергетического состояния вакуума. В этом случае говорят не о плотности вещества, а о плотности энергии в вакууме.

Рассуждая о Физическом Вакууме, специалисты, стараются понимать и такие необычные явления, как состояния вакуума, называемые Ложными Вакуумами. Конечно, этот вопрос интересен скорее учёным, нежели, скажем, садовникам. Упомянутые выше нулевые колебания Физического Вакуума иногда создают как бы дополнительные вакуумы с чуть большей энергией, чем нулевая. Но Ложный Вакуум существует очень недолго (в ограниченном локальном пространстве) и не способен породить реальные частицы. Через некоторое время этот энергетический пузырёк в бульоне других энергий «схлопывается» до истинного вакуума.

Что ж, дорогие читатели и экскурсанты, перейдём в другой мир и познакомимся, наконец, с Космическим Вакуумом. Это удивительное состояние материи волнует сегодня многих: от астрономов, космологов и физиков, до космонавтов, космических туристов, проектировщиков космических аппаратов и писателей-фантастов.

смический Вакуум, хотя и приближен к Физическому Вакууму, но он не является абсолютным или абсолютно пустым, в смысле заполнения его веществом и энергией. Основное наполнение Космического Вакуума — энергетические поля, космические лучи, плазма, радиоволны, фотоны (гамма-кванты) оптического и не оптического спектра (тепловые и рентген). Я не акцентирую внимания на тёмной материи и тёмной энергии, хотя об этом тоже не стоит забывать.

В глубоком космосе истинного вещества (молекул или атомов) остается чрезвычайно мало: от 1000 (в лучшем случае) до 1 штуки в 1 кубическом сантиметре. Вспомним, что средний радиус атома равен одному ангстрему или десяти в минус восьмой степени сантиметра. Учитывая размер атома по сравнению со стороной этого кубика, можно представить взаимодействие двух атомов, как общение двух тараканов, если один из них живёт в Вашингтоне, а другой в Москве. Даже если «размазать» тысячу атомов в этом объёме, то и на таком расстоянии атомы передать другу друг энергию или тараканы взаимно почесать мордочки усиками не смогут никак.

Естественно возникает вопрос. Если все небесные тела во Вселенной взаимодействуют между собой, тогда как передаются сигналы в космосе, в Космическом Вакууме? Прежде всего, вспомним об основных четырёх типах физического взаимодействия: — это электромагнитное, сильное (ядерное), слабое (с помощью калибровочных бозонов) и гравитационное взаимодействия и, соответственно, поля. Здесь как никогда уместна пословица: каждому овощу — своё время, а мы добавим: ещё и место. Отбросим из рассмотрения короткодействующие поля и обратим внимание только на электромагнитное и гравитационное.

Активные ядра галактик, живущие за счет сильных процессов, периодически могут взрываться, с выбросом колоссальной энергии, замагниченной плазмы, различных излучений в оптическом, ультрафиолетовом, рентгеновском и радиоволновом спектре и, конечно же, узконаправленные струи газа (как правило, их две). Газовые шлейфы вспышек тянутся от центра взрыва на десятки килопарсек. Скорость вещества в газовой струе достигает едва 500 км/сек (сравните со скоростью света) и постепенно уменьшается, а плотность вещества становится сравнимой со штучной в кубическом сантиметре.

Основная же масса газопылевых облаков и выброшенной плазмы увлекается мощнейшим гравитационным полем самого вращающегося ядра галактики и остаётся в области аккреционного диска, не выходя далее 3-4 килопарсек. Хотя вспышки и порождают космические галактические лучи, которые имеют космические скорости галактического ветра и, тем не менее, несут в себе очень разреженное количество вещества. Всё оно укладывается в понятие Космического Вакуума.

Очевидно, что для передачи обычных звуковых сигналов это количество вещества не годится. Поэтому в Космическом Вакууме механические продольные волны (или иначе волны плотности вещества или чередование областей сжатия и разрежения), иначе акустические колебания или звук не возникают. Львиная доля взрывной энергии (~90%) галактического ядра переходит в оптическое излучение, рентген и радиоизлучение, а не в вещество. Именно эти типы сигналов и распространяются в космосе.

Понятие вакуума межзвездный газ

Космический Вакуум — не просто слова и абстрактные рассуждения. Сегодня на орбитальных станциях он активно используется в сверхтонких процессах космической технологии: — это выращивание сверхчистых кристаллов для чувствительных детекторов, а также изготовление солнечных элементов на тонких пленках.

Дорогие читатели, мы не рассмотрели ещё мир Энштейновского вакуума, который необходим в общей и в специальной теории относительности. Однако это уже совсем другая история, и оставим его теоретикам поиграться в космологических уравнениях.

Источник: author.today

Состояние газа, при котором его давление ниже атмосферного (105Па), называется вакуумом. В технике вакуум получают с помощью вакуумных насосов различных принципов действия. При давлениях, близких к атмосферному, вакуум количественно может быть определен как разность

Рвак = Ратм – Рабс,

где Ратм – атмосферное давление, Па;

Рабс— абсолютное давление, Па.

В этих случаях для количественного измерения вакуума используют мановакуумметры.

При абсолютном давлении, отличающемся от атмосферного более чем на два порядка, разность Ратм – Рабс остается практически постоянной и поэтому не может служить количественной характеристикой разреженного газа. В этих условиях вакуум количественно определяется абсолютным давлением газа. При малых давлениях, которые непосредственно уже не могут быть измерены мановакуумметрами, состояние газа может быть охарактеризовано количеством молекул в единице объема, т.е. молекулярной концентрацией.

В этой области давлений основные закономерности течения газов базируются на законах кинетической теории газов, основу которой составляет представление о газе как о совокупности молекул, находящихся в непрерывном движении и взаимодействующих между собой как упругие тела.

Газообразное вещество называется газом, если его температура выше критической; паром – если его температура ниже критической.

В табл.1.1 приведены критические температуры некоторых веществ.

Таблица 1.1

Критические температуры веществ

ВеществоКритическая температура, 0СВеществоКритическая температура, 0С
Гелий– 267,8Криптон– 62,5
Водород– 241Ксенон+14,7
Неон– 228Двуокись углерода+31
Азот– 147Вода+365
Кислород– 118Ртуть+1450
Аргон– 122,4Железо+3700

Поскольку комнатная температура колеблется в пределах от 15 до 250С, то такие вещества, как гелий, водород, азот, кислород, аргон, криптон следует считать постоянными газами, которые не будут конденсироваться ни при каком сжатии. Такие же газообразные вещества, как ксенон и двуокись углерода, к постоянным газам уже отнести нельзя, так как их критические температуры близки к комнатной. Поскольку вода, ртуть и все металлы имеют достаточно высокие критические температуры, следует говорить только о парах этих веществ.

Источник: studopedia.ru

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: