Читаем Курс теоретической астрофизики полностью

Определение поля Lα-излучения в туманности даёт возможность вычислить давление, обусловленное этим излучением. Впервые такое вычисление сделал В. А. Амбарцумян [6], указавший на большую роль давления Lα-излучения в динамике туманностей. Особенно велика сила светового давления на границах туманности, где наибольшего значения достигает поток излучения. При этом сила светового давления различна на границах неподвижной и расширяющейся туманностей. Если туманность неподвижна, то поток Lα-излучения на внутренней границе равен нулю и сила светового давления действует только на внешней границе, причём она направлена наружу. В расширяющейся же туманности поток излучения отличен от нуля не только на внешней, но и на внутренней границе. Поэтому в данном случае сила светового давления действует на обеих границах, причём на внешней границе она направлена от звезды, а на внутренней — к звезде. В обоих случаях диффундирующее в туманности Lα-излучение своим давлением приводит к увеличению толщины туманности.

Сила светового давления в линии Lα, действующая на единицу объёма за 1 с, равна

𝑓

𝑟

=

𝑛₁

𝑐

𝑘

ν

𝐻

ν

𝑑ν

,

(27.76)

где 𝑛₁ — число атомов водорода в 1 см³, 𝑘ν — коэффициент поглощения, рассчитанный на один атом, 𝐻ν — поток излучения и 𝑐 — скорость света.

Будем сначала считать, что туманность неподвижна или расширяется без градиента скорости. При прямоугольном контуре коэффициента поглощения вместо формулы (27.76) имеем

𝑓

𝑟

=

𝑛₁𝑘₀𝐻

𝑐

,

(27.77)

где 𝐻 — полный поток излучения в линии Lα. Определение величины fr по формуле (27.77) для границ туманности не составляет труда, так как число Lα-квантов, выходящих из туманности, равно числу L𝑐-квантов звезды, поглощённых в туманности. Подсчёты дают, что под действием светового давления в линии Lα внешние части неподвижной туманности должны испытывать ускорение порядка 1 км/с за 10 лет. Примерно такой же величины торможение должны испытывать ближайшие к звезде слои расширяющейся туманности.

Однако, как мы знаем, предположение о прямоугольном контуре коэффициента поглощения является весьма грубым. В действительности силу светового давления в линии Lα надо определять не по формуле (27.77), а по формуле (27.76). При этом предварительно должна быть решена задача о диффузии излучения в линии при реальном контуре коэффициента поглощения и при учёте перераспределения излучения по частотам. Как было выяснено ранее, в ходе диффузии излучения происходит переход квантов из центральных частей линии в её крылья. Поэтому при большой оптической толщине туманности в центре линии Lα поток излучения 𝐻ν оказывается большим в крыльях линии и малым в её центральных частях. Между тем коэффициент поглощения 𝑘ν велик в центральных частях линии и мал в её крыльях. Вследствие сказанного формула (27.76) даёт для силы светового давления на границе туманности гораздо меньшие значения, чем формула (27.77) (примерно в 100 раз при оптической толщине туманности в центре линии Lα порядка 10⁴).

В туманности, расширяющейся с градиентом скорости, сила светового давления в линии Lα будет также гораздо меньше значения, найденного по формуле (27.77) (см. [4]).

Чтобы уяснить смысл полученных результатов, надо иметь в виду, что планетарная туманность не может существовать долго. Вследствие расширения туманности плотность в ней уменьшается и туманность перестаёт быть видимой. Если туманность расширяется со скоростью 30 км/с, то за время порядка 10⁴ лет её радиус станет порядка 10¹⁸ см, а её плотность — порядка 10⁻²⁴ г/см³, т.е. примерно такой же, как и средняя плотность межзвёздной среды. За это же время, как следует из указанных подсчётов, световое давление в линии Lα может создать разность скоростей в туманности порядка 10 км/с. Хотя этот эффект и не очень велик, но при решении некоторых вопросов его надо принимать во внимание.

Приведённые результаты относятся к туманности, у которой нет зоны 𝙷 I. В таких туманностях большинство атомов водорода находится в ионизованном состоянии. Между тем световое давление в линии Lα испытывают лишь нейтральные атомы водорода. Поэтому ускорение элементарного объёма, вызываемое световым давлением, оказывается не очень большим. Точнее говоря, это ускорение 𝑤 определяется уравнением

(𝑛₁+𝑛⁺)

𝑚

𝙷

𝑤

=

𝑛₁

𝑐

𝑘

ν

𝐻

ν

𝑑ν

,

(27.78)

а в зоне 𝙷 II выполняется неравенство 𝑛⁺≫𝑛₁.

В зоне 𝙷 I имеет место обратное соотношение, т.е. 𝑛₁≫𝑛⁺. Однако в этой зоне почти не возникают Lα-кванты, вследствие чего поток излучения 𝐻ν очень мал. Излучение же в линии Lα, идущее от зоны 𝙷 II, в своей основной части не поглощается в зоне 𝙷 I, а значит, и не производит светового давления. Объясняется это тем, что доплеровская ширина линии Δν𝐷 в зоне 𝙷 I очень мала вследствие малости температуры 𝑇𝑒. Поэтому световое давление в линии Lα в зоне 𝙷 I не может быть значительным.

Перейти на страницу:

Похожие книги

100 великих научных открытий
100 великих научных открытий

Астрономия, физика, математика, химия, биология и медицина — 100 открытий, которые стали научными прорывами и изменили нашу жизнь. Патенты и изобретения — по-настоящему эпохальные научные перевороты. Величайшие медицинские открытия — пенициллин и инсулин, группы крови и резусфактор, ДНК и РНК. Фотосинтез, периодический закон химических элементов и другие биологические процессы. Открытия в физике — атмосферное давление, инфракрасное излучение и ультрафиолет. Астрономические знания о магнитном поле земли и законе всемирного тяготения, теории Большого взрыва и озоновых дырах. Математическая теорема Пифагора, неевклидова геометрия, иррациональные числа и другие самые невероятные научные открытия за всю историю человечества!

Дмитрий Самин , Коллектив авторов

Астрономия и Космос / Энциклопедии / Прочая научная литература / Образование и наука
Теория струн и скрытые измерения Вселенной
Теория струн и скрытые измерения Вселенной

Революционная теория струн утверждает, что мы живем в десятимерной Вселенной, но только четыре из этих измерений доступны человеческому восприятию. Если верить современным ученым, остальные шесть измерений свернуты в удивительную структуру, известную как многообразие Калаби-Яу. Легендарный математик Шинтан Яу, один из первооткрывателей этих поразительных пространств, утверждает, что геометрия не только является основой теории струн, но и лежит в самой природе нашей Вселенной.Читая эту книгу, вы вместе с авторами повторите захватывающий путь научного открытия: от безумной идеи до завершенной теории. Вас ждет увлекательное исследование, удивительное путешествие в скрытые измерения, определяющие то, что мы называем Вселенной, как в большом, так и в малом масштабе.

Стив Надис , Шинтан Яу , Яу Шинтан

Астрономия и Космос / Научная литература / Технические науки / Образование и наука