[Перевод] Цвет космоса
В науке воображение особенно востребовано. Это не только математика или логика, но нечто между красотой и поэзией.
— Мария Митчелл
Глядя на необъятность ночного неба, где есть несколько облачков, нет Луны, в достаточно тёмное время суток, вы увидите не просто тысячи крохотных белых точек, освещающих чёрный навес ночи.
Хотя в среднем звёзды белого цвета, тому есть важная причина. Наши глаза в результате эволюции привыкли видеть очень узкую часть спектра, известную нам, как видимый свет, от фиолетового цвета с длиной волны в 400 нм, до красного света с 700 нм.
По сути, эти длины волн ничем особым не выделяются, просто так получилось. Но это случилось на поверхности Земли, которая днём освещена Солнцем!
Это значит, что звёзды, горящие при температурах выше, чем Солнце, будут казаться нам голубыми, а более холодные будут казаться, по мере уменьшения, жёлтыми, оранжевыми, и даже красными. В южном полушарии вид Южного креста и оконечных звёзд демонстрирует этот контраст.
В обоих полушариях великое зимнее созвездие, Орион (восходящий в наше время в 2:30 утра, но с годами он будет восходить всё раньше), включает звёзды, варьирующиеся от тёмно-оранжевого Бетельгейзе до ярко-голубых звёзд в поясе.
И хотя эти звёзды на изображениях такие цветастые, это мало что объясняет.
На обеих картинках можно найти продолжительные красноватые регионы. Это явно не холодные красные звёзды. Картинка «астрономическое изображение дня», появившаяся накануне написания этой статьи, показывала в крупном масштабе этот красноватый регион туманности в Орионе с изображения выше.
Эта замечательная туманность имеет два видимых для человеческих глаз цвета, из тех, что можно встретить в пыльных регионах космоса. Синяя туманность слева ярко контрастирует с большим красным свечением справа.
Оказывается, что районы космоса, светящиеся красным, встречаются немного чаще, но и синих районов также хватает. Вопрос, над которым вы наверняка размышляете, это — отчего так? Давайте подробнее рассмотрим находящийся недалеко пояс Ориона.
Знаменитая туманность Конская Голова — пыльный и тёмный силуэт, окружённый светящимся красным регионом. Хотите — верьте, хотите — нет, — светиться красным эту туманность заставляют юные, горячие, очень голубые звёзды! Секрет кроется в самом распространённом элементе Вселенной: водороде. Только самые горячие голубые звёзды испускают высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение, способное ионизировать нейтральные атомы водорода, находящиеся в межзвёздном пространстве.
Ионизация атома происходит через выбивание его электрона, и чем горячее ваша ближайшая звезда, тем больше водорода она сможет ионизировать! Ионизированный водород не излучает свет — наоборот, он его поглощает. Но после такой ионизации мы получаем участок космоса, где полно ионизированных атомов и свободных электронов. Когда они встречаются друг с другом, то воссоединяются. И именно в такие моменты они излучают свет!
Большая часть излучения находится в ультрафиолете, но та часть, что видна нам, относится ко вполне конкретной длине волны: 656 нм, которую мы воспринимаем, как ярко-красный цвет!
Так что, если вы видите рассеянное красноватое свечение в дальнем космосе, оно показывает наличие газа водорода, окружающего горячие молодые звёзды. Поэтому туманность Орла выглядит для нас красной, и огромные регионы спиральных галактик кажутся красными: это водород, находящийся в районах формирования новых горячих звёзд!
Если бы горячую звезду (или звёзды) окружал не водород, а множество элементов потяжелее, набор цветов был бы совсем другим. Встречая такой редкий случай в горячем регионе, мы наслаждаемся потрясающим световым шоу.
Поэтому, если посмотреть на остатки сверхновой (как туманность Вуаль, выше) или планетарную туманность (как Кольцевая туманность, ниже) — где недавно исчезнувшие звёзды раскидали после себя углерод, кислород, кремний, неон и другие тяжёлые элементы — можно увидеть потрясающее шоу цветов, вызванное дождём электронов, падающих на эти ионизированные атомы.
Но один из цветов мы пока не объяснили — это пыльные туманности, светящиеся голубым. Возможно, самая известная из них — это Плеяды.
Хотя Плеяды — регион, наполненный молодыми голубыми звёздами, но, тем не менее, недостаточно горячими для того, чтобы ионизировать атомы, находящиеся в межзвёздном пространстве! Вместо этого пыль только отражает свет, идущий от этих звёзд, и поэтому эти голубые регионы известны, как отражательные туманности.
Даже если звезда и не голубая, её отражательная туманность обычно голубого цвета (с некоторыми исключениями), по той же причине, почему небо голубое: космическая пыль, как и атмосфера Земли, лучше рассеивает голубой цвет, чем красный!
И когда свет сталкивается с нейтральным, не ионизированным, газом, то красный свет просто проходит насквозь, с отражением лишь небольшой его части, а голубой рассеивается во всех направлениях, в том числе и в нашем!
Поэтому, смотря на огромный комплекс молекулярных облаков в созвездии Ориона — в сотни световых лет в поперечнике — можно увидеть, что он наполнен как испускающими, так и отражательными туманностями, а ещё и тёмными полосками поглощающей пыли!
Вот так горячие звёзды, водород, более тяжёлые элементы и рассеивающая свет пыль, вместе со светом, исходящим от всех окружающих звёзд, работают вместе над освещением глубин космоса всем спектром видимого света!
Если вы начали представлять, что можно было бы увидеть, если бы вместо крохотной части видимого спектра мы могли бы видеть всё, от гамма-лучей до радиоволн, поздравляю! Вы только что поняли, зачем нам нужны телескопы, чувствительные к такому разнообразию длин волн, и почему мы используем композиции ложных цветов со всей этой информацией.
Большое разнообразие информации, видимой нашими глазами, покрывает лишь 1/60 долю всех длин волн электромагнитного спектра на логарифмической шкале! Так что радуйтесь тому, что видите, и причинам, почему оно именно такого света, но не верьте, что существует лишь то, что вы видите. Существует целая Вселенная, и каждый день наука помогает нам видеть её и понимать её ещё чуть больше. Не забывайте, как важно смотреть.
