АСТРОНОМИЯ

 

Определение химического состава и плотности небесных тел.

 

 

Как правило, наличие в спектре линий некоторого химического элемента говорит о

том, что он имеется в исследуемом теле. (Бывают исключения, например, так

называемые межзвездные линии поглощения, наблюдаемые в спектрах звезд, но

возникающие в пространстве между ними.) До тех пор, пока слой излучающего газа

можно считать оптически тонким, так что в нем почти совсем не поглощается

собственное его излучение, яркость спектральной линии пропорциональна количеству

излучающих возбужденных атомов, находящихся на луче зрения. Излучательную

способность атома, равно как и коэффициент его поглощения в данной спектральной

линии, можно найти экспериментально или теоретически: она обратно

пропорциональна времени, в течение которого атом может находиться в возбужденном

состоянии.

Измеряя энергию, излучаемую или поглощаемую в данной спектральной линии,

вычисляют количество атомов и тем самым массу той части вещества, которая

создает излучение. Если эта масса составляет главную долю всей массы

наблюдаемого объекта с известными размерами, то легко найти его плотность. Таким

путем можно определить концентрацию излучающего вещества в прозрачных газовых

туманностях. У непрозрачных. (оптически толстых) объектов (например, звезд) мы

не видим: всех излучающих слоев. Поэтому их плотности не могут быть определены

таким путем. Однако плотность вещества, точнее, давление в нем, сказывается на

форме отдельной спектральной линии, особенно вдали от ее центра (в так

называемых крыльях) . Это может быть использовано для определения плотности.

Грубо говоря, указанное влияние сводится к тому, что спектральные линии,

возникающие в разреженном газе, значительно уже, чем в плотной среде при той же

температуре.

 


 

Как правило, в данной спектральной линии наблюдается свечение (или поглощение)

лишь части атомов, принадлежащих данному телу. Доля атомов, "наблюдаемых" в

какой-либо линии, определяется тем, что, во-первых, не все атомы данного

химического элемента находятся в соответствующем состоянии возбуждения,

необходимом для излучения или поглощения этой линии, а во-вторых тем, что в

исследуемом теле могут быть и другие химические элементы.

Поэтому для определения плотности вещества необходимо предварительно изучить его

химический состав.

В спектрах подавляющего большинства космических объектов наблюдаются линии

водорода. Это дает основание предполагать, что водород - наиболее

распространенный химический элемент в природе, факт, подтверждаемый

количественным анализом химического состава различных небесных тел.

Второе место по распространенности в природе после водорода занимает гелий, хотя

принадлежащие ему спектральные линии наблюдаются значительно реже. Это хороший

пример того, как отсутствие в спектре линий некоторого элемента вовсе не

означает, что его нет в исследуемом теле. Так, например, линии гелия почти не

наблюдаются среди линий поглощения в солнечном спектре. Однако в спектрах более

верхних его слоев, в частности, облаков раскаленных газов - протуберанцев, видны

яркие эмиссионные линии гелия, что доказывает наличие его на Солнце. В спектре

солнечной короны совсем не видны линии водорода, хотя заведомо известно, что

вещество короны имеет такой же состав, что и Солнце, и, следовательно, должно

содержать водород. В обоих этих примерах соответствующие атомы просто находятся

в таких состояниях, что не излучают (и не поглощают) легко наблюдаемых

спектральных линий. Водород в короне ионизован настолько сильно, что практически

нет нейтральных атомов, излучение которых можно было бы заметить. Наоборот, в

слоях, где образуются линии поглощения, в частности, водорода, возбуждение

гелиевых атомов оказывается слишком слабым, что также приводит к отсутствию его

линий в спектре.

Следовательно, для правильного определения химического состава необходимо

учитывать, что некоторые атомы могут находиться в ненаблюдаемых или трудно

наблюдаемых состояниях, как, например, в случае, когда все возбуждаемые

спектральные линии находятся в далеком ультрафиолете.

Наиболее интенсивные линии вовсе не обязательно принадлежат самому

распространенному химическому элементу. Как мы видели на примере запрещенных

линий, в некоторых особых условиях весьма интенсивными становятся линии, которые

в "обычных" условиях либо совсем не наблюдаются, либо очень слабы.

Отсюда видно, что определение химического состава небесных тел на основе

изучения их спектров - очень сложная задача, требующая для своего решения знания

физических условий в исследуемом теле (особенно температуры) и применения

методов теоретической астрофизики.

 

Результаты показывают, что некоторые тела (например, звезды определенных типов)

обладают теми или иными особенностями химического состава. Однако большинство

остальных объектов состоит примерно из одних и тех же относительных количеств

известных химических элементов. Поэтому можно говорить о среднем космическом

содержании элементов, о котором обычно судят по относительному числу атомов,

находящихся в каком-либо объеме. В табл. 3 приведены относительные числа атомов

наиболее распространенных химических элементов, полученные на основании изучения

спектров звезд и дающие представление о распространенности химических элементов

в космосе. Все числа атомов приведены по отношению к числу атомов водорода,

содержание которых условно принято равным 106.

Из табл. 3 видно, что атомов гелия в космосе раз в 10 меньше, чем водорода.

Точнее, о содержании этого элемента судить трудно, так как его линии

сравнительно редко наблюдаются. Количество атомов всех остальных элементов

составляет лишь около 0,14% от числа атомов водорода, а всех металлов меньше

примерно в 10 000 раз.

 

 Курс общей астрономии >>> 

 

Смотрите также:

 

Физико-математические науки. Астрономия

Астрономия. Для развития астрономии этого периода характерно возникновение особой отрасли, пограничной с физикой,—астрофизики. В астрономии использовались ...
www.bibliotekar.ru/istoria-tehniki/15.htm

 

 Астрономия. Самые-самые... Звезды, кометы, метеориты, галактики ...

Лекселя. Наименьшее расстояние до Земли было достигнуто 1 июля 1770 г. и составило 0015 астрономических единицы (т.е. 2244 миллиона километров или около 3 ...
bibliotekar.ru/kkSamye.htm

 

 Астрономия. Вселенная, Галактика, Звёзды, планеты, астероиды ...

Таковы, например, природа атома и элементарных частиц, генетика, астрономия. Здесь мы хотим рассказать об одной "безумной" попытке объяснить, как произошла ...
bibliotekar.ru/ne_odinoka.htm

 

 БРОКГАУЗ И ЕФРОН. Полярная звезда. Астрономия

Прецессия. П. звезда играет большую роль в практической астрономии (см.), где пользуются ее близостью к полюсу и медленностью суточного движения для ...
bibliotekar.ru/bep/259.htm

 

 Астрономия. Свинцовые звёзды

Новые наблюдения сообщены группой Бельгийских и Французских астрономов, использующих спектрометр Coude Echelle на 3.6-метровом телескопе ESO в обсерватории ...
bibliotekar.ru/iiSvinc.htm

 

 Неизвестная Вселенная

Древние астрономы пытались (в основном безуспешно) определить (но еще не доказать! .... Радиоастрономия и внеатмосферная рентгеновская астрономия приоткрыли ...
bibliotekar.ru/kkNeizVselennaya.htm

 

 Майя - одинокие гении. Календарь и астрономия индейцев майя

Астрономы майя проводили наблюдения за небесными светилами из каменных обсерваторий, которые были во многих городах — Тикале, Копане, Паленке, Чичен-Ице.. ...
www.bibliotekar.ru/1kalmaya.htm

 

 Древний Рим. МАТЕМАТИКА, АСТРОНОМИЯ, ГЕОГРАФИЯ И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ...

Основные астрономические и метеорологические представления Рать ней империи изложил римский автор времени Августа Манилий в дидактической поэме ...
bibliotekar.ru/polk-20/15.htm

 

 астрономия индейцев майя

АСТРОНОМИЯ МАЙЯ. Но майя занимались не только счетом дней и созданием концепции времени. Они также были опытными астрономами. ...
bibliotekar.ru/maya/t9.htm