Планетарные туманности и их наблюдения

Среди огромного разнообразия космических объектов – звезд, звездных скоплений, галактик, туманностей, - выделяется класс необычных и короткоживущих (по космическим меркам) объектов, которые своей красотой поражают воображение не только астрономов, но и любого, кто видит их фотографии. Это – планетарные туманности (рис. 1).

Планетарные туманности – ионизованный газ, окружающий горячую компактную звезду. Свое название получили за сходство с изображениями планет – светящихся дисков - в от­ли­чие от изо­бра­же­ний звёзд, не имею­щих за­мет­ных раз­ме­ров.

Планетарные туманности - срав­ни­тель­но сла­бые (туск­лые) объ­ек­ты, по­это­му не­воо­ру­жён­ным гла­зом ни од­на из них не вид­на. Первая планетарная туманность была открыта в 1764 году французским астрономом Шарлем Мессье в созвездии Лисички, которую обозначил в своем каталоге туманных объектов под номером 27 (М 27). Эта планетарная туманность имеет собственное имя «Гантель». О ней мы еще расскажем ниже. К концу XIX века насчитывалось уже 123 планетарных туманностей, а сейчас насчитывается около 3 000 туманностей только в нашей Галактике. Планетарные туманности открыты и в других галактиках.

В 1864 году английский астроном сэр Уильямс Хёггинс получил первый спектр планетарной туманности. Оказалось, что спектр состоит из сильных линий излучения газа, то есть туманность светится сама, а не отражает свет звезд. Только в ХХ веке была создана теория свечения планетарных туманностей, в основе которой лежит поглощение атомами туманности жесткого ультрафиолетового излучения ядра туманности, их ионизация и последующее излучение в спектральных линиях. В 1956 году советский астрофизик И.С.Шкловский предположил, что планетарные туманности образуются из красных гигантов и представляют собой промежуточную стадию эволюции звезды от красного гиганта к белому карлику. Эта гипотеза подтвердилась как теоретическими расчетами эволюции звезд, так и последующими наблюдениями. Современная картина образования планетарной туманности выглядит следующим образом. Звезда массой от 0,8 до 8 масс Солнца на стадии красного гиганта медленно (в течение миллиона лет) теряет массу, постепенно создавая вокруг себя оболочку – будущую планетарную туманность. Звезда, потеряв внешние слои, сжимается нагреваясь. Растущее ультрафиолетовое излучение ионизует оболочку, заставляя ее светиться. Остаток красного гиганта превращается в белый карлик.

Молодая планетарная туманность расширяется со скоростью 20-30 километров в секунду. Её плот­ность умень­ша­ет­ся, све­че­ние ос­ла­бе­ва­ет и, на­ко­нец, плот­ность ту­ман­но­сти ста­но­вит­ся та­кой же, как плот­ность ок­ру­жаю­щей меж­звёзд­ной сре­ды, – ту­ман­ность ис­че­за­ет, обо­га­тив сре­ду про­дук­та­ми син­те­за хи­мических эле­мен­тов тяжелее водорода. Время жизни большинства планетарных туманностей составляет около 25 тысяч лет. Таким образом планетарные туманности являются не только самыми молодыми объектами, но и, наряду со сверхновыми звездами, главным источником пополнения межзвездной среды тяжелыми химическими элементами.

Необходимо отметить чрезвычайную разнообразность форм планетарных туманностей. На­блю­де­ния, вы­пол­нен­ные кос­мическим те­ле­ско­пом «Хаббл», по­зво­ли­ли вы­явить де­та­ли мор­фо­ло­гии, не­раз­ли­чи­мые при на­зем­ных на­блю­де­ни­ях. (рис. 2).

Итак, какие планетарные туманности доступны для наблюдения в небольшие любительские телескопы? Надо сказать, что таких туманностей не так и много. Ведь их размеры малы: до одного светового года в поперечнике. А значит, на большом расстоянии планетарные туманности будут неразличимы для скромных любительских телескопов. Тем не менее несколько туманностей вполне доступны для наблюдений. Добавим, что для наблюдения туманностей необходимо наличие темного ясного неба, не засвеченного Луной и другими источниками света.

1. Планетарная туманность «Кольцо» М57 (рис. 3). Это вторая по счету открытая планетарная туманность.

Туманность находится в созвездии Лиры между звездами Шелиак (β Лиры и Сулафат (γ Лиры) (рис. 4). Видимая звездная величина туманности +8,8 звездной величины, а размеры 3,7х2,8 угловых минуты. Туманность, несмотря на скромные размеры и невысокую яркость, хорошо видна с увеличением от 40 крат в виде светлого слегка вытянутого колечка. Расстояние до туманности составляет 2300 световых лет, а возраст – от 6 до 8 тысяч лет. Яркая оболочка туманности расширяется со скоростью 20—30 км/с, сейчас её диаметр составляет 0,9 световых лет. Более тусклое гало, состоящее из вещества, выброшенного звёздным ветром до появления туманности, имеет диаметр 2,4 световых года. Через несколько десятков тысяч лет газ окончательно рассеется и остынет, и туманность больше не будет видна. Центральная звезда – белый карлик – имеет яркость +14,7 звездной величины и виден только в большие телескопы диаметром объектива от 40 сантиметров. Ее размер сравним с Землей, а масса - 0,6 массы Солнца. Температура - 100—120 тысяч Kельвинов, а её светимость лишь немного меньше, чем у Солнца. В дальнейшем она будет остывать и тускнеть, и через несколько миллиардов лет станет холодным чёрным карликом. Лучшее время для наблюдения – конец лета, когда созвездии Лиры поднимается высоко в южной стороне неба. Однако, в тех, или иных условиях наблюдать можно круглый год.

2. Планетарная туманность «Гантель» М27 (рис. 5). Первая открытая планетарная туманность.

Туманность находится в созвездии Лисички и может быть найдена на темном небе даже в бинокль (рис. 6). Размер туманности на небе 8х7 угловых минут, а яркость +7,5 звездной величины. М27 имеет линейный радиус 1,44 световых года и находится от нас на расстоянии приблизительно 1360 световых лет. Ее возраст оценивается от 3 до 6 тысяч лет. Центральная звезда в М27 – белый карлик с визуальной звездной величиной +13,5 и радиусом 0,055 солнечного, что делает звезду одним из крупнейших белых карликов из известных. Предполагаемая масса звезды составляет 0,56 солнечной массы. Это чрезвычайно горячая голубоватая звезда с температурой 85 000 Кельвинов. Считается, что у звезды есть компаньон – слабая желтоватая звезда 17-й величины. Она отделена 6,5 угловыми секундами от белого карлика. Гантелеобразная форма заметна уже при наблюдениях в малые телескопы, а во всей красе туманность предстает на фотографиях с длительной выдержкой. Лучшее время наблюдения – конец лета, когда летне-осенний треугольник (Вега, Денеб, Альтаир) поднимаются высоко в южной стороне неба. Однако в тех, или иных условиях наблюдать можно и весной, и осенью.

3. Планетарная туманность «Кошачий глаз» NGC 6543 (рис. 7). Обнаружена Уильямом Гершелем в 1786 году. Первая планетарная туманность, у которой был изучен спектр. Это сделал английский астроном-любитель Уильям Хёггинс в 1864 году.

Туманность находится в созвездии Дракона (рис. 8) и может быть найдена на темном небе в виде маленького туманного пятнышка в телескопы с увеличением от 50 крат. Ее размеры 20х30 угловых секунд, а яркость +8,1 звездной величины. Яркую центральную часть окружает слабое гало, состоящее из нескольких оболочек, диаметром 6,5 угловых минут. Это одна из самых сложных по структуре туманностей. На снимках, сделанных с высоким разрешением телескопом Хаббла, видно множество сплетений, выбросов и ярких дугообразных элементов. Предполагается, что такая структура образовалась в результате сложных процессов, происходящих в двойной звездной системе, один из компонентов которой и является прародителем туманности. Косвенно это подтверждается рентгеновским излучением, скорее всего, аккреционного диска вблизи центральной звезды с высокой температурой. Расстояние до туманности составляет примерно 3300 световых лет, а возраст – 1000 лет. Центральная звезда с температурой 80 000 Кельвинов примерно в 10 000 раз ярче Солнца, в то время как её радиус составляет 0,65 от солнечного. Спектроскопические исследования выявили, что в настоящее время эта звезда теряет массу, излучая интенсивный корпускулярный поток частиц, со скоростью 3,2⋅10−7 солнечных масс в год, или 20 триллионов тонн в секунду. Скорость потока достигает 1900 км/с. Расчёты показали, что текущая масса звезды чуть превышает солнечную, но изначально она была почти в 5 раз больше.

4. Планетарная туманность «Улитка» NGC 7293 (рис. 9). Обнаружена немецким астрономом Карлом Людвигом Хардингом в 1824 году. Одна из самых близких к нам планетарных туманностей: расстояние до нее 650 световых лет.

Это крупная туманность. Размер яркой овальной области 25х14 угловых минут и имеет яркость +7,6 звездной величины. В пространстве туманность имеет поперечник в 2,5 световых года. Установлено, что скорость расширения туманности составляет 31 километр в секунду и ее возраст определен в 10 500 лет. На фотографиях, выполненных в инфракрасном диапазоне телескопом VISTA, видны многочисленные полосы холодного газа (кометные узлы), замысловатые цветные узоры, сформировавшиеся из пыли и ионизированных газов. Объект, несмотря на большие угловые размеры, труден для наблюдений. В этом виновата невысокая поверхностная яркость туманности. Тем не менее, на темном небе в бинокль заметна овальная форма туманности и различия в яркости отдельных частей.

Туманность находится в созвездии Водолея (рис. 10), и лучшее время для ее наблюдений на широте Москвы – август-сентябрь, вблизи полуночи. Максимальная высота туманности над горизонтом около 13 градусов, что так же ухудшает условия видимости.

5. Планетарная туманность «Сова» М97 (рис. 11).

Компактная туманность размером 3,4х3,3 угловых минут. Общая яркость туманности +9,9 звездной величины. Благодаря небольшим размерам, поверхностная яркость туманности сравнительно высока. Поэтому в телескоп с диаметром объектива от 10 сантиметров и увеличением от 50 крат туманность хорошо видна как круглый голубоватый диск. Туманность была открыта французским астрономом Пьером Мешеном 16-го февраля 1781-го года и позже была внесена в каталог Шарля Мессье под номером 97. Свое название «Сова» получила за сходство с головой совы. Скорость расширения туманности составляет 30 километров в секунду, Ее возраст примерно 6 тысяч лет, а расстояние до нее составляет 2 300 световых лет. Центральная звезда туманности 16-й звёздной величины имеет массу, равную 0,7 массы Солнца, а масса туманности составляет 0,15 солнечной массы. Найти туманность достаточно легко. Она находится в созвездии Большой Медведицы в 2,5 градусах левее и ниже звезды Мерак, немного ниже отрезка между звездами ковша Большой Медведицы – Мерак и Фекда (рис. 12). Туманность можно наблюдать круглый год, но лучшее время для наблюдения – весна, когда Большая Медведица поднимается высоко в зенитную область неба.

Ясного неба и удачных наблюдений!