Кометы, астероиды, метеориты приносят в Солнечную систему воду из космоса. А в космосе откуда берется вода?
Как ни странно, источники воды – звезды. Вода накапливалась в межзвездном пространстве с тех пор, как появились первые звезды, более десяти миллиардов лет, поэтому Н2О старше Солнца, которому всего 4.5 миллиарда.
Рис. 1
Межзвездный газ, звезды и Солнце на 75% состоят из водорода, второй по обилию элемент – гелий, а третий – кислород, по массе его больше, чем каждого из других химических элементов. Основной поставщик кислорода – звезды «среднего возраста». Как подчеркивает Главный научный сотрудник Геологического института РАН Ю.А. Балашов, для объединения атомов водорода и кислорода в молекулу воды, необходима высокая температура в тысячи градусов.
Когда в звездах завершаются ядерные реакции превращения водорода в гелий, ядро звезды сжимается, его температура повышается и включаются новые термоядерные реакции образования кислорода, углерода, азота. Равновесие сил газового давления и гравитации нарушается. Атмосфера такой звезды раздувается и охлаждается, поэтому звезда превращается в красного гиганта. На этой стадии атмосферы постепенно покидают звезды и рассеиваются в пространстве. У многих звезд на такой стадии наблюдаются объемные колебания, истечение атмосфер, образование рассеивающихся планетарных туманностей (рис. 2).
Рис. 2
Поступающие из ядра звезды ионы и атомы кислорода в условиях более низкой температуры атмосферы превращаются в молекулы. Дальше от звезды, где холоднее, молекулы более тугоплавких химических элементов объединяются в пылинки, а водород и кислород покрывают пылинки ледяным слоем (рис. 3).
Рис. 3
Поэтому не удивительно, что молекулы воды так широко распространены в космосе. После молекулы водорода Н2 и очень стабильной молекулы СО вода Н2О на третьем месте. Следующий этап жизни воды – на пылинках газопылевых облаков (рис 4).
Рис. 4
Межзвездные пыль и газ образуют облака различного размера, температуры и плотности. Эти облака заполняют огромные темные холодные пространства между звездами. В результате быстрого вращения галактик газопылевое вещество опускается к их экваторам, где формируются более плотные диски. Именно в них возникают уплотнения, превращающиеся в зоны звездообразования.
Наступает следующий этап – вода активно участвует в рождении молодых звезд. В сгустках газопылевых облаков неоднократно обнаруживали воду. Наблюдали воду и в окрестностях очень молодых звезд, еще не освободившихся от окружающего их газопылевого вещества. Вода в виде холодного пара способствует охлаждению протозвезд и их дальнейшему сжатию.
«Группа американских астрономов из Корнеллского университета нашла в большом молекулярном облаке созвездия Ориона (область активного звездообразования) самую значительную из известных концентрацию паров воды. За один день это гигантское облако производит из водорода и кислорода такое количество воды, которым можно было бы 60 раз наполнить все моря и океаны земного шара.» (рис. 5)
Рис. 5
Воды в космосе огромное количество, но ее довольно сложно наблюдать по многим причинам. БОльшая часть воды находится в виде льда, которого насчитывается 11 модификаций, в зависимости от давления и температуры изменяется структура кристаллических решеток, а при низких температурах лед становится аморфным.
Некоторые спектральные линии воды обнаруживаются при космических исследованиях в инфракрасном, субмиллиметровом и ультрафиолетовом диапазонах.
Спектры воды с Земли наблюдаются в радиодиапазоне (1.35 см) в виде линий поглощения на фоне спектров излучающих источников.
Большой неожиданностью было обнаружение в некторых областях звездообразования вместо линий поглощения ярких линий излучения молекул ОН и Н2О. Линии были очень узкими, что говорит о кинетической температуре всего в пару десятков градусов Кельвина. С другой стороны, зная расстояние до наблюдаемых объектов, оценили яркостную температуру, которая оказалась неимоверно высокой: 10^14 – 10^15 К ! Стало ясно, что это излучение не тепловое, а мазерное. Мазеры – лазеры радиодиапазона. Накачка мазеров производится инфракрасным излучением образующихся звезд, которые пока не сжались и не разогрелись. Их размеры – с Солнечную систему, а температура всего 3-4 тысячи градусов.
Вода не только участвует в образовании звезд, но и активно влияет на дальнейшую судьбу планетных систем.
Водород и кислород захватываются звездным ветром и в условиях более низкой, чем в звезде, температуры, порядка тысяч градусов, образуют пар, и в таком виде вода попадает на поверхности планет. Возможность удержания пара (воды) в атмосферах зависит от массы планет и их температуры. Следовательно, вода может существовать и на планетах других звезд.
Описанные процессы можно наблюдать на примере Солнца и Солнечной системы. На планетах, близких к Солнцу, вода испаряется, на Земле – условия для жидкой воды – наилучшие. Возможно, есть вода и на Марсе, и на некоторых спутниках планет. Самые далекие планеты состоят из льда с примесью более тяжелых элементов. Периферия бывшего газопылевого блака, из которого возникла Солнечная система, занята астероидами пояса Койпера и кометами области Оорта. ( рис 6) Эти тела почти полностью состоят из льда, кометы часто попадают во внутренние области Солнечной системы, и, неся замерзшую воду, падают на Солнце.
Рис. 6
Наше Солнце не остается в долгу: его солнечный ветер заполняет гелиосферу и выносит массы воды в межзвездное пространство. Ведь на планеты попадает ничтожная часть солнечного ветра. Суммарный угловой диаметр всех планет, видимых с Солнца, не превышает 5-6 минут, а солнечный ветер распространяется с различной интенсивностью во все стороны на 360 градусов.
История космической воды продолжается…
- Войдите на сайт для отправки комментариев
- 9438 просмотров
Вода продолжает хранить загадки. Ведь по своим свойствам вода отличается от закономерностей, свойственных другим веществам.
Одна из статей участника нашего сайта Ingus-а называется Планета Вода.
2/3 поверхности Земли покрыты водой. Поэтому, может быть, логичнее нашу планету было назвать Вода?