20E: Kati ya Nyota - Gesi na Vumbi katika nafasi (Mazoezi)

Kwa ajili ya utafutaji zaidi

Makala

Goodman, A. “Kusindika Ulimwengu.” Sky & Darubini Novemba (2000): 44. Tathmini ya jinsi mageuzi ya stellar, kati ya interstellar, na supernovae wote hufanya kazi pamoja ili kurejesha vifaa vya cosmic.

Greenberg, J. “Siri za Stardust.” Scientific American Desemba (2000): 70. Jukumu la babies na mabadiliko ya chembe imara kati ya nyota.

Knapp, G. “Stuff kati ya Stars.” Sky & darubini Mei (1995): 20. Utangulizi wa kati ya interstellar.

Nadis, S. “Kutafuta Molekuli ya Maisha katika nafasi.” Sky & Darubini Januari (2002): 32. Uchunguzi wa hivi karibuni wa maji katika kati ya interstellar na darubini za satellite.

Olinto, A. “Kutatua siri ya mionzi ya Cosmic.” Astronomia Aprili (2014): 30. Ni nini kinachowaharakisha kwa nguvu hizo za juu.

Reynolds, R. “Gesi kati ya Stars.” Scientific American Januari (2002): 34. Juu ya kati ya interstellar.

Tovuti na Programu

Barnard, E. E., Wasifu Memoir: www.nasonline.org/publication... ard-edward.pdf.

Cosmicopia: helios.gsfc.nasa.gov/cosmic.html. Tovuti ya kujifunza ya NASA inaelezea kuhusu historia na ufahamu wa kisasa wa mionzi ya cosmic.

DECO: https://wipac.wisc.edu/deco. programu smart-simu kwa ajili ya kugeuza simu yako katika detector cosmic-ray.

Hubble Space Telescope Picha za Nebulae: http://hubblesite.org/gallery/album/nebula/. Bonyeza yoyote ya picha nzuri katika ukusanyaji huu, na wewe ni kuchukuliwa kwa ukurasa na taarifa zaidi; wakati ukiangalia picha hizi, unaweza pia unataka kuvinjari kupitia mlolongo slide juu ya maana ya rangi katika picha Hubble (http://hubblesite.org/gallery/behind...ning_of_color/).

Interstellar Medium Online Mafunzo: www-ssg.sr.unh.edu/ism/intro.htm. Utangulizi usio wa kiufundi kwa kati ya interstellar (ISM) na jinsi tunavyojifunza; na Chuo Kikuu cha New Hampshire idara ya astronomy

Messier Catalog ya Nebulae, Makundi, na Galaxies: http://astropixels.com/messier/messiercat.html. Mwanaastronomia Fred Espenak hutoa orodha kamili, na taarifa na picha. (Orodha ya Wikipedia inafanya kitu kama hicho: en.wikipedia.org/wiki/list_o... ssier_objects.)

Nebulae: Ni nini? : http://www.universetoday.com/61103/what-is-a-nebula/. Utangulizi mafupi na Matt Williams.

Video

Barnard 68: Hole katika Sky: https://www.youtube.com/watch?v=8No6I0Uc3No. Kuhusu wingu hili la giza na mawingu ya giza katika nafasi ya interstellar kwa ujumla (02:08).

Horsehead Nebula katika Mwanga Mpya: www.esa.int/SpaceInVideos/vid... a_in_new_light. Ziara ya nebula ya giza katika wavelengths tofauti; hakuna maelezo ya sauti, muziki tu, lakini nyenzo za maelezo zinaonekana kwenye skrini (03:03).

Hubblecast 65: Mtazamo Mpya wa Nebula ya Horsehead: http://www.spacetelescope.org/videos/heic1307a/. Ripoti juu ya nebulae kwa ujumla na kuhusu Horsehead hasa, na ESO astronomia Joe Liske (06:03).

Ukombozi wa Interstellar: https://www.youtube.com/watch?v=H2M80RAQB6k. Video inayoonyesha jinsi reddening inavyofanya kazi, na Scott Miller wa Penn State; kidogo nerdy lakini muhimu (03:45).

Shughuli za Kikundi cha

1. Jua liko katika eneo ambako wiani wa suala la interstellar ni mdogo. Tuseme kwamba badala yake ilikuwa iko katika wingu lenye mnene kipenyo cha miaka 20 ya nuru kilichopunguza mwanga unaoonekana kutoka nyota zilizolala nje yake kwa sababu ya 100. Je kundi lako kujadili jinsi hii ingeathiri maendeleo ya ustaarabu duniani. Kwa mfano, ingekuwa imewasilisha tatizo kwa navigators mapema?
2. Wanachama wako wa kikundi wanapaswa kuangalia kupitia picha katika sura hii. Je, ni nebulae kubwa gani unayoona kwenye picha? Je, kuna dalili yoyote ama katika picha au katika captions? Je, mawingu ni sehemu kubwa zaidi kuliko nebulae tunaweza kuona? Kwa nini? Pendekeza baadhi ya njia ambazo tunaweza kuamua ukubwa wa nebulae.
3. Wanachama wa kundi lako wanafikirije wanaastronomia wanaweza kukadiria umbali wa nebulae kama hiyo katika Galaxy yetu wenyewe? (Kidokezo: Angalia picha. Je, unaweza kuona chochote kati yetu na nebula wakati mwingine. Tathmini umbali wa Mbinguni, ikiwa unahitaji kujikumbusha kuhusu njia za kupima umbali.)
4. Nakala inaonyesha kwamba bomba la hewa linalopanuka kutoka uso wa Dunia hadi juu ya angahewa lina atomi zaidi kuliko bomba la kipenyo kimoja kinachoenea kutoka juu ya angahewa hadi makali ya ulimwengu unaoonekana. Wanasayansi mara nyingi kufanya kile wanachokiita “nyuma ya mahesabu bahasha,” ambayo wao kufanya makadirio mbaya sana tu kuona kama kauli au mawazo ni kweli. Jaribu kufanya makadirio hayo “ya haraka na chafu” ya kauli hii na kikundi chako. Ni hatua gani za kulinganisha idadi ya atomi zilizomo katika zilizopo mbili tofauti? Ni habari gani unahitaji kufanya makadirio? Je, unaweza kupata katika maandishi haya? Na kauli hiyo ni kweli?
5. Ikiwa kozi yako ya astronomia imehusisha kujifunza kuhusu mfumo wa jua kabla ya kufikia sura hii, je kundi lako lijadili mahali pengine badala ya mawingu ya nyota wanaastronomia wamekuwa wakigundua molekuli za kikaboni (vitalu vya ujenzi wa kemikali). Jinsi gani uvumbuzi wa molekuli hizo katika mfumo wetu wa jua unaweza kuhusiana na molekuli katika mawingu yaliyojadiliwa katika sura hii?
6. Nyota mbili zote mbili zina muonekano wa rangi nyekundu katika darubini. Nyota moja ni nyekundu kweli; nuru ya nyingine imeshushwa na vumbi vya kati ya nyota kwenye njia yake kwetu. Je kundi lako kufanya orodha ya uchunguzi unaweza kufanya ili kuamua ambayo nyota ni ipi.
7. Umeulizwa kutoa majadiliano na darasa la katikati ya shule ya ndugu yako ndogo juu ya astronomia, na kuamua kuzungumza juu ya jinsi asili recycles gesi na vumbi. Je kundi lako kujadili picha gani kutoka kitabu hiki ungependa kutumia katika majadiliano yako. Kwa utaratibu gani? Nini wazo moja kubwa ungependa wanafunzi kukumbuka wakati darasa ni juu?
8. Sura hii na inayofuata (juu ya Kuzaliwa kwa Nyota) ni pamoja na baadhi ya picha nzuri zaidi za nebulae zinazowaka na mwanga unaozalishwa wakati mwanga wa nyota unapoingiliana na gesi na vumbi. Je kundi lako kuchagua moja hadi nne ya nebulae yako favorite kama na kuandaa ripoti juu yao kushiriki na wengine wa darasa. (Jumuisha mambo kama eneo lao, umbali, ukubwa, jinsi wanavyowaka, na kinachotokea ndani yao.)

Mapitio ya Maswali

1. Tambua nebulae kadhaa za giza katika picha katika sura hii. Kutoa namba za takwimu za picha, na ueleze wapi nebulae ya giza inapatikana juu yao.
2. Kwa nini nebulae karibu na nyota za moto huonekana nyekundu? Kwa nini mawingu ya vumbi karibu na nyota huonekana rangi ya bluu?
3. Eleza sifa za aina mbalimbali za gesi ya interstellar (mikoa ya HII, mawingu ya hidrojeni ya neutral, mawingu ya gesi ya moto, na mawingu ya Masi)
4. Jitayarisha meza inayoorodhesha njia tofauti ambazo vumbi na gesi vinaweza kugunduliwa katika nafasi ya interstellar.
5. Eleza jinsi mstari wa 21-cm wa hidrojeni unavyoundwa. Kwa nini mstari huu ni chombo muhimu sana cha kuelewa kati ya interstellar?
6. Eleza mali ya nafaka za vumbi zilizopatikana katika nafasi kati ya nyota.
7. Kwa nini ni vigumu kuamua wapi mionzi ya cosmic inatoka?
8. Ni nini kinachosababisha reddening ya starlight? Eleza jinsi rangi nyekundu ya disk ya jua wakati wa jua husababishwa na mchakato huo.
9. Kwa nini molekuli, ikiwa ni pamoja\(\ce{H2}\) na molekuli nyingi za kikaboni, zinaunda tu ndani ya mawingu ya giza? Kwa nini hawajaza nafasi zote za interstellar?
10. Kwa nini hatuwezi kutumia darubini zinazoonekana ili kujifunza mawingu ya masi ambapo nyota na sayari zinaunda? Kwa nini darubini za infrared au redio zinafanya kazi vizuri?
11. Masi ya kati ya interstellar imedhamiriwa na usawa kati ya vyanzo (vinavyoongeza wingi) na kuzama (ambazo huondoa). Kufanya meza orodha vyanzo kubwa na sinks, na kwa ufupi kueleza kila mmoja.
12. Vumbi vya interstellar vinatoka wapi? Je, inaundaje?

Maswali ya mawazo

1. Kielelezo\(20.1.1\) katika Sehemu ya 20.1 inaonyesha mwanga nyekundu kuzunguka nyota Antares, na bado maelezo inasema kuwa ni wingu la vumbi. Ni uchunguzi gani unaweza kufanya ili kujua kama mwanga mwekundu-ni kweli zinazozalishwa na vumbi au kama ni zinazozalishwa na mkoa H II?
2. Kama mwanga nyekundu kuzunguka Antares ni kweli zinazozalishwa na kutafakari mwanga kutoka Antares na vumbi, muonekano wake nyekundu kukuambia nini juu ya joto uwezekano wa Antares? Angalia aina ya spectral ya Antares katika Kiambatisho J. Je, makadirio yako ya joto kuhusu haki? Katika picha nyingi katika sura hii, mwanga nyekundu unahusishwa na hidrojeni ionized. Je, unatarajia kupata H II mkoa karibu Antares? Eleza jibu lako.
3. Japokuwa hidrojeni zisizo na upande wowote ni elementi nyingi zaidi katika suala la interstellar, iligunduliwa kwanza kwa darubini ya redio, si darubini ya mwanga inayoonekana. Eleza kwa nini. (Maelezo yaliyotolewa katika Kuchambua Starlight kwa ukweli kwamba mistari ya hidrojeni si imara katika nyota za joto zote inaweza kuwa na manufaa.)
4. Maneno H II na H2 yote yanatamkwa “H mbili.” Ni tofauti gani katika maana ya maneno hayo mawili? Je, kuna kitu kama H III?
5. Tuseme mtu alikuambia kwamba yeye alikuwa aligundua H II karibu nyota Aldebaran. Je, unaweza kumwamini? Kwa nini au kwa nini?
6. Eleza wigo wa kila moja ya yafuatayo:
   1. mwanga wa nyota unaojitokeza na vumbi,
   2. nyota nyuma ya gesi isiyoonekana ya interstellar, na
   3. nebula ya chafu.
7. Kwa mujibu wa maandishi hayo, nyota lazima iwe moto zaidi kuliko takriban 25,000 K ili kuzalisha eneo la H II. Nyota zenye joto kali zaidi na nyota zenye mlolongo O zina joto kali zaidi ya 25,000 K. Ambayo nyota inaweza ionize hidrojeni zaidi? Kwa nini?
8. Kutoka kwa maoni katika maandishi kuhusu aina gani za nyota zinazozalisha nebulae ya chafu na aina gani zinahusishwa na nebulae ya kutafakari, unaweza kusema nini kuhusu joto la nyota zinazozalisha NGC 1999 (Kielelezo\(20.3.5\) katika Sehemu ya 20.3)?
9. Njia moja ya kuhesabu ukubwa na sura ya Galaxy ni kukadiria umbali wa nyota zenye kukata tamaa tu kutoka kwenye mwangaza wao unaoonekana na kutambua umbali ambao nyota hazionekani tena. Wanaastronomia wa kwanza kujaribu jaribio hili hawakujua kwamba mwanga wa nyota umepungua na vumbi vya interstellar. Makadirio yao ya ukubwa wa Galaxy yalikuwa ndogo sana. Eleza kwa nini.
10. Nyota mpya zinaunda katika mikoa ambako wiani wa gesi na vumbi ni juu kiasi. Tuseme unataka kutafuta nyota zilizoundwa hivi karibuni. Je, unaweza kuwa na mafanikio zaidi ikiwa umeona katika wavelengths inayoonekana au kwa wavelengths ya infrared? Kwa nini?
11. Kufikiri juu ya mada katika sura hii, hapa ni mfano wa Dunia. Katika miji mikubwa, unaweza kuona mengi zaidi siku bila smog. Kwa nini?
12. Stars huunda katika Milky Way kwa kiwango cha karibu 1 molekuli ya jua kwa mwaka. Kwa kiwango hiki, itachukua muda gani kwa ajili ya gesi yote ya interstellar katika Milky Way kugeuka kuwa nyota kama hapakuwa na gesi safi inayoingia kutoka nje? Hii inalinganishaje na umri wa wastani wa ulimwengu, miaka bilioni 14? Unahitimisha nini kutoka kwa hili?
13. Mstari wa cm 21 unaweza kutumiwa sio tu kujua ambapo hidrojeni iko mbinguni, lakini pia kuamua jinsi ya haraka inavyoelekea au mbali na sisi. Eleza jinsi hii inaweza kufanya kazi.
14. Wanaastronomia hivi karibuni waligundua mwanga uliotolewa na supanova ambayo awali ilionekana mwaka 1572, ikifikia dunia sasa. Nuru hii ilionekana mbali na wingu la vumbi; wanaastronomia huita nuru hiyo iliyojitokeza kama “mwangwi wa mwanga” (kama sauti iliyojitokeza inaitwa echo). Ungependa kutarajia wigo wa echo ya mwanga kulinganisha na ile ya supanova ya awali?
15. Tunaweza kuchunguza uchafuzi wa sentimita 21 kutoka galaxi nyingine na pia kutoka kwenye galaxi yetu wenyewe. Hata hivyo, uchafuzi wa sentimita 21 kutoka Galaxy yetu wenyewe hujaza anga nyingi, kwa hiyo tunaona wote mara moja. Tunawezaje kutofautisha extragalactic 21 cm chafu kutokana na ile inayotokea katika Galaxy yetu wenyewe? (Kidokezo: Galaksi nyingine kwa ujumla zinahamia jamaa na Milky Way.)
16. Tumesema mara kwa mara kwamba mwanga wa bluu hupoteza zaidi kuliko mwanga nyekundu, ambayo ni kweli kwa wavelengths inayoonekana na ya muda mfupi. Je, ni kweli sawa kwa X-rays? Angalia Kielelezo\(20.6.1\) katika Sehemu ya 20.6. Vumbi vingi ni katika ndege ya galactic katikati ya picha, na rangi nyekundu katika picha inafanana na mwanga wa reddest (chini-nishati). Kulingana na kile unachokiona katika ndege ya galactic, ni X-rays inakabiliwa na kutoweka zaidi katika rangi nyekundu au bluer? Unaweza kufikiria kulinganisha Kielelezo\(20.6.1\) katika Sehemu ya 20.6 kwa Kielelezo\(20.3.6\) katika Sehemu ya 20.3.
17. Tuseme kwamba, badala ya kuwa ndani ya Bubble ya Mitaa, Jua lilikuwa ndani ya wingu kubwa la Masi. Anga ya usiku ingeonekana kama inavyoonekana kutoka duniani katika wavelengths mbalimbali?
18. Tuseme kwamba, badala ya kuwa ndani ya Bubble ya Mitaa, Jua lilikuwa ndani ya eneo la H II. Anga ya usiku ingeonekana kama nini katika wavelengths mbalimbali?

Kujihesabu mwenyewe

1. Wingu la Masi ni karibu mara 1000 denser kuliko wastani wa kati ya interstellar. Hebu tulinganishe tofauti hii kwa densities kwa kitu kinachojulikana zaidi. Air ina wiani wa takriban 1 kg/m ³, hivyo kitu cha denser mara 1000 kuliko hewa ingekuwa na wiani wa karibu 1000 kg/m ³. Hii inalinganishaje na wiani wa kawaida wa maji? Ya granite? (Unaweza kupata takwimu kwa densities hizi kwenye mtandao.) Je, tofauti ya wiani kati ya wingu la Masi na kati ya kati ya stellar kubwa au ndogo kuliko tofauti ya wiani kati ya hewa na maji au granite?
2. Je, unatarajia kuwa na uwezo wa kuchunguza mkoa wa H II katika chafu ya X-ray? Kwa nini au kwa nini? (Kidokezo: Unaweza kutumia sheria ya Wien)
3. Tuseme kwamba umekusanya mpira wa gesi ya interstellar ambayo ilikuwa sawa na ukubwa wa Dunia (radius ya kilomita 6000). Ikiwa gesi hii ina wiani wa atomi ya hidrojeni 1 kwa cm ³, mfano wa kati ya interstellar, umati wake ungefananaje na wingi wa mpira wa bowling (5 au 6 kg)? Vipi kama ilikuwa na wiani wa kawaida wa Bubble ya Mitaa, kuhusu atomi 0.01 kwa cm ³? Kiasi cha nyanja ni\(V = \left( \frac{4}{3} \right) \pi R^3\).
4. Kwa wiani wa wastani wa kati ya kati, atomi 1 kwa cm ³, ni kiasi gani cha nyenzo kinatakiwa kutumiwa kufanya nyota yenye wingi wa Jua? Je, ni radius ya nyanja ukubwa huu? Eleza jibu lako katika miaka ya mwanga.
5. Fikiria nafaka ya mchanga iliyo na 1 mg ya oksijeni (kiasi cha kawaida kwa nafaka ya mchanga wa kati, tangu mchanga ni zaidi\(\che{SiO2}\)). Ni atomi ngapi za oksijeni ambazo nafaka zina? Je, ni radius ya nyanja ungepaswa kueneza nje ikiwa unataka kuwa na wiani sawa na kati ya interstellar, kuhusu atomi 1 kwa cm ³? Unaweza kuangalia juu ya wingi wa atomi ya oksijeni.
6. Mikoa ya H II inaweza kuwepo tu ikiwa kuna nyota jirani inayowaka moto wa kutosha ionize hidrojeni. Hidrojeni ni ionized tu na mionzi yenye wavelengths mfupi kuliko 91.2 nm. Je! Joto la nyota linatoa nishati yake ya juu katika 91.2 nm? (Tumia sheria ya Wien kutoka kwa mionzi na Spectra.) Kulingana na matokeo haya, ni aina gani za spectral za nyota hizo zinaweza kutoa nishati ya kutosha kuzalisha mikoa ya H II?
7. Katika maandishi, sisi alisema kuwa mara tano ionized oksijeni (OVI) kuonekana katika gesi ya moto lazima kuwa zinazozalishwa na mshtuko supanova kwamba moto gesi kwa mamilioni ya digrii, na si kwa starlight, njia H II ni zinazozalishwa. Kuzalisha OVI kwa mwanga inahitaji wavelengths mfupi kuliko 10.9 nm. Nyota zenye moto zaidi zilizotazamwa zina joto la uso la karibu 50,000 K. Je, zinaweza kuzalisha OVI?
8. Vumbi awali liligunduliwa kwa sababu nyota katika kundinyota fulani zilionekana kuwa kali kuliko ilivyotarajiwa. Tuseme nyota iko nyuma ya wingu la vumbi linalopunguza mwangaza wake kwa sababu ya 100. Tuseme huna kutambua vumbi ni pale. Je! Ukadiriaji wako wa umbali utakuwa kiasi gani? Je, unaweza kufikiria kipimo chochote unaweza kufanya kuchunguza vumbi?
9. Je, wiani ndani ya wingu baridi (\(T\)= 10 K) ulinganishaje na wiani wa gesi ya ultra-moto interstellar (\(T\)= 106 K) ikiwa walikuwa katika usawa wa shinikizo? (Inachukua wingu kubwa ili kuweza kulinda mambo yake ya ndani kutoka inapokanzwa ili iweze kuwa joto la chini.) (Kidokezo: Katika usawa wa shinikizo, mikoa miwili inapaswa kuwa\(nT\) sawa, wapi\(n\) idadi ya chembe kwa kiasi cha kitengo na\(T\) ni joto.) Ni eneo gani unadhani linafaa zaidi kwa kuundwa kwa nyota mpya? Kwa nini?
10. Nakala inasema kuwa Fluff ya Mitaa, inayozunguka Jua, ina joto la 7500 K na wiani 0.1 atomi kwa cm ³. Fluff ya Mitaa imeingizwa katika gesi ya moto na joto la 106 K na wiani wa atomi karibu 0.01 kwa cm ³. Je, wao ni katika usawa? (Kidokezo: Katika usawa wa shinikizo, mikoa miwili inapaswa kuwa\(nT\) sawa, wapi\(n\) idadi ya chembe kwa kiasi cha kitengo na\(T\) ni joto.) Ni nini kinachowezekana kutokea kwa Fluff ya Mitaa?