Історія досліджень
Цілком ймовірно, першими позаземними об'єктами, які привернули увагу людини ще в глибокій давнину, були Сонце і Місяць. Всупереч відомій жарті про те, що Місяць корисніше Сонця тому, що світить вночі, а вдень і без того ясно, першорядна роль Сонця була відзначена людьми ще в первісну епоху, і це знайшло відображення в міфах та легендах майже всіх народів.
Питання про те, яка природа зірок, виник, очевидно, набагато пізніше. Помітивши блукаючі зірки - планети,люди, може, вперше зробили спробу проаналізувати взаємозв'язок різних явищ, хоча виникла таким шляхом астрологія підмінила знання забобонами. Цікаво, що астрономія, один з найбільш узагальнюючих наук про природі, свої перші кроки здійснювала по хиткому грунті помилок, відгомони яких дійшли навіть до наших днів.
Причину цих помилок легко зрозуміти, якщо врахувати, що перший етап розвитку науки про небо в буквальному сенсі слова був заснований на спогляданні і абстрактному мисленні, коли практично були відсутні будь-які астрономічні інструменти. Тим більше вражає,що цей етап блискуче завершився, безсмертним творінням Коперника - перший і найважливішою революцією в астрономії. До цього здавалося очевидним, що що спостерігається, видиме збігається з дійсним, реально існуючим, копіює його. Коперник вперше довів, що дійсне може радикально і принципово відрізнятися від видимого.
Наступний настільки ж рішучий крок зроблено великим Галілеєм, що зуміли побачити те, що не помітив навіть такий тонкий спостерігач, як Арістотель. Саме Галілей вперше зрозумів, що, всупереч очевидному, процес руху тіла зовсім не означає постійного впливу на нього іншого тіла. Відкритий Галілеєм принцип інерції дозволив потім Ньютону сформулювати закони динаміки, які послужили фундаментом сучасної фізики.
Якщо саме геніальне своє відкриття Галілей зробив в області механіки - і це надалі принесло величезну користь астрономії, - то безпосередньо наука про небо зобов'язана йому початком нової епохи в своєму розвитку - епохи телескопічних спостережень.
Застосування телескопа в астрономії насамперед незмірно збільшило число об'єктів, доступних дослідженням. Ще Джордано Бруно говорив про незліченні світах сонць. Він мав рацію: зірки - найважливіші об'єкти у Всесвіті, в них сконцентровано майже всі космічне речовина. Але зірки - це не просто резервуари для зберігання маси та енергії. Вони є термоядерними котлами,де відбувається процес утворення атомів важких елементів, без яких неможливі були б найбільш складні етапи еволюції матерії, що привели на Землі до виникнення флори, фауни, людини і нарешті людської цивілізації.
У міру вдосконалення телескопів і методів реєстрації електромагнітного випромінювання астрономи отримують можливість проникати в усі більш віддалені куточки космічного простору.І це не тільки розширює геометричний горизонт відомого нам світу: більш ніж далекі об'єкти відрізняються і за віком, так що у відомій нам частині Всесвіту, яку прийнято називати Метагалактика, міститься багата інформація про історію розвитку, іншими словами, про еволюцію Всесвіту.Сучасна астрономія збагатилася вченням про розвиток світів, подібно до того як біологія свого часу збагатилася вченням Дарвіна. Це вже більш висока ступінь переходу-від видимого до дійсного, бо з того, що видно сьогодні, ми пізнаємо суть явищ в далекому минулому і можемо передбачати майбутнє!
Останнім часом в астрономії намітився ще один важливий перехід від спостережуваного до дійсного. Саме по собі що спостерігається тепер виявилося надбанням багатьох вчених-астрономів,озброєних найсучаснішою технікою, яка використовує найменші можливості, приховані в схованках фізичних законів і дозволяють виривати у природи її таємниці. Але проникнення в невідому ще нам реальність - це не просто уявлення про те, що навколо чого звертається, і навіть не те, що є причиною руху або як виглядали ті чи інші тіла в незапам'ятні часи, а щось набагато більше. Це - пізнання властивостей простору і часу в цілому, в масштабах, не доступних нашому безпосередньому сприйняттю і споглядання.
Простір між зірками, за винятком окремих туманностей, виглядає порожнім. Насправді ж все міжзоряний простір заповнений речовиною. До такого висновку вчені прийшли після того, як на початку XX ст. швейцарський астроном Роберт Трюмплер відкрив поглинання (ослаблення) світла зірок на шляху до земного спостерігача. Причому ступінь його ослаблення залежить від кольору зірки. Світло від блакитних зірок поглинається більш інтенсивно, ніж від червоних. Таким чином, якщо зірка випромінює в блакитних і червоних променях однакову кількість енергії, то в результаті поглинання світла блакитні промені послаблюються сильніше червоних і з Землі зірка здається червонуватою.
Речовина, що поглинає світло,розподілено в просторі не рівномірно, а має клочковатую структуру і концентрується до Чумацького Шляху. Темні туманності, такі, як Вугільний Мішок і Кінська Голова, є місцем підвищеної щільності поглинаючого міжзоряного речовини. А воно складається з найдрібніших частинок - пороху. Фізичні властивості пилинок до теперішнього часу вивчені досить добре.
Крім пилу між зірками є велика кількість невидимого холодного газу. Маса його майже в сто разів перевершує масу пилу. Як же стало відомо про існування цього газу?Виявилося, атоми водню що випромінюють радіохвилі з довжиною хвилі 21 см. Велику частина інформації про міжзоряному речовині отримують за допомогою радіотелескопів. Так були відкриті хмари нейтрального атомарного водню.
Типове хмара атомарного нейтрального водню має температуру близько 70 К (-200 ° С) і невисоку щільність (кілька десятків атомів в кубічному сантиметрі простору).Хоча таке середовище і вважається хмарою, для землянина це глибокий вакуум, в мільярд разів зріджені, ніж вакуум, що створюється, наприклад, в кінескопа телевізора. Розміри хмар водню - від 10 до 100 пк (для порівняння: зірки в середньому знаходяться один від одного на відстані 1 пк).
Згодом було виявлено ще більш холодні і щільні хмари молекулярного водню, абсолютно непрозорі для видимого світла. Саме в них зосереджена велика частина холодного міжзоряного газу і пилу. За розмірами ці хмари приблизно такі ж, як і області атомарного водню, але щільність їх в сотні і тисячі разів вище. Тому у великих молекулярних хмарах може міститися величезна маса речовини,досягає сотень тисяч і навіть мільйонів мас Сонця. У молекулярних хмарах,що складаються в основному з водню, присутні і багато більш складні молекули,в тому числі найпростіші органічні сполуки. Деяка частина міжзоряного речовини нагріта до дуже високих температур і «світиться» в ультрафіолетових і рентгенівських променях. У рентгенівському діапазоні випромінює самий гарячий газ,що має температуру близько мільйона градусів. Це - коронал'ний газ, названий так за аналогією з розігрітим газом у сонячній короні. Корональної газ відрізняється дуже низькою щільністю: приблизно один атом на кубічний дециметр простору.
Гарячий розріджений газ утворюється вибухів в результаті потужних - спалахів наднових зірок. Від місця вибуху в міжзоряному газі поширюється ударна хвиля і нагріває газ до високої температури, при якій він стає джерелом рентгенівського випромінювання. Корональної газ виявлено також у просторі між галактиками.
Отже, основним компонентом міжзоряного середовища є газ, що складається з атомів і молекул. Він перемішаний з пилом, що містить близько 1% маси міжзоряної речовини, і пронизує швидкими потоками елементарних часток - космічними променями - і електромагнітним випромінюванням, які також можна вважати складовими міжзоряного середовища. Крім того, міжзоряне середу виявилася злегка намагніченою.
Магнітні поля пов'язані з хмарами міжзоряного газу і рухаються разом з ними. Ці поля приблизно в 100тис. разів слабкіше магнітного поля Землі. Міжзоряні магнітні поля сприяють утворенню найбільш щільних і холодних хмар газу, з яких конденсуються зірки. Частки космічних променів також реагують на міжзоряний магнітне поле: вони переміщаються уздовж його силових ліній по спіральним траєкторіями, як б навиваючи на них. При цьому електрони, що входять до складу космічних променів,випромінюють радіохвилі. Це так зване синхротроном випромінювання народжується в міжзоряному просторі і впевнено спостерігається в радіодіапазоні.