science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe nevels werken

De ruimtesonde Pioneer 10 werd op 3 maart gelanceerd. 1972. Na een reis door ons zonnestelsel, het ging de diepe ruimte in, op een traject dat het naar Aldebaran zal brengen, een ster in het sterrenbeeld Stier. Wat zal Pioneer 10 tegenkomen tijdens zijn twee miljoen jaar durende reis door de interstellaire ruimte? Niets? Voorkomen? Volledige zwartheid?


Met dank aan NASA en STScI
nevels, zoals de Zandlopernevel kan ontzag en verwondering opwekken. Bekijk meer nevelbeelden.

In werkelijkheid, de grote leegte die bestaat tussen de zon en Aldebaran is helemaal niet leeg. Het is gevuld met stof en gassen, wat astronomen interstellaire materie noemen. Soms, deze interstellaire materie is zo verzameld dat het zichtbaar is voor aardgebonden waarnemers, ofwel als een gloeiende wolk of als een donker silhouet tegen een lichtere achtergrond. Deze wolken zijn nevels. Een enkele dergelijke wolk is een nevel, wat Latijn is voor 'mist' of 'wolk'.

Tot de 20e eeuw, astronomen gebruikten de term nevel om elke gloeiende, wolkachtig object waargenomen vanaf de aarde. De telescopen van die tijd onthulden heel weinig details over deze objecten, maar astronomen konden genoeg zien om te weten dat deze nevels verschillende vormen hadden. Sommigen werden genoemd spiraalnevels ; anderen werden genoemd elliptische nevels . Vervolgens, in de jaren 1920, Amerikaanse astronoom Edwin Powell Hubble, met de krachtigste telescoop van zijn tijd, ontdekte dat veel van de objecten waarvan men dacht dat ze vaag waren, onduidelijke wolken waren in feite sterrenstelsels. specifiek, hij merkte op dat de Andromeda-spiraalnevel eigenlijk een spiraalstelsel was.

Vandaag, astronomen weten dat sterrenstelsels en nevels unieke objecten zijn met verschillende kenmerken. Toch is dit onderscheid alleen niet voldoende om volledig uit te leggen wat nevels zijn en hoe ze werken. Dit artikel gaat verder dan de fundamentele definitie om een ​​grondiger overzicht te geven van nevels -- wat ze zijn, waar ze van gemaakt zijn, waar ze zich bevinden en wat ze doen. Onze eerste stap is om de plaats van een nevel in het grootse ontwerp van het universum te begrijpen.

Inhoud
  1. Nevels in de kosmische hiërarchie
  2. Soorten nevels
  3. Nevels als locaties voor stervorming
  4. Nevels als scènes van sterrenvernietiging
  5. De toekomst van nevelonderzoek

Nevels in de kosmische hiërarchie

Om de plaats van nevels in het heelal te begrijpen, het is nuttig om als een astronoom te denken. Astronomen geven betekenis aan het universum door het te organiseren in een reeks "geneste" niveaus. nevels, die op zichzelf al enorme objecten zijn, een niveau in het midden van deze hiërarchie innemen. Dit is de volgorde:Superclusters vormen het hoogste niveau, gevolgd door clusters, sterrenstelsels, nevels, sterrenstelsels, sterren, planeten en manen. Laten we kort naar elk kijken, gebruik de onderstaande afbeelding als richtlijn.

  • Superclusters bestaat uit verschillende clusters van sterrenstelsels. Ze vertegenwoordigen het hoogste niveau van de kosmische hiërarchie en zijn de grootste objecten in het universum. Sommige zijn zo groot als 100 miljoen lichtjaren aan de overkant. Een lichtjaar is de afstand die het licht in een jaar aflegt. Omdat licht reist met 300, 000 kilometer per seconde, het kan 9,46 biljoen kilometer per jaar afleggen. Dat is hetzelfde als 5,88 biljoen mijl. Voorbeelden van superclusters zijn de Maagd, of lokaal, Supercluster; de Coma Supercluster; de Hercules-supercluster; de Perseus Supercluster; en het zuidelijke supersterrenstelsel.
  • EEN TROS is een groep sterrenstelsels die samen reizen. Ze kunnen twee of drie sterrenstelsels bevatten, of ze kunnen duizenden sterrenstelsels hebben. Onze thuismelkweg, De melkweg, maakt deel uit van een cluster dat bekend staat als de Lokale Groep. Onze naaste galactische buur, de Andromedanevel, behoort ook tot de Lokale Groep, net als een aantal anderen.

  • Volgende op de schaal kom sterrenstelsels , wat astronomen ooit noemden eilanduniversums . Het zijn geen individuele universums, natuurlijk, maar zijn verzamelingen van sterren, gassen en stofdeeltjes. Ze zijn er in verschillende vormen -- spiraal, elliptisch en onregelmatig - en variëren sterk in grootte. De Melkweg is een spiraalstelsel van 70, 000 tot 100, 000 lichtjaar breed [bron:NASA].

  • nevels zijn te vinden in sterrenstelsels, de ruimte tussen sterren vullen of sterren omhullen als een mantel. Ze zijn gemaakt van stof en gas en kunnen verschijnen als heldere of donkere wolken. Het gas is meestal waterstof gemengd met wat helium. In feite, astronomen classificeren nevels soms op basis van het type waterstof dat ze bevatten: H+ nevels bevatten voornamelijk geïoniseerde waterstof (waterstofatomen waarin elektronen zijn verwijderd); H I nevels bevatten meestal neutrale waterstof; en H II-nevels waterstof bevatten in moleculaire vorm (H 2 ). Het andere hoofdbestanddeel van nevels - stof - bestaat uit fijne deeltjes die koolstof bevatten, silicium, magnesium, aluminium en andere elementen.

    Het stof en het gas van een nevel zijn zeer dun verspreid. Een enkele wolk bevat minder atomen per kubieke inch dan een rookwolk. Maar omdat een enkele wolk enorm groot is, die zich over vele lichtjaren uitstrekt, het kan andere objecten die erachter zijn geplaatst dimmen of blokkeren.

  • ster systemen , zoals ons zonnestelsel, kom volgende. Een sterrenstelsel kan een tot twee lichtjaar in doorsnede zijn, afhankelijk van het aantal planeten dat het bevat. De kern van een dergelijk systeem is een ster , een hemellichaam dat energie produceert door thermonucleaire reacties. Een enkele nevel kan worden geassocieerd met talloze sterren. Bijvoorbeeld, de Adelaarsnevel is de thuisbasis van sterrenhoop M16, een verzameling van honderden jonge, heldere sterren. onze zon, een middelgrote, ster van middelbare leeftijd, is veel ouder dan die in de Adelaarsnevel. Andere bekende sterren zijn Alpha Centauri, Proxima Centauri en Sirius.


    Met dank aan NASA en STScI
    Een afbeelding van de Adelaarsnevel onthult vele bolletjes die embryonale sterren bevatten.

Eindelijk, op een niveau van de kosmische hiërarchie dat moeilijk te tonen is op onze schaal, wij hebben planeten en manen -- louter vlekjes vergeleken met nevels. asteroïden, kometen en meteoroïden zijn nog kleiner, variërend in grootte van kleine manen tot grote rotsen.

Nu we een weegschaal hebben om mee te werken, laten we de verschillende soorten nevels in meer detail bekijken.

Soorten nevels

Astronomen classificeren nevels over het algemeen in twee brede categorieën -- Helder en donker . Heldere nevels staan ​​zo dicht bij nabije sterren dat ze gloeien, hoewel de methode waarmee ze die gloed produceren, van twee factoren afhangt. De eerste is de nabijheid van een nevel tot de ster, en de tweede is de temperatuur van de ster. Als een nevel heel dicht bij een hete ster staat, het kan grote hoeveelheden ultraviolette straling absorberen. Dit verwarmt het gas tot ongeveer 10, 000 Kelvin (9, 726 graden Celsius of 17, 540 graden Fahrenheit). Bij zulke extreme temperaturen het waterstofgas wordt opgewonden en gloeit met een fluorescerend licht. Astronomen noemen dit type nevel een emissienevel . De Grote Nevel in Orion (M42) is een klassieke emissienevel.


Met dank aan NASA en STScI
De Orionnevel is een emissienevel. Het wordt verlicht en verwarmd door vier massieve sterren die bekend staan ​​als het Trapezium, die in het midden van het beeld liggen.


Soms, een nevel is verder weg van een ster of de ster is niet zo heet. In dit geval, het stof van de nevelwolk weerkaatst het licht, net als bezoedeld zilver dat kaarslicht weerkaatst. De meeste reflectienevels krijgen een blauwachtige kleur omdat de deeltjes bij voorkeur blauw licht verstrooien. Een paar, echter, sterk het licht weerkaatsen van de ster die hen verlicht. De Pleiaden-sterrenhoop in Stier bevat verschillende reflecterende nevels.

Donkere nevels zijn niet dicht genoeg bij sterren om te worden verlicht. Ze zijn alleen zichtbaar als iets
helderder -- een sterrenhoop, bijvoorbeeld -- biedt een achtergrond. Soms, donkere nevels verschijnen als lanen, steegjes of bolletjes in heldere nevels. De Trifidnevel is een schitterende rode emissienevel die door donkere stofstraten in drie gebieden lijkt te worden verdeeld. De Paardekopnevel in Orion is ook een donkere nevel, net als de grote donkere band die de Melkweg over zijn lengte in tweeën deelt.


Met dank aan NASA en STScI
De Paardekopnevel is een donkere nevel in Orion. Het is alleen zichtbaar omdat het boven een lichtere achtergrond ligt.

Behalve dat ze worden geclassificeerd als helder of donker, nevels krijgen ook namen. Charles Messier, een Franse astronoom, begon in de 18e eeuw niet-sterobjecten te catalogiseren. In plaats van namen te gebruiken, hij gebruikte cijfers. Het eerste object dat hij opsomde was de Krabnevel in Stier, die hij Messier-1 noemde, of M-1. Hij wees de Ringnevel M-57 aan. Galaxies maakte ook zijn lijst. De Andromedanevel, het 31e object dat hij opnam, werd M-31. In de 19de eeuw, amateurastronomen gaven gemeenschappelijke namen aan bijna alle Messier-objecten, op basis van hoe ze eruit zien. Dat is hoe namen als de Halternevel, de Paardekopnevel en de Uilnevel gingen het astronomische lexicon binnen. Sommige nevels, zoals de Orionnevel, vernoemd naar het sterrenbeeld waar ze deel van lijken uit te maken.

weinig namen, echter, hint naar de vitale rol die nevels spelen in de kosmos. Op de volgende pagina, we zullen leren dat nevels meer doen dan mooi gloeien aan de nachtelijke hemel.

Nevels als locaties voor stervorming

Het hierboven beschreven classificatieschema, hoewel behulpzaam, lijkt te impliceren dat een nevel constant en onveranderlijk is, voor altijd in één staat bestaan. Dit is niet het geval. De verschillende heldere en donkere nevels vertegenwoordigen in feite verschillende stadia in de evolutie van sterren. Laten we dit evolutionaire proces eens onderzoeken om te begrijpen hoe nevels fungeren als de bakermat van stervorming.

Donkere nevels:zaden worden geplant

We weten al dat nevels wolken met een lage dichtheid zijn. Wij weten ook, intuïtief, dat sterren zeer dichte objecten zijn. Als een nevel moet fungeren als geboorteplaats van sterren, dan moeten de bouwsteenmaterialen - stofdeeltjes en waterstof en heliumgas - worden samengetrokken en samengeperst tot een relatief kleine "bal" van materie. Zoals het blijkt, dit condensatieproces vindt plaats in verschillende gebieden in donkere nevels ( reflectienevels , ook, die eigenlijk niets meer zijn dan donkere nevels die het licht van nabije sterren weerkaatsen).

Zwaartekracht is de kracht die condensatie veroorzaakt. Zoals een bal van stof en gas samentrekt onder zijn eigen zwaartekracht, het begint te krimpen en de kern begint steeds sneller in te storten. Hierdoor warmt de kern op en gaat draaien. In dit stadium, het gecondenseerde materiaal heet a protoster . Eén nevel kan veel protosterren hebben, die elk voorbestemd zijn om een ​​individueel stellair systeem te zijn.

Sommige protosterren hebben minder massa dan onze zon. Ze zijn zo klein dat ze de thermonucleaire reacties die zo typerend zijn voor sterren niet kunnen initiëren. Zelfs nog, deze objecten kunnen zwak gloeien omdat de zwaartekracht ervoor zorgt dat ze blijven krimpen, waarbij energie vrijkomt in het proces. Astronomen labelen deze objecten bruine dwergen als een manier om hun kleine formaat en relatief onbeduidend vermogen te beschrijven.

Andere protosterren zijn groter, vele malen massiever dan onze eigen zon. Deze grote protosterren blijven samentrekken, maar in plaats van alleen door samentrekking warmte te produceren, ze beginnen waterstof om te zetten in helium in een proces dat bekend staat als: thermonucleaire fusie . Op dit punt, de protosterfase is voorbij en er begint zich een echte ster te vormen. Er omheen is een wervelende wolk van reststof en gas -- het materiaal dat zich kan vormen, gedurende miljarden jaren, een stelsel van planeten en manen.

Emissienevels:een ster is geboren

Wanneer een protoster een zelfstralend object wordt, gevoed door zijn eigen thermonucleaire reacties, het wordt een echte ster. Als het groot genoeg is, een ster kan het nevelmateriaal ioniseren, produceren van een gebied van fluorescentie eromheen. De donkere nevel, nu gloeiend, wordt een emissienevel.

Een enkele emissienevel kan worden gevuld met talloze pasgeboren sterren. Een goed voorbeeld is de Kegelnevel, in Monoceros de Eenhoorn, een gebied van actieve stervorming. De Kegelnevel maakt deel uit van een enorme wolk van waterstofgas die vele gloednieuwe sterren omhult, die drastisch variëren in helderheid omdat velen nog steeds gehuld zijn in wolken en stof. De helderste ster die wordt geassocieerd met de Kegelnevel is S Monocerotos.


Met dank aan NASA en STScI
De Kegelnevel is eigenlijk maar een klein deel van een veel grotere nevelwolk.

Nevels kunnen ook de plaats van de ondergang van een ster markeren. Op de volgende pagina, we zullen kijken hoe dat kan gebeuren.

Nevels als scènes van sterrenvernietiging

Er zijn twee soorten heldere nevels die met elkaar in verband staan, niet met stergeboorte, maar met sterdood. De eerste hiervan zijn planetaire nevels , zo genoemd omdat het ronde objecten zijn die op planeten lijken. Een planetaire nevel is de vrijstaande buitenste atmosfeer van een rode reuzenster, dat is een van de laatste fasen in de levenscyclus van een middelgrote ster. Zo ontstaan ​​planetaire nevels:

  1. Een ouder wordende ster, weinig waterstof als brandstof, begint helium te verbranden.
  2. Het blijft waterstof verbranden in zijn buitenste lagen en, zoals het doet, het zwelt op tot een gigantische omvang.
  3. Het oppervlak koelt af en wordt rood.
  4. De reuzenster wordt onstabiel en werpt zijn buitenste lagen uit.
  5. Dit uitgestoten materiaal vormt een planetaire nevel, die een hete, blauwwitte kern.
  6. Warmte van de kern laat de nevel gloeien.


    Met dank aan NASA en STScI
    De Eskimonevel werd gevormd door de dood van een rode reuzenster, die ontplofte ongeveer 10, 000 jaar geleden.

Een goed voorbeeld van een planetaire nevel is de Eskimonevel, die ligt ongeveer 5, 000 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Tweelingen. Ontdekt door William Herschel in 1787, de nevel dankt zijn naam aan, wanneer bekeken door telescopen op de grond, het lijkt op een gezicht omringd door een bontparka. De parka is eigenlijk een ring van materiaal dat wegstroomt van een centrale, stervende ster.

Als een ster zwaar genoeg is, het sterft niet als een rode reus, maar als een supernova. EEN supernova treedt op wanneer een ster explodeert en het grootste deel van zijn materiaal de ruimte in gooit. Wanneer een supernova een binair getal omvat, of tweesterrensysteem, het staat bekend als a Type 1 supernova . Wanneer een supernova een eenzame ster omvat, het staat bekend als a Type 2 supernova .

In Type 1 supernova's, een ster in het binaire systeem is een witte dwerg, een stervende ster die bijna al zijn waterstof heeft verbruikt. De witte dwerg trekt materiaal uit de buitenste lagen van zijn begeleidende ster. Dit materiaal brandt in de buitenste regionen van de dwerg, waardoor de kern opwarmt tot extreme temperaturen. Terwijl de witte dwerg wordt verteerd in een op hol geslagen reactie, het ontploft, zijn overblijfselen verdrijven in een enorme wolk - een nevel. Gemiddeld, een Type 1-supernova komt eens in de 140 jaar voor in een sterrenstelsel [bron:Ronan].

Type 2 supernova's komen vaker voor, misschien eens in de 91 jaar in een sterrenstelsel [bron:Ronan]. In een Type 2 supernova, een enkele ster ervaart een plotselinge ineenstorting. De kern van zo'n ster wordt enorm dicht - een dicht opeengepakte bal van neutronen. Terwijl de rest van het materiaal van de ster naar binnen valt onder zijn eigen gewicht, het raakt de kern met zo'n kracht dat het weer naar buiten "stuitert" in een prachtige explosie. Deze explosie vormt een zichtbare nevel die gemakkelijk vanaf de aarde kan worden waargenomen.

De best bestudeerde Type 2 supernova is de Krabnevel, ontdekt in 1054 door Chinese en Arabische astronomen, die geloofden dat ze naar een nieuwe ster keken. De "ster" werd gedurende enkele weken helderder en, tegen juli, kon zelfs overdag gedurende 23 dagen worden waargenomen. Het bleef ongeveer twee jaar zichtbaar voor het blote oog. De supernova SN1987A, in de Grote Magelhaense Wolk, is een andere Type 2-supernova die in 1987 explodeerde. De nevel breidde zich uit tot de diameter van de baan van de aarde rond de zon - 300 miljoen kilometer - in slechts 10 uur [bron:Ronan].


Met dank aan NASA en STScI
De Krabnevel is een Type 2 supernovarest in het sterrenbeeld Stier.

Je zou kunnen denken dat zulke ontdekkingen zeldzaam zijn, maar zoals we in het volgende gedeelte zullen zien, astronomen blijven nieuwe nevels vinden en ontdekken nieuwe dingen over nevels die al jaren worden bestudeerd.

De toekomst van nevelonderzoek

Wetenschappers blijven hun kennis van zelfs lang bestudeerde nevels uitbreiden. De meeste van deze vorderingen zijn te danken aan verbeteringen in telescopen en andere observatietechnologie. De Hubble-telescoop heeft een groot detail over nevels onthuld. In 2005, de ruimtetelescoop legde het meest gedetailleerde beeld van de Krabnevel vast in een van de grootste afbeeldingen die ooit door het observatorium zijn samengesteld. En anno 2006, de Spitzer Telescope (in 2003 gelanceerd als de Space Infrared Telescope) verzamelde nooit eerder vertoonde gegevens over de Orionnevel.

Spitzer's infrarood oog vond er 2, 300 schijven van planeetvormend materiaal die ofwel te klein of te ver weg waren om te worden gezien door de meeste traditionele telescopen die Orion in het zichtbare bereik van het elektromagnetische spectrum aftasten. Spitzer onthulde ook ongeveer 200 "baby" -sterren die nog geen planetaire schijven hadden ontwikkeld [bron:NASA Jet Propulsion Laboratory].

Dit zijn de wonderen die ruimtesondes zoals Pioneer 10 kunnen tegenkomen tijdens hun reis door de melkweg. Ruimte ontdekkingsreizigers, echter, mag nooit genieten van een glimp uit de eerste hand van nevels. Orion, de dichtstbijzijnde sterrenfabriek bij onze thuisplaneet, zit ongeveer 1, 450 lichtjaar van de aarde.

Voor meer informatie over nevels, astronomie en aanverwante onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.

Een aardse tweeling? Het is geen vaag idee
De ontdekking van planeetvormende schijven in de Orionnevel heeft enorme implicaties. Meer dan ooit, astronomen geloven dat een ander sterrenstelsel zoals ons zonnestelsel een planeet kan bevatten die analoog is aan de aarde - een die precies de juiste omstandigheden heeft om het leven zoals wij dat kennen te ondersteunen. In februari 2008 astronomen hebben misschien zelfs een systeem gevonden, gelegen 5, 000 lichtjaar door de melkweg, dat zou een kandidaat kunnen zijn. Het systeem bevat een roodachtige ster met ongeveer de helft van de massa van onze zon, evenals twee gasreuzenplaneten die lijken op Jupiter en Saturnus. Hoewel astronomen geen aardanaloog konden waarnemen, ze geloven dat het in een binnenbaan veel dichter bij de ster zou kunnen bestaan. En dergelijke sterrenstelsels zijn niet zeldzaam. Er kunnen er honderden zijn, duizenden of miljoenen van dergelijke systemen zijn verspreid over de verre uithoeken van de kosmos. [bron:The New York Times]

Oorspronkelijk gepubliceerd:18 juni, 2008

Veelgestelde vragen over nevel

Is een nevel groter dan een melkwegstelsel?
Nevels worden gevonden in sterrenstelsels, de ruimte tussen sterren vullen of sterren omhullen als een mantel, dus nee, nevels zijn niet groter dan sterrenstelsels.
Welke twee soorten nevels zijn er?
Astronomen classificeren nevels over het algemeen in twee brede categorieën:helder en donker. Heldere nevels staan ​​zo dicht bij nabije sterren dat ze gloeien. Donkere nevels zijn niet dicht genoeg bij sterren om te worden verlicht.
Hoe ontstaat een nevel?
Ze zijn gemaakt van stof en gas en kunnen verschijnen als heldere of donkere wolken. Het gas is meestal waterstof gemengd met wat helium.
Bevindt de Krabnevel zich in onze melkweg?
Ja, de Krabnevel bevindt zich ook in het Melkwegstelsel.
Wat is de grootste nevel?
De grootste nevel is de Tarantulanevel. Het strekt zich uit over meer dan 1, 800 lichtjaar op zijn langste spanwijdte.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe sterrenstelsels werken
  • Hoe de Melkweg werkt
  • Hoe sterren werken
  • Hoe zwarte gaten werken
  • Hoe donkere materie werkt
  • Hoe telescopen werken
  • Hoe de Hubble-ruimtetelescoop werkt
  • Hoe het repareren van het Hubble-ruimtevaartuig werkt

Meer geweldige links

  • Alles over nevels op Space.com
  • Nebula Image Collection op HubbleSite
  • Nebulae Nieuwsverhalen op HubbleSite
  • Nevels op de NASA-website

bronnen

  • "Alles over nevels." Space.com.
    http://www.space.com/nebulas/
  • Barnes-Svarney, Patricia, red. "The New York Public Library Science Desk Reference." Macmillan. New York, 1995.
  • Engelbert, Phyllis en Dupuis, Diane L. "Het handige ruimteantwoordboek." Zichtbare inktpers. Michigan, 1998.
  • galant, Roy A. "Nationale geografische beeldatlas van ons heelal." National Geographic Society. Washington DC, 1994.
  • "Grootte van de Melkweg." Vraag het een astrofysicus. Nasa. http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/980317b.html
  • "Nevel." Encyclopedie Britannica 2005, CD-ROM.
  • "Nevel." Wereldboek 2005.
  • Tot ziens, Dennis. "Kleinere versie van het zonnestelsel is ontdekt." De New York Times. 15 februari 2008.
    http://www.nytimes.com/2008/02/15/science/space/15planets.html
  • Ronan, Colin A. "Universum:de kosmos verklaard." Quantum boeken. Londen, 2007.
  • "Spitzer graaft schatten van mogelijke zonnestelsels op in Orion." NASA Jet Propulsion Laboratory. 14 augustus 2006.
    http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2006-099